مع جول فيرن - إلى الفضاء!

سيتم إطلاق مركبة فضائية أوروبية جديدة في أوائل عام 2008

الندى العنبر. نشرت في مجلة جاليليو العدد 108 أغسطس 2007



في بداية يوليو 2007، أقيم حفل وداع لجول فيرن في فرنسا. لا، نحن لا نشير إلى الكاتب الفرنسي ورائد الخيال العلمي، بل إلى مركبة فضائية إمدادية متقدمة تحمل اسمه. المركبة الفضائية، التي صممتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، تسمى ATV (مركبة النقل الآلية)، وهي مخصصة للرحلات الجوية من الأرض إلى مدار منخفض في الفضاء، من أجل نقل الإمدادات والمعدات إلى محطة الفضاء الدولية.

ومن المتوقع أن تنطلق مركبة الإمداد الفضائية الفريدة هذه إلى الفضاء على متن منصة الإطلاق (الصاروخ) الأوروبية الثقيلة أريان 5 (Ariane 5) التي ستنطلق من قاعدة الفضاء الأوروبية في كورو بغويانا الفرنسية (غويانا الفرنسية) في أمريكا الجنوبية. وهذه المركبة الفضائية، التي تم الانتهاء من بنائها مؤخرا في مرافق شركة الفضاء الأوروبية (EADS)، هي نتاج حوالي عشر سنوات من العمل واستثمارات ضخمة.

إلى جانب استخدامها المستقبلي كـ "شاحنة فضائية"، تتفوق أحدث مركبة فضائية أوروبية في التقنيات الأكثر تقدمًا، والتي تتيح لها التنقل بشكل مستقل في الفضاء، وتحديد وجهة الالتقاء وإجراء المناورات المطلوبة للاقتراب والالتحام بمحطة الفضاء الدولية. تم إرسال أول سفينة فضاء في طريقها بواسطة وسيلة نقل أرضية قديمة - السفينة. وبعد الإبحار لمدة أسبوع تقريبًا، سترسو السفينة في ميناء كورو. ومن المتوقع أن تستمر عملية التحضير للإطلاق حوالي 18 أسبوعًا من لحظة وصوله إلى المنشأة. تاريخ الإطلاق المخطط للمركبة الفضائية Jules Verne هو يناير 2008 (قد يتغير هذا التاريخ - يوجد بالفعل تأخير كبير في الجدول الزمني للمشروع).

وبحسب الخطة، ستقوم المركبة الفضائية بتسليم 7,500 كيلوغرام من الإمدادات إلى محطة الفضاء الدولية (طعام، ماء، ملابس، معدات علمية، وقود لمحركات المناورة بالمحطة، قطع الغيار، وغيرها)، والخطة الحالية للشركاء في ومن المقرر أن تطلق المحطة مركبة فضائية واحدة من هذا النوع سنويًا. وفي هذه المرحلة، تعتزم وكالة الفضاء الأوروبية بناء ما لا يقل عن 7 مركبات فضائية من هذا النوع.

جول فيرن - البيانات الفنية

• الطول: 10.3 متر
• القطر : 4.5 متر
• الكتلة عند الإطلاق: 20 طنًا
• القدرة على حمل البضائع إلى المحطة الفضائية (من الكتلة الإجمالية عند الإطلاق): 7.5 طن
• القدرة على البقاء في الفضاء: 6 أشهر
• الحجم المضغوط : 48 متر مكعب
• عدد محركات المناورة: 32

تسمح كمية الوقود الكبيرة للمركبة الفضائية بالمساعدة في المناورات المختلفة التي يُطلب من محطة الفضاء الدولية القيام بها من وقت لآخر، وخاصة لرفع مدارها. وتدور محطة الفضاء الدولية حول الأرض على ارتفاع حوالي 400 كيلومتر، حيث لا تزال هناك بقايا باهتة من الغلاف الجوي. وفي حركتها السريعة (ما يقرب من 8 كيلومترات في الثانية)، تصطدم المحطة بجزيئات الهواء القليلة، وبمرور الوقت ينشأ السحب، مما يتسبب في تباطؤ المحطة الفضائية. وإذا لم تتم معالجة هذه المشكلة، فإن سرعة المحطة ستنخفض إلى حد أنها لن تبقى في مدارها حول الأرض. ولمنع حدوث هذا الوضع، تم تجهيز محطة الفضاء الدولية بسلسلة من محركات المناورة، والتي يتم تفعيلها تلقائيًا بواسطة أجهزة الكمبيوتر الخاصة بالمحطة. وبالطبع من الضروري إضافة الوقود لهذه المحركات من وقت لآخر، وهذه إحدى مهام المركبة الفضائية الأوروبية الجديدة. تم تصميم المناورات الإضافية التي تقوم بها محطة الفضاء الدولية عند الضرورة لتجنب الحطام الفضائي.

عندما يتصل Jules Verne بالمحطة الفضائية، سيكون من الممكن إجراء جميع المناورات المطلوبة للمحطة بمساعدة هذه المركبة الفضائية، وسيقل الحمل على أنظمة المناورة الأخرى بالمحطة. ستتلقى المركبة الفضائية Jules Verne البيانات اللازمة لإجراء تصحيحات المدار من كمبيوتر المحطة. ورغم أن لديها أجهزة قياس مناسبة (وسائل استشعار)، إلا أنه ليس المقصود في هذه المرحلة الاعتماد على قدرتها على استشعار موقع المحطة الفضائية بأكملها والاعتماد على هذا الاستشعار في أداء المناورات. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تكون هذه القدرة احتياطية في حالة حدوث خلل في أنظمة المحطة الفضائية.

الحكم الذاتي في الفضاء

أحد أكبر التحديات التي يواجهها مصممو مركبة الفضاء جول فيرن يتعلق بأنظمة التحكم والتحكم التي تم تركيبها فيها. منذ البداية، كان المهندسون يهدفون إلى بناء مركبة فضائية مستقلة إلى حد كبير، أي مركبة فضائية تعرف كيفية العثور على ناتيفا في الفضاء إلى وجهتها، وستكون قادرة على قياس المسافة التي تفصلها عن المحطة الفضائية وإجراء العمليات اللازمة الالتحام دون تدخل بشري. في هذا المجال، من المركبات الفضائية الإمداد الآلي، كان الروس روادا، في السبعينيات من القرن العشرين. ولكن على عكس المركبة الفضائية الروسية (المستخدمة حتى يومنا هذا)، فإن المركبة الفضائية جول فيرن مجهزة بأنظمة ليزر لقياسات المدى، مما يسمح بدقة غير مسبوقة في مناورات الالتقاء والالتحام في الفضاء.

سيتم استخدام مجموعة متنوعة من تقنيات الملاحة في توجيه المركبة الفضائية إلى محطة الفضاء الدولية، بما في ذلك نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية GPS (وفي المستقبل، عند اكتماله، أيضًا نظام الملاحة الأوروبي غاليليو)، وجهاز تحديد المدى الراداري وسلسلة من أجهزة الليزر المعتمدة على أجهزة تحديد المدى. ستتم مساعدة المناورات الأخيرة نحو الالتحام المستقل بمحطة الفضاء الدولية بأنظمة ليزر لقياس المسافات الصغيرة - حتى أجزاء من المليمتر!

وحدة مضغوطة



تحتوي المركبة الفضائية جول فيرن على حجرة مضغوطة تحتوي على الهواء عند الضغط السائد في محطة الفضاء الدولية. ويمكن استخدام هذه الخلية كمختبر وامتداد لمحطة الفضاء الدولية. اقترحت وكالة الفضاء الأوروبية تجميعات مماثلة لهذه المركبة الفضائية في الثمانينيات - وهي وحدة حية وعاملة تسمى "كولومبوس" - لكن هذه الخطط لم تؤت ثمارها. وعلى النقيض من المقصورة الصغيرة المضغوطة لمركبة الفضاء الروسية من سلسلة "بروجريس"، والتي لا تستخدم للعيش أو العمل، فإن مساحة مركبة جول فيرن الفضائية تجعلها بديلاً رخيصًا نسبيًا لتوسيع الحجم الوظيفي للمحطة الفضائية.

اهتم مهندسو وكالة الفضاء الأوروبية بتصميم وحدات مرنة - يمكن تصميم المركبة الفضائية حسب الطلب في وقت قصير نسبيًا. وبالتالي، على سبيل المثال، إذا كانت هناك حاجة إلى تجميع مختبري جديد في مجال معين، فيمكن إطلاقه إلى الفضاء في غضون بضعة أشهر، على عكس الفترة الزمنية المعتادة لتطوير تجميع قياسي للمحطة الفضائية - سنوات عديدة. المركبة الفضائية Jules Verne قادرة على العمل كمجموعة مؤقتة لمحطة الفضاء الدولية لفترات تصل إلى ستة أشهر.

كيف يمكنك "إزالة القمامة" في الفضاء؟

بعد إفراغ مركبة جول فيرن الفضائية من الإمدادات التي ستجلبها إلى محطة الفضاء الدولية، بقي لها استخدام آخر، وهو التخلص من النفايات. النفايات المتراكمة في المحطة الفضائية (بقايا الطعام والملابس المتسخة والمعدات المكسورة وغير الضرورية وحتى النفايات من مجاري المحطة الفضائية) لا يمكن التخلص منها ببساطة خارج المركبة الفضائية، حتى لا تتحول إلى حطام فضائي من شأنه أن يعرض الأقمار الصناعية الموجودة في المدار للخطر . ولذلك يجب تطهيره، كما أن جول فيرن مناسب لهذا الغرض أيضًا. بعد امتلاء كل مجلد بالقمامة، سيتم إطلاقه من محطة الإرساء الخاصة به في المحطة الفضائية وتبدأ سلسلة من المناورات الآلية التي تهدف إلى التسبب في فقدان المركبة الفضائية الارتفاع ودخول الغلاف الجوي للأرض بطريقة تحترق تمامًا . ولأمان، سيتم تنفيذ مناورة الدخول الجوي فوق المحيط الهادئ، في حال وصول بعض الشظايا إلى الأرض.

تجدر الإشارة إلى أن السوفييت هم أول من استخدم مركبة الشحن الفضائية للتخلص من النفايات من الفضاء، وقد فعلوا ذلك باستخدام مركبة الإمداد الفضائية بروجريس. تستخدم محطة الفضاء الدولية أيضًا مركبة بروجرس الفضائية للتخلص من القمامة، لكن حجم المركبة الفضائية المتاحة لتخزين النفايات أصغر بكثير من حجم المركبة الفضائية من نوع جول فيرن. ويمكن تخزين ما يصل إلى 6,500 كيلوغرام من النفايات داخل سفينة فضاء من هذا النوع، وهي كمية كبيرة جداً مقارنة بالوسائل الموجودة اليوم (والتي تعتمد على السفن الفضائية من نوع بروجرس والمكوك الفضائي الأمريكي). ونلاحظ أن الكثير من النفايات تتراكم في محطة الفضاء الدولية، مما يسبب انزعاجًا كبيرًا لفريق رواد الفضاء - حيث يتم تخزين النفايات في وحدات العمل والمعيشة، مما يقلل بشكل كبير من مساحة معيشة الطاقم.

التوافق مع قاذفات إضافية

وفي المحاضرات التي ألقيت كجزء من مؤتمر الفضاء العالمي لعام 2006، الذي عقد في فالنسيا، إسبانيا، قدم متحدثون من وكالة الفضاء اليابانية دراسات جدوى لإطلاق مركبة الإمداد الفضائية اليابانية، والتي تشبه إلى حد كبير المركبة الفضائية الأوروبية جول فيرن. تخطط اليابان لإطلاق مركبة الشحن الفضائية الخاصة بها إلى الفضاء على منصة الإطلاق اليابانية H II A، لكن أعمال التعديل المختلفة ستسمح أيضًا بالروتين إلى الفضاء على منصة الإطلاق الأوروبية Ariane 5 ومنصة الإطلاق الأمريكية Delta 4.

في هذه المرحلة، لا توجد معلومات عن نية مماثلة لأوروبا لتكييف المركبة الفضائية جول فيرن للإطلاق باستخدام منصات إطلاق أخرى إلى جانب آريان 5. ويجب التأكيد، في الوقت نفسه، على أن بيانات الوزن والحجم تسمح بإطلاق الصاروخ. مركبة فضائية أوروبية على كل من منصة الإطلاق اليابانية والأمريكية، مع تعديلات واختبارات بسيطة وسرعة نسبية. سيكون من المثير للاهتمام متابعة التطورات حول هذا الموضوع، ومعرفة ما إذا كانت شركة EADS ووكالة الفضاء الأوروبية ستتبعان مسار وكالة الفضاء اليابانية، وستتمتعان بالمرونة التشغيلية في إطلاق المركبة الفضائية بعدة نماذج إطلاق.

قاذفة المركبة الفضائية: آريان 5

كما ذكرنا، سيتم إطلاق المركبة الفضائية Jules Verne إلى الفضاء في مقدمة منصة الإطلاق الأوروبية الثقيلة Ariane 5، في نموذجها الفرعي المطور والمكيف لها. تم تطوير قاذفة Ariane 5 لأكثر من عقد من الزمن، وتهدف إلى استبدال قاذفة Ariane 4 الأوروبية وتكون قفزة إلى الأمام من حيث الوزن المطلق والموثوقية والبساطة. تم تطوير منصة الإطلاق من قبل شركات أوروبية، وخاصة شركات من فرنسا، وعلى رأسها شركة Aerospeciale.

تم الإطلاق الأول لقاذفة آريان 5 في فبراير 1996، وانتهى بالفشل، بسبب خطأ في برنامج توجيه الإطلاق. ومع ذلك، على مر السنين، أصبحت منصة الإطلاق "العمود الفقري" لعالم الفضاء، وهي تطلق العديد من أقمار الاتصالات الصناعية إلى مدار متزامن مع الأرض. تجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن لم يتم استخدام هذا الإطلاق لإطلاق تيد إلى مدار منخفض، وهو الأمر المطلوب لمركبة الفضاء جول فيرن. بالنسبة لمهامها، تم تعديل وتطوير نموذج خاص من Ariane 5، يُعرف باسم "Ariane 5 ATV ES".

يتكون قاذفة Ariane 5 من ثلاثة أجزاء رئيسية:

• المرحلة الأولى: تعمل بالوقود السائل (الهيدروجين السائل والأكسجين السائل)
• معززتان صاروخيتان تعملان بالوقود الصلب
• المرحلة الثانية تعمل بالوقود السائل (الهيدروجين السائل والأكسجين السائل)

إن تطوير نموذج الإطلاق إلى مدار منخفض يمكن أن يفتح إمكانيات متنوعة لإطلاق أقمار صناعية بحثية ومركبات فضائية إلى كواكب أخرى والمزيد. وسيكون بمقدور منصة إطلاق Ariane 5 من هذا النوع أيضًا إطلاق مكونات لمحطة فضائية أوروبية مستقبلية (للفترة التي تلي انتهاء تشغيل محطة الفضاء الدولية - الموعد الرسمي لنهاية المشروع هو 2030، ولكن المفتاح ويشير مسؤولون في وكالات الفضاء المختلفة إلى أن الولايات المتحدة تدرس الانسحاب من المحطة في عامي 2014-2016)، أو حتى للبعثات الفضائية المأهولة إلى القمر، وهو ما تم التلميح إليه أيضًا في أروقة وكالة الفضاء الأوروبية، لعام 2020. -2025.

مصادر ومعلومات إضافية

• موقع وكالة الفضاء الأوروبية مخصص للمركبة الفضائية جول فيرن
• معرض صور للمركبة الفضائية جول فيرن
• مهمة جول فيرن في الصور والرسوم التوضيحية