تضخيم في الفضاء

تتواصل مرافق النفخ مع الكثيرين كمصدر ترفيهي للأطفال أو في أعياد الميلاد أو في الملاهي. من المحتمل أن يؤدي المزيد من التفكير إلى ظهور تطبيقات مألوفة أخرى، مثل قوارب النجاة، وشرائح الطوارئ للطائرات، والوسائد الهوائية للسيارات

يبدو استخدام المكونات القابلة للنفخ في الفضاء للوهلة الأولى بمثابة فضول، أو كتطبيق غير مناسب لظروف البيئة الفضائية القاسية. وهنا تظهر الهياكل القابلة للنفخ -رغم أنها ليست شائعة بعد- في الفضاء حول الأرض كجزء من الأقمار الصناعية، وكتجارب لاختبار تقنيات مختلفة وحتى كنموذج أولي لمحطة فضائية تجارية.

في هذه المراجعة سنتناول قليلاً التطبيقات المختلفة للهياكل الفضائية القابلة للنفخ، والتحدي التكنولوجي الذي يواجه أولئك الذين يرغبون في استخدامها في الفضاء، والخطط المستقبلية التي تتوقع أن يكون للهياكل القابلة للنفخ مستقبل مهم في النشاط البشري في الفضاء.

ما هي المكونات القابلة للنفخ؟

هناك العديد من التطبيقات الفضائية التي يمكنها الاستفادة من المكونات القابلة للنفخ، وفيما يلي قائمة جزئية: جزء من مركبة فضائية أو هيكل قمر صناعي، على سبيل المثال إطار يتم تركيب الخلايا الكهروضوئية ("الخلايا الشمسية") عليه، وهيكل هوائي، وهيكل هوائي، درع ضد النيازك الدقيقة وحطام الحطام الفضائي ( (Space Debris. درع حراري قابل للتحلل قبل دخول الغلاف الجوي، وسيلة لإخفاء القمر الصناعي وجعله متخفيا، وحتى وحدة حية أو مختبر يسمح بوجود البشر داخله.

إن المهام التي يمكن القيام بها باستخدام المكونات الفضائية القابلة للنفخ كثيرة، ولكن يجب علينا التغلب على العوائق الكثيرة الموجودة في البيئة الفضائية مثل الفراغ، والإشعاعات المؤينة وغير المؤينة، وخطر الارتطام بالنيازك الصغيرة والحطام الفضائي من صنع الإنسان، التعامل مع الأكسجين الذري - هذه كلها عوائق صعبة، فحتى بالنسبة للأقمار الصناعية والأنظمة الصلبة، من السهل استخدام مادة مرنة منتفخة ببعض الغاز.

إن تنوع التطبيقات التي يمكن إجراؤها باستخدام مكونات قابلة للنفخ دفع رواد الأعمال من القطاع الخاص إلى التعامل مع هذه المشكلة، وكذلك وكالة الفضاء الأوروبية، التي تعقد مؤتمرًا علميًا سنويًا يتناول المكونات الفضائية القابلة للنفخ. وتقوم وكالة الفضاء الأمريكية ناسا أيضًا بدراسة استخدام هذه المكونات.

النظر إلى الخلف

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن أحد الأقمار الصناعية الأولى في العالم كان في الواقع قمرًا صناعيًا قابلاً للنفخ. أطلقت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا إلى الفضاء في مايو 1960 القمر الصناعي إيكو-1 (Echo-1)، وهو عبارة عن كرة يبلغ قطرها ثلاثين مترا ونصف، مصنوعة من البوليستر ومغطاة بالألمنيوم. كان سمك القشرة 0.127 ملم فقط (!).

تم استخدام القمر الصناعي كمحطة ترحيل لإشارات الراديو والتلفزيون، وكذلك لنقل المكالمات الهاتفية (وبعبارة أخرى: كان القمر الصناعي قمرًا صناعيًا للاتصالات السلبية). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام القمر الصناعي كأداة لدراسة كثافة الغلاف الجوي للأرض وشدة إشعاع الشمس.

بقي القمر الصناعي في الفضاء لمدة ثماني سنوات واحترق أخيرًا في مايو 1968 عند دخوله الغلاف الجوي. واستخدمت وكالة ناسا هذه التقنية لإطلاق عدد قليل من الأقمار الصناعية المماثلة، لكن مع التطور في مجال أقمار الاتصالات النشطة تم التخلي عن الموضوع.

وسائد هوائية لهبوط المركبات الفضائية

يتضمن الشكل المقبول لهبوط المركبات الفضائية على المريخ عدة مراحل: الكبح الديناميكي الهوائي - استخدام الغلاف الجوي المريخي لإبطاء غرفة الهبوط، والمظلة، ومحركات الكبح الصاروخية التي تعمل حتى تلامس مركبة الهبوط سطح المريخ. إن استخدام محركات الصواريخ للهبوط ينطوي حتماً على حمل الوقود والمؤكسد اللازم للهبوط - وهي كتلة كبيرة، والتي إذا لم يتم حملها لكان من الممكن زيادة وزن المعدات العلمية على المركبة الفضائية أو بدلاً من ذلك استخدام قاذفة أصغر (صاروخ). وتوفير تكاليف المهمة بأكملها.

في عام 1997، ولأول مرة على الإطلاق، هبطت مركبة فضائية بحثية على سطح المريخ دون أرجل هبوط ومحركات مكابح صاروخية. واستخدمت المركبة الفضائية باثفايندر مكابح هوائية ومظلة، لكن في المرحلة الأخيرة من عملية الهبوط، تم نفخ الوسائد الهوائية حول مركبة الهبوط، وامتصت صدمة الاصطدام بالأرض. ارتدت المركبة الفضائية وارتدت على سطح المريخ عدة مرات حتى توقفت.

شركة الفضاء الخاصة بيجلو ايروسبيس تعمل في تطوير محطات فضائية قابلة للنفخ، بهدف توفير الإقامة لسياح الفضاء، عندما تصبح السياحة الفضائية مدارية. عند هذه النقطة تم تفريغ الغاز المضغوط الذي كان يستخدم لنفخ الوسائد، ويمكن لروبوت بحثي صغير أن يصعد إلى السطح ويبدأ عمله.

وفي عام 2004، هبطت الولايات المتحدة روبوتين متطورين على سطح المريخ باستخدام طريقة تخفيف الهبوط باستخدام الأكياس الهوائية. ومن المفهوم أن هذه الوسائد كان عليها أن تتحمل تآكل تربة المريخ، وأن تكون محصنة ضد التمزقات التي يمكن أن تسببها الحجارة والصخور الحادة. من حيث الهيكل، كان غطاء الوسادة مشابهًا لبدلات رواد الفضاء. كما جربت بريطانيا طريقة الهبوط هذه، لكن الاتصال بالمركبة الفضائية بيجل 2 انقطع، ولا توجد معلومات عما إذا كان هناك عطل في آلية الهبوط القابلة للنفخ أو ما إذا كانت المهمة قد فشلت في مرحلة سابقة.

القمر الصناعي الشبح

رسم مبسط يظهر في براءة اختراع أمريكية يظهر قمرًا صناعيًا كبيرًا للاستخبارات مع إخفاء معظمه بواسطة مخروط. المخروط عبارة عن مكون قابل للنفخ، مصمم لإخفاء هيكل القمر الصناعي عن عمليات الرصد الأرضية باستخدام تلسكوبات قوية.

بالإضافة إلى منع التصوير بالضوء المرئي، يتم استخدام المخروط القابل للنفخ لتقليل بصمة الأشعة تحت الحمراء للقمر الصناعي وتوقيعه الراداري وحتى ليكون عائقًا أمام أقمار التصوير الصغيرة التي ستعمل بالقرب من القمر الصناعي (للأقمار الصناعية لعمليات القرب في الفضاء انظر هنا). ومن غير المعروف ما إذا كانت هناك أقمار صناعية أمريكية تستخدم هذه التكنولوجيا لأغراض التخفي، لكن الرأي المقبول بين العديد من خبراء الفضاء هو أن مثل هذه الأقمار الصناعية موجودة بالفعل.

هوائيات ضخمة وخلايا شمسية

يمكن للهيكل العظمي القابل للنفخ أن يشكل أساسًا لهوائيات ضخمة مناسبة لأقمار الاتصالات وبعض أقمار التجسس. إن الوزن المنخفض للهيكل، مقارنة بالهياكل الصلبة، وإمكانية إنتاج هياكل ذات هندسة متغيرة، دفع وكالة الفضاء الأمريكية وكذلك شركات خاصة مختلفة إلى تطوير هوائيات قابلة للنفخ للأقمار الصناعية.

في رحلة المكوك الفضائي STS-77 (مايو 1996)، تم نشر هوائي كبير بهيكل عظمي قابل للنفخ بنجاح كبير. كما استخدمت بعض أقمار الاتصالات اليابانية هذه التكنولوجيا. قامت شركة ILC DOVER بتطوير خلايا شمسية ممتدة على إطارات قابلة للنفخ، لكن اليوم لا يوجد حتى الآن قمر صناعي يستخدمها. وتتمتع هذه الهياكل بأهمية كبيرة من حيث تقليل الوزن، وهو العامل الذي سيتم أخذه في الاعتبار عند تخطيط الأشرعة الشمسية المستقبلية.

محطات فضائية قابلة للنفخ للسياح

واحدة من شركات الفضاء الخاصة الأكثر إثارة للاهتمام هي Bigelow Aerospace. تعمل الشركة في تطوير محطات فضائية قابلة للنفخ، بهدف توفير السكن لسياح الفضاء، عندما تصبح السياحة الفضائية مدارية (اليوم، تتعامل معظم مبادرات السياحة الفضائية مع الطيران دون المداري، أي قوس كبير يؤديه المركبة الفضائية وفي ذروتها تبقى بضع دقائق في الفضاء). يمكن استخدام الدروع الحرارية القابلة للنفخ كقوارب نجاة في حالات الطوارئ، مما يقلل من وزن المعدات المرسلة إلى محطة الفضاء الدولية

لن يكون سائحو الفضاء الأثرياء سعداء بأن يتم حشرهم في الفضاء المحدود والمتقشف لمحطة الفضاء الدولية، وهذا هو المكان الذي بدأت فيه شركة Bigelow العمل. أطلقت الشركة الخاصة بالفعل إلى الفضاء مكونًا تم تضخيمه وإنشاء مجموعة مناسبة للعيش والعمل ومماثلة في الحجم للحافلة الصغيرة.

وتخطط الشركة لإرسال وحدات إضافية إلى الفضاء، لتجميع أول محطة فضائية خاصة يمكن استخدامها كوجهة لسياح الفضاء. تعمل جينيسيس 1، وهي أول محطة فضائية غير مأهولة للشركة، بنجاح في الفضاء منذ عام 2006، ولم تشهد أي أعطال كبيرة، بما في ذلك فقدان الضغط. وفي عام 2007، تم إطلاق محطة فضائية أكبر هي جينيسيس 2، والتي تعمل أيضًا بشكل صحيح.

هياكل قابلة للنفخ لاستكشاف القمر

وفي إطار الاستراتيجية الحالية لوكالة الفضاء الأمريكية للعودة إلى القمر وإنشاء قاعدة لنشاط مأهول طويل الأمد على سطحه، يتم اختبار المباني السكنية القابلة للنفخ بمختلف التكوينات. تعمل الشركة المخضرمة التي طورت وصنعت بدلات الفضاء الأمريكية منذ بداية الرحلات الفضائية المأهولة، ILC DOVER، على تطوير وحدات المعيشة القابلة للنفخ، والتي سيتم وضعها وفقًا للخطة على القمر في نهاية العقد المقبل، وربما يمكن استخدامها أيضًا من قبل الأطقم الأولى التي هبطت على سطح المريخ.

هياكل قابلة للنفخ لاحتواء الغلاف الجوي

على الرغم من أنها لم يتم وضعها موضع الاستخدام التشغيلي بعد، إلا أن هناك حلولًا تكنولوجية تعتمد على هياكل قابلة للنفخ يمكنها المساعدة في مرحلة الاحتواء الجوي عند هبوط المركبات الفضائية البحثية على المريخ، وحتى لإعادة المركبات الفضائية والمعدات من الفضاء إلى الأرض.

وعلى الرغم من الحرارة الهائلة عند دخولها الغلاف الجوي، فإن الهياكل القابلة للنفخ قادرة على النجاة من هذه المرحلة الانتقالية. يمكن استخدام الدروع الحرارية القابلة للنفخ كقوارب نجاة في حالات الطوارئ، مما يقلل من وزن المعدات المرسلة إلى محطة الفضاء الدولية.

ولذلك يبدو أنه يمكن استخدام المكونات الفضائية القابلة للنفخ في مجموعة متنوعة من التطبيقات الفضائية، وتبسيط الجوانب التقنية لمختلف المهام الفضائية وخفض تكاليف هذه المهام، وخاصة تقليل وقت البحث والتطوير للمكونات التي تحيد عن التصميم التقليدي. قد لا نرى صواريخ قابلة للنفخ في أي وقت قريب، لكن الأقمار الصناعية القابلة للنفخ والمحطات الفضائية القابلة للنفخ وحتى مركبة فضائية مصممة للتحرك في "الخط" بين المحطة الفضائية والقمر - نعم بالتأكيد.

طال عنبار هو رئيس مركز أبحاث الفضاء، ومعهد فيشر لأبحاث الطيران والفضاء الاستراتيجية، ورئيس جمعية الفضاء الإسرائيلية. تم نشر المقال في العدد 123 من مجلة جاليليو

• موقع الشركة بيجلو ايروسبيس، مع وصف تفصيلي للمحطات الفضائية القابلة للنفخ بالإضافة إلى الصور ومقاطع الفيديو الملتقطة على محطة الفضاء غير المأهولة جينيسيس 1.
• ويتناول موقع مؤتمر وكالة الفضاء الأوروبيةمكونات الفضاء نفخ.