المكالمة التالية: المريخ / ديمون لانداو وناثان جي سترينج

إن تبني أفكار من بعثات الاستطلاع الآلية بين الكواكب سيجعل من الممكن إرسال رواد فضاء إلى الكويكبات والمريخ بتكلفة رخيصة وبسرعة كجزء من برنامج فضائي مأهول

* الآراء الواردة في المقال تعبر عن آراء المؤلفين، وليست آراء ناسا أو مختبر الدفع النفاث.

في أكتوبر 2009، قررنا نحن، مجموعة صغيرة من "المهووسين" المهتمين بالاستكشاف الآلي للفضاء، أن نتجرأ ونخرج من منطقة راحتنا ونتبادل الأفكار لإيجاد أساليب جديدة لنقل الأشخاص إلى الفضاء. لقد هرعنا إلى العمل بعد أن ألقت لجنة أوغسطين، وهي لجنة من كبار الخبراء عينها الرئيس باراك أوباما في أوائل عام 2011 لدراسة برنامج المكوك الفضائي وخليفته، بظلال من الشك على مستقبل برنامج الفضاء المأهول في الولايات المتحدة. وبما أن لدينا خبرة في برنامج استكشاف الروبوتات الأمريكي المثير، والذي بفضله تمكنت البشرية من الوصول من كوكب عطارد إلى ضواحي النظام الشمسي، فقد تساءلنا عما إذا كان بإمكاننا إيجاد حلول تقنية لبعض التحديات السياسية والميزانية التي تواجهها ناسا.

تدفقت الأفكار مثل الماء: استخدام المحركات الأيونية لتحليق المكونات لبناء قاعدة على القمر؛ إرسال حزم الطاقة لدفع المركبات الآلية الصالحة لجميع التضاريس عبر فوبوس، أحد أقمار المريخ؛ سيتم ربط محركات بلازما عالية الطاقة بمحطة الفضاء الدولية (ISS) لنقلها إلى مدار حول المريخ؛ ووضع معززات الصواريخ مسبقًا على طول المدار بين الكواكب حتى يتمكن رواد الفضاء من التقاطها في الطريق؛ استخدام كبائن الدوريات كما في فيلم "2001: A Space Odyssey" بدلاً من البدلات الفضائية؛ عدم إرسال رواد فضاء إلى كويكب، بل جلب كويكب (صغير جداً) إلى رواد الفضاء في المحطة الفضائية. وبعد معالجة الأرقام، اكتشفنا أن الدفع الكهربائي - باستخدام محرك أيوني أو تقنيات مشابهة - يمكن أن يقلل بشكل كبير من كتلة الإطلاق المطلوبة للبعثات المأهولة إلى الكويكبات والمريخ.

لقد شعرنا وكأننا عدنا إلى ناسا في الستينيات، فقط بدون دخان السجائر. تحدثنا عما نحن قادرون على فعله وابتعدنا عن التورط فيما لا نستطيع فعله. بعد التحليل الأولي الذي أجريناه، قمنا ببناء ندوة قصيرة قدمناها خلال استراحة الغداء لزملائنا في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL)، حيث قمنا بنسج أفكارنا وحساباتنا معًا. التقينا خلال فصلي الربيع والصيف التاليين بمهندسين وعلماء آخرين أعربوا عن اهتمامهم بنهجنا وأعطونا أفكارًا حول كيفية تحسينه. لقد تعلمنا عن التجارب التي أجراها أشخاص في وكالة ناسا وخارجها: بدءًا من اختبارات المحركات الكهربائية القوية وحتى نماذج المصفوفات الشمسية خفيفة الوزن وعالية الكفاءة. تشعبت مناقشاتنا وأصبحت جزءًا من فجوة أكبر من التفكير الإبداعي التي انتشرت في جميع أنحاء وكالة الفضاء وصناعة الطيران.

حاليًا، قمنا بدمج المقترحات الواعدة مع الاستراتيجيات المجربة والمختبرة ووضعنا خطة لإرسال رواد فضاء إلى الكويكب القريب من الأرض 2008 EV5 في وقت مبكر من عام 2024، استعدادًا للهدف النهائي: الهبوط على المريخ. تم تصميم هذا النهج ليتناسب مع الميزانية الحالية لناسا، والأهم من ذلك، أنه يقسم المهمة الإجمالية إلى سلسلة من المعالم الإضافية، بحيث تتمتع وكالة الفضاء بالمرونة اللازمة لتسريع أو إبطاء البرنامج اعتمادًا على التمويل. باختصار، الهدف هو تطبيق الدروس المستفادة من برنامج البحث العلمي الآلي لتحديث الدوريات المأهولة.

الخطوات الصغيرة تصنع خطوة كبيرة

وأشعل تقرير لجنة أوغسطين حرباً سياسية هائلة، بلغت ذروتها في قرار تحويل جزء كبير من مهمة إطلاق رواد الفضاء إلى المدار وتسليمها لشركات خاصة. يمكن لوكالة ناسا الآن التركيز على التقنيات التي يمكن أن تحدث فرقًا وتقدم مهام الاستكشاف المأهولة إلى حدود جديدة. ولكن كيف يمكن للوكالة المضي قدمًا دون الدعم السياسي والموارد التي كانت تحت تصرفها خلال ذروة مهمات الهبوط على سطح القمر؟

النهج المقبول لمهمات البحث الروبوتية هو نهج تدريجي: تطوير مجموعة من التقنيات التي تمكن من تنفيذ المزيد والمزيد من المهام الطموحة. بدلاً من الاعتماد على مسار التطوير "كل شيء أو لا شيء" نحو هدف واحد، يستخدم برنامج الدوريات الآلية مجموعات مبتكرة من التقنيات لتحقيق مجموعة متنوعة من الأهداف. ومع ذلك، ليس هناك شك في أن البرنامج الآلي كان معيبًا وواجه مشكلات تتعلق بالكفاءة؛ لا شيء مثالي. لكنها على الأقل لا تتوقف عندما تتغير الرياح في الإدارة أو عندما يبدأ الإبداع التكنولوجي في التعثر. ويمكن للبرنامج المأهول أن يتعلم من هذه الاستراتيجية. ولا يحتاج الأمر إلى البدء "بخطوة كبيرة" كما كان الحال مع برنامج أبولو. ويمكنها إطلاق سلسلة من الخطوات المتواضعة، كل واحدة منها مبنية على سابقتها.

ويعتقد البعض أن الدرس الحقيقي المستفاد من مهمات الاستكشاف الآلية قد يكون أن الأمر لا يستحق إرسال الأشخاص على الإطلاق. إذا كان غرض ناسا الوحيد هو الاكتشاف العلمي، فلا شك أن المركبات الفضائية الآلية ستكون أرخص وتنطوي على مخاطر أقل. لكن ناسا تحمل على عاتقها أكثر من مجرد العلم؛ إن العلم ليس سوى جانب واحد من دافع إنساني أوسع، وهو دافع الاستكشاف. تعتبر مهمات استكشاف الفضاء جذابة للغاية بسبب الرغبة في أن يتمكن الرجل العادي يومًا ما من تجربة ذلك بشكل مباشر. المركبات الفضائية الروبوتية ليست سوى الموجة الأولى لاستكشاف النظام الشمسي. وستكون البعثات المأهولة التي تمولها الحكومة هي الموجة الثانية. وستشمل الموجة الثالثة مواطنين عاديين يبحثون عن المغامرة والأرباح في الفضاء. لقد طورت استثمارات ناسا السابقة التقنيات التي تغذي سباق الفضاء التجاري اليوم، والذي يتضمن إطلاق كبسولات إلى المحطة الفضائية وطائرات فضائية تطير مثل السهم فوق صحراء موهافي. الآن تستطيع وكالة ناسا تطوير التكنولوجيا التي نحتاجها لتحقيق المزيد من التقدم.

الكلمة المفتاحية : المرونة

هناك ثلاثة مبادئ أساسية تقف في البنية التحتية للطريق الذي أوصينا به. المبدأ الأول هو نهج "المسار المرن" الذي دعت إليه لجنة أوغسطين وقبله الرئيس أوباما والكونجرس. وبدلاً من الإصرار القديم على مدار ثابت من الأرض إلى القمر ومن ثم إلى المريخ، تقدم الاستراتيجية الجديدة مجموعة واسعة من الوجهات المحتملة. ويجب أن نبدأ بالأهداف القريبة، مثل نقاط لاغرانج (أماكن في الفضاء تتوازن فيها حركة الجسم مع قوى الجاذبية) أو الكويكبات القريبة من الأرض.

ويدعونا المسار المرن إلى تطوير تقنيات تنقل جديدة، وخاصة الدفع الكهربائي. نقترح استخدام محركات البلازما (نوع من المحركات الأيونية، المعروف أيضًا باسم محرك تأثير هول) الذي تأتي طاقته من الألواح الشمسية. ويعمل نظام مماثل على تشغيل المركبة الفضائية "داون" في رحلتها إلى الكويكب العملاق فيستا، وهو الذي سيحملها أبعد في عام 2015 إلى الكوكب القزم سيريس. تنتج الصواريخ التقليدية التي تعتمد على الدفع الكيميائي دفقة قوية ولكن قصيرة من الغاز، في حين تطلق المحركات الكهربائية تيارًا لطيفًا وثابتًا من الجسيمات. وبفضل الطاقة الكهربائية، أصبحت هذه المحركات أكثر كفاءة، لذا فهي تستخدم وقودًا أقل (مثل سيارة تويوتا بريوس، فقط في الفضاء). وثمن هذه الكفاءة المتزايدة هو انخفاض القيادة، لذلك قد تستغرق بعض المهام وقتًا أطول. من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن الدفع الكهربائي بطيء جدًا بالنسبة لرحلات الفضاء المأهولة، ولكن هناك طرقًا للتغلب على ذلك. كانت الفكرة التي ظهرت في جلسة العصف الذهني الأولى لدينا هي استخدام نوع من زوارق القطر الآلية التي تعمل بالطاقة الكهربائية والتي يمكنها سحب معززات الصواريخ الكيميائية إلى نقاط رئيسية على المسار، مثل أثر فتات الخبز؛ بمجرد وضع المسار، سيتمكن رواد الفضاء من الانطلاق والتقاط المعززات في طريقهم. وبهذه الطريقة، ستكتسب البعثات كفاءة استهلاك الوقود للدفع الكهربائي دون فقدان ميزة السرعة للدفع الكيميائي.

الاعتبار الحاسم هو أن المحرك الكهربائي يوفر المال. ونظرًا لأن المركبة الفضائية لا تحتاج إلى حمل نفس القدر من الوقود الدافع، فإن إجمالي كتلة إطلاقها تنخفض بنسبة 40% إلى 60%. وكتقدير أولي، فإن سعر المهمة الفضائية يزيد بشكل مباشر مع كتلة الإطلاق، وبالتالي فإن النظام الغذائي الذي يقلل الكتلة بمقدار النصف سوف يخفض السعر بمعدل مماثل.

يتساءل الكثير من عشاق الفضاء عن سبب إزعاجهم بزيارة كويكب بينما المريخ هو الوجهة المفضلة للجميع. لكن في الواقع، تعتبر الكويكبات الهدف الأمثل للاقتراب التدريجي نحو الوصول إلى المريخ. تمتلئ المساحة بين الأرض والمريخ بآلاف الكويكبات، والتي يمكن أن تكون بمثابة نقطة انطلاق إلى الفضاء الأعمق. جاذبية الكويكبات ضعيفة، لذا يتطلب الهبوط على أحدها طاقة أقل من الوصول إلى سطح القمر أو المريخ. إن التخطيط لرحلة طويلة بين الكواكب، والتي ينبغي أن تستمر ما بين ستة إلى 18 شهرًا، أمر صعب بما فيه الكفاية حتى دون الاضطرار إلى تطوير مركبات معقدة لإعادة الهبوط والإقلاع. تسمح لنا البعثات إلى الكويكبات بالتركيز على المشكلة التي تعتبر في تقديرنا المشكلة الأكثر تعقيدًا (والتي لم يتم حلها بعد) والتي سيواجهها على أي حال الأشخاص الذين يجرؤون على الإبحار بعيدًا عن الأرض: تعلم كيفية حماية رواد الفضاء من التأثيرات الضارة. الجاذبية والإشعاع في الفضاء. وإذا اكتسبت ناسا خبرة في التعامل مع مخاطر الفضاء السحيق، فإنها ستكون في وضع أفضل عندما يتعلق الأمر بتصميم مركبات للمهام على سطح المريخ.

وهناك عدة كويكبات ذات أهمية علمية سيتمكن رواد الفضاء من زيارتها بمدد طيران تتراوح بين ستة أشهر إلى سنة ونصف، بمساعدة نظام دفع كهربائي بقوة 200 كيلووات، وهو تقدم يمكن تصوره مقارنة لقدرتنا الحالية: المثبتة حاليًا على المحطة الفضائية الدولية لديها ألواح شمسية تزودها بقدرة 260 كيلووات. ومن شأن مثل هذه المهمة أن تكسر حاجز الفضاء السحيق، وفي الوقت نفسه ستأخذنا خطوة حاسمة نحو رحلة إلى المريخ، والتي ستتطلب رحلات جوية تتراوح مدتها بين عامين وثلاثة أعوام وأنظمة بقدرة 600 كيلووات.

المبدأ الأساسي الثاني لبرنامجنا هو أن ناسا لا تحتاج إلى اختراع أنظمة جديدة تمامًا لكل شيء، كما فعلت في الستينيات. صحيح أن هناك أنظمة، وخاصة الحماية من انعدام الجاذبية وضد الإشعاع الفضائي السحيق، ستتطلب أبحاثا جديدة. ولكن يمكننا أن نبني كل شيء آخر من أصول السفر إلى الفضاء التي لدينا بالفعل. يمكن بناء مركبة الفضاء السحيق من خلال الجمع بين عدة مكونات مصممة خصيصًا لأغراض معينة. على سبيل المثال، يمكننا اعتماد الهيكل والمصفوفات الشمسية وأنظمة دعم الحياة من النماذج الموجودة في المحطة الفضائية. وبصرف النظر عن ذلك، هناك العديد من الشركات الخاصة وكذلك وكالات الفضاء في البلدان الأخرى التي تخصصت في هذه المجالات، ويمكن لوكالة ناسا أن تتعلم منها.

المبدأ الثالث هو بناء خطة لا تفقد زخمها حتى لو واجه أحد مكوناتها مشاكل أو تأخير. ولابد من تطبيق هذا المبدأ على العنصر الأكثر إثارة للجدل في سياسة الفضاء التي يتبناها الكونجرس: مركبة الإطلاق التي ستأخذ الطاقم والمركبات الجوالة من الأرض وتحملهم إلى المدار. وجه الكونجرس وكالة ناسا لبناء صاروخ جديد ثقيل الوزن، يُعرف باسم نظام الإطلاق الفضائي (SLS). وكما أعلنت وكالة ناسا في سبتمبر 2011، فإنها تخطط لتطوير هذا الصاروخ على مراحل: في البداية سيكون لديه حوالي نصف قدرة منصة إطلاق ساتورن 5، التي استخدمتها ناسا في برنامج أبولو، وسوف تزيد تدريجيا حتى تصل إلى مجرد بما يتجاوز قدرتها الكاملة على الإطلاق. سيكون أول إطلاق SLS، إلى جانب المركبة الفضائية المأهولة أوريون قيد التطوير حاليًا، قادرًا على أخذ رواد الفضاء في رحلة مدتها ثلاثة أسابيع للدوران حول القمر ونقاط لاغرانج، لكنهم لن يتمكنوا من المضي قدمًا دون تطوير نظام الإطلاق SLS. نظام جديد.

ولحسن الحظ، لا يتعين على السفر إلى الفضاء السحيق الانتظار حتى اكتمال نظام SLS. يمكنك البدء في الاستعدادات الآن وتطوير أنظمة دعم الحياة والمحرك الكهربائي الذي سنحتاجه في رحلات ما بعد القمر. إذا أعطت ناسا الأولوية لهذه الأنظمة، حتى في حين أن الصواريخ الجديدة لا تزال قيد التطوير، فستكون لديها قدرة أفضل على تحسين تفاصيل تصميم SLS لتناسب بشكل أفضل مهام الفضاء السحيق. بل إن هناك إمكانية لتصميم هذه المكونات لتكييفها مع قاذفات تجارية أو دولية وتجميعها في المدار، تمامًا كما حدث مع محطة الفضاء الدولية ومحطة مير الفضائية. سيساعد استخدام الصواريخ الموجودة في اكتساب الزخم نحو استكشاف الفضاء السحيق. ومع المرونة التي ستتيحها مجموعة الخيارات هذه، ستتمكن وكالة ناسا من الضغط على المزيد من مهام الاستطلاع في ظل قيود ميزانيتها المتزايدة الضيق.

المهمة: 2008 EV5

في خطتنا، تبدأ نهضة ناسا ببناء مركبة الفضاء السحيق - وسيلة النقل التي ستسمح للناس بالسفر بين الكواكب. سيدفعها محرك أيوني يعمل بالطاقة الشمسية وستوفر وحدة المعيشة المتنقلة الجديدة ملاذًا آمنًا بعيدًا عن المنزل. ستتألف مركبة الفضاء السحيق الأساسية من وحدتين يمكن وضعهما في مدار أرضي منخفض بإطلاق واحد لأصغر صواريخ SLS الجديدة التابعة لناسا. وبدلاً من ذلك، يمكن لثلاثة صواريخ متاحة تجاريًا القيام بذلك، اثنان لأجزاء المركبة وواحد لجانب الطريق.

ومن المفارقات أن المهمة الأولية هي الأكثر مملة. ولمدة عامين، سيتم قيادة السفينة بالتحكم عن بعد، دون طاقم، على طول مسار بطيء وبطيء من مدار أرضي منخفض، عبر أحزمة فان ألين الإشعاعية إلى مدار مرتفع فوق الأرض. وعلى الرغم من أن هذه الرحلة اقتصادية للغاية من حيث المواد، إلا أنها طويلة جدًا ومشعة بالنسبة لرواد الفضاء. بمجرد وضع المركبة الفضائية على الحافة الخارجية لجاذبية الأرض، سيكون الدفع الطفيف كافيًا لإدخالها في مدار بين الكواكب. ويمكنها في هذه المرحلة القيام برحلات بالقرب من القمر ومناورات أخرى تسمح بإعادة تصميم المسار ليكون مناسبا للخروج بكفاءة إلى الفضاء. وسينطلق رواد الفضاء من الأرض على متن معزز عادي يعمل بالدفع الكيميائي.

وفي رحلة تجريبية، سيطير رواد الفضاء بالمركبات إلى مدار يبقى دائمًا تقريبًا فوق القطب الجنوبي للقمر. ومن هناك سيكونون قادرين على التحكم في أسطول من الطرادات الآلية واستكشاف تركيبة الرواسب الجليدية القديمة في الحفر المظلمة دائمًا في حوض أيتكين. تقسم مثل هذه المهمة الرحلة طويلة المدى إلى خطوات صغيرة، مع بقاء الأرض والأمن الذي توفره على بعد بضعة أيام فقط. بعد عودة الطاقم إلى الأرض، تظل مركبة الفضاء السحيق في مدار مرتفع فوق الأرض، في انتظار التزود بالوقود وإجراء عملية تجميل لمهمة الكويكب الأولى.

لقد بحثنا في مجموعة واسعة من المهام من هذا النوع. وفي بعضها، سيتم نقل رواد الفضاء إلى أجسام صغيرة (أقل من 100 متر عرضًا) تقع خلف القمر مباشرة وسيعودون إلى الأرض في أقل من ستة أشهر. وذهب آخرون، أكثر جرأة، إلى أجسام كبيرة (يزيد عرضها عن كيلومتر واحد) تقريبًا إلى المريخ ثم عادوا لمدة عامين. فمن ناحية، التركيز فقط على مهمة أسهل يمكن أن يشل مهام الاستطلاع لأنه قد يعيق القدرة التكنولوجية. ومن ناحية أخرى، فإن السعي إلى مهمة أكثر صعوبة قد يؤدي إلى تأخير دائم في أي مهمة استطلاعية ذات معنى، لأن الأهداف التي ستحددها ستكون بعيدة جداً عن متناولنا. يوفر برنامجنا مستوى مرجعيًا بين هذين النقيضين. وهي رحلة ذهابًا وإيابًا مدتها عام واحد، ستنطلق في عام 2024، وسيُخصص منها 30 يومًا لدراسة الكويكب 2008 EV5. يبدو هذا الجسم، الذي يبلغ طوله حوالي 400 متر، وكأنه كويكب من النوع الذي يحظى باهتمام كبير لدى العديد من الباحثين في مجال الكواكب: كويكب كربوني من النوع C، وهو بقايا محتملة من وقت تكوين النظام الشمسي وربما ممثل المصدر القديم للمادة العضوية على الأرض.

الطريقة الأكثر فعالية للوصول إلى هناك هي استخدام مجال الجاذبية الأرضية لخدعة قديمة تعرف باسم تأثير أوبرث. هذه الخدعة هي عكس مناورات الدخول المداري التي تقوم بها المركبات الفضائية الآلية الروتينية. للاستعداد لذلك، سيقوم مراقبو المهمة بتجهيز مركبة الفضاء السحيق بوحدة صاروخية كيميائية عالية الدفع، والتي سيتم نقلها من الأرض بواسطة مركبة فضائية تعمل بالطاقة الكهربائية والتي ستكون بمثابة نوع من زوارق القطر. وبعد أن يتم ربط الوحدة بمركبة الفضاء السحيق وصعود الطاقم على متنها، ستبدأ في السقوط الحر من مكان قريب من القمر حتى الغلاف الجوي للأرض تقريبًا لتكتسب سرعة هائلة. بعد ذلك، في اللحظة المناسبة تمامًا، ستبدأ وحدة الدفع العالي بالعمل وسيتم تحرير المركبة من قبضة الأرض في غضون دقائق. تعمل هذه المناورة على النحو الأمثل في اللحظة التي تتحرك فيها المركبة بأقصى سرعة بالقرب من الأرض، لأن كمية الطاقة التي تتراكمها المركبة الفضائية تتناسب طرديًا مع السرعة التي تتحرك بها بالفعل. في حين أن المحركات الأيونية أكثر كفاءة بشكل عام من الصواريخ الكيميائية، إلا أن تأثير أوبرت هو هذا الاستثناء؛ هناك حاجة إلى قوة دفع عالية وسريعة إذا أردنا الاستفادة الكاملة من الزخم الذي توفره جاذبية الأرض، ولا يمكن توفير ذلك إلا للصواريخ عالية الدفع. عند دمج المدار الحلزوني في الدفع الأيوني مع تأثير أوبرث في الدفع الكيميائي، فمن الممكن خفض كمية الوقود اللازمة للهروب من مجال الجاذبية الأرضية بنسبة 40%، مقارنة بنظام يعتمد فقط على الدفع الكيميائي.

وبمجرد أن يفلت رواد الفضاء من جاذبية الأرض، سيتم إشعال محركات البلازما وستدفع المركبة بمعدل ثابت إلى وجهتها. يوفر المحرك الأيوني دفعًا مستمرًا، مما يسمح بالمرونة. يمكن لمخططي المهمة تطوير نظام مستقر لمسارات التخلي في حالة حدوث عطل في مرحلة ما من المهمة. (تمكنت مهمة الكويكب الآلية اليابانية، يابوسا، من التعافي من عدة حوادث مؤسفة بفضل محركها الأيوني). إذا كانت الميزانية أو المشكلات الفنية تمنعنا من تجهيز مركبة الفضاء السحيق في الوقت المناسب للوصول إلى الكويكب 2008 EV5، فيمكننا اختيار بديل آخر. وجهة. وأيضًا، إذا واجهنا صعوبات تقنية، يمكننا الارتجال. على سبيل المثال، إذا كان من الصعب جدًا تخزين مواد الصفحة عالية الأداء مؤقتًا في الفضاء السحيق، فيمكننا التبديل إلى مواد الصفحة منخفضة الأداء وإعادة كتابة المهمة وفقًا لذلك. يمكن تغيير كل تفاصيل المهمة.

مزايا الأكشاك السياحية

في خطتنا، يكون لدى رواد الفضاء شهر كامل للقيام بجولة حول الكويكب. وبدلاً من ارتداء بدلات الفضاء، سيتمكنون من التعلم من غرف الغوص المستخدمة لاستكشاف أعماق البحر واستخدام غرف الاستطلاع الخاصة. في الأساس، البدلات الفضائية هي مجرد بالونات كبيرة، ويجب على رائد الفضاء أن يقاوم ضغط الهواء باستمرار مقابل كل حركة صغيرة، لذلك يصبح السير في الفضاء عملاً شاقًا ويقل نطاق الأشياء التي يمكن القيام بها. لا يقتصر دور مقصورة الدورية المزودة بأذرع التشغيل الآلية على تخفيف هذه المشكلة فحسب، بل توفر أيضًا مكانًا لتناول الطعام والراحة. في مثل هذه المقصورة يمكن لرائد الفضاء أن يركض في الميدان لعدة أيام في المرة الواحدة. تعمل وكالة ناسا بالفعل على تطوير مركبة استكشاف الفضاء (SEV)، والتي يمكن استخدامها كمقصورة استطلاع على الكويكبات. وفي المستقبل البعيد، سيكون من الممكن تكييف هذا النموذج ليصبح مركبة صالحة لجميع التضاريس للقيام بجولات على القمر والمريخ.

وسيجري رواد الفضاء مسحًا شاملاً للكويكب، بحثًا عن رواسب معدنية غير عادية وأماكن مثيرة للاهتمام حيث يمكن البحث عن عينات من الأيام الأولى للنظام الشمسي. ترغب ناسا في إرسال فريق مكون من نصف إنديانا جونز ونصفه الآخر مونتجومري سكوت، مهندس المؤسسة: رواد فضاء يتمتعون بالخلفية العلمية اللازمة لتحديد موقع العينات الثمينة المخبأة في الغبار، وكذلك الخلفية الهندسية المطلوبة لتصحيح الأعطال التي تحدث على طول الطريقة.

وفي نهاية الشهر، سيقوم المحرك الأيوني بدفع مركبة الفضاء السحيق، وفصلها عن الكويكب وإرسالها في مدار مدته ستة أشهر إلى الوطن. قبل أيام قليلة من وصول الفريق إلى الأرض، سيدخلون كبسولة، وينفصلون عن السفينة الرئيسية وينطلقون في مسار ينتهي بالهبوط في البحر. ستبقى مركبة الفضاء السحيق الفارغة في مدار حول الشمس. ستقوم برحلة على سطح الأرض وستستمر في استخدام قوة دفع محركها الأيوني لخفض طاقتها بالنسبة لنظام الأرض والقمر، بحيث تكون قادرة على استخدامها عندما تعود إلى الأرض بعد عام. مناورة طيران على سطح القمر للعودة إلى مدار مرتفع فوق الأرض وانتظار مهمتها في اليوم التالي سيكون من الممكن استخدام المحرك الأيوني ووحدته الحية عدة مرات.

بعد عدة مهمات للكويكبات استمرت لسنوات، ستمهد التحسينات التدريجية في أنظمة دعم الحياة والحماية من الإشعاع الطريق إلى المريخ. قد لا تهبط مهمة المريخ الأولى فعليًا على سطح الكوكب. وبدلاً من ذلك، قد تقوم بجولة على قمريها، فوبوس ودييموس. ومثل هذه الرحلة هي في الأساس مهمة كويكبية تمتد إلى رحلة مدتها عامين ونصف. للوهلة الأولى، قد يبدو السفر إلى المريخ دون الهبوط عليه أمرًا سخيفًا، لكن في الواقع مثل هذا الهبوط من شأنه أن يضيف تعقيدًا هائلاً للمهمة. وستسمح البعثات إلى أقمار المريخ لرواد الفضاء بالتعود على السفر في الفضاء بين الكواكب قبل مواجهة التحدي المتمثل في الهبوط على تربة المريخ والمشي عبرها والإقلاع منها.

لقد توصل المهندسون بالفعل إلى أفكار مختلفة من شأنها أن تتيح أقصى قدر من المرونة وأقل تكلفة لمهمة فضائية على المريخ. تتضمن الفكرة الأكثر جاذبية تحديد مواقع الوحدات الحية وأنظمة الاستكشاف مسبقًا، بحيث يكون لدى رواد الفضاء قاعدة جاهزة عند وصولهم. سيكون من الممكن إرسال هذه المعدات في مركبة فضائية بطيئة (مع محرك أيوني). بمجرد وصولها إلى هناك، ستنتج الوقود الدافع على المريخ نفسه، إما عن طريق تقطير ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وخلطه مع الهيدروجين، والذي سيتم استيراده من الأرض لتكوين الميثان والأكسجين، أو عن طريق إنتاج الهيدروجين السائل والأكسجين من خلال التحليل الكهربائي للمياه المستخرجة من الأرض المتجمدة. إذا أطلق مخططو المهمة صاروخًا فارغًا يمكن إعادة تزويده بالوقود على المريخ واستخدامه للعودة، فسوف يقللون بشكل كبير من كتلة الإطلاق من الأرض.

الحركة النسبية للأرض والمريخ تمنح رواد الفضاء حوالي سنة ونصف (أرضية) على السطح قبل أن يصطف الكوكبان مع بعضهما البعض، لذلك سيكون لديهم متسع من الوقت للبحث. وفي نهاية إقامتهم، سوف يستقلون مركبة إطلاق مملوءة بالوقود المنتج محليًا، ويقفزون إلى مدار حول المريخ، ويلتقون بمركبة الفضاء السحيق التي استخدمت سابقًا في سلسلة مهمات الكويكبات ويعودون إلى الأرض. بل سيكون من الممكن وضع المركبة على مدار دائري ينتقل ذهابًا وإيابًا بين الأرض والمريخ مع مناورات مساعدة الجاذبية التي توفر كل الدفع مجانًا.

وحتى لو وضعنا بعض المعدات مسبقًا على المريخ، فإن الصواريخ التي من المفترض أن تهبط على المريخ ثم تقلع مرة أخرى تكون ثقيلة جدًا وستحتاج إلى أكبر قاذفات SLS لإرسالها في طريقها. لكن يمكن بناء أولى بعثات الفضاء السحيق من أجزاء أصغر ليتم إطلاقها على أول صاروخ SLS أو حتى على الصواريخ الموجودة. إن النهج المرحلي الذي أوصينا به سيوفر للبرنامج أقصى قدر من القدرة على التكيف مع التغييرات وسيسمح لناسا بالتركيز على حل المشكلات الصعبة حقًا، مثل الحماية من الإشعاع.

اليوم، لدى ناسا أفضل فرصة منذ جيل لإعادة التركيز على أنواع جديدة من المركبات الفضائية التي ستصل إلى الفضاء بين الكواكب. إن أكبر العوائق التي تواجه استكشاف الفضاء ليست تقنية ولكنها تتعلق بمسألة كيفية القيام بأكبر قدر ممكن بأقل قدر ممكن. إذا خططت وكالة ناسا لسلسلة تدريجية من التطورات التكنولوجية والمهمات الطموحة بشكل متزايد، فسوف تتمكن الرحلات الفضائية المأهولة أخيرًا، بعد 40 عامًا، من التحرر من المدار الأرضي المنخفض ودخول العصر الأكثر إثارة الذي شهدته على الإطلاق. ومن خلال التخطيط المرن، تستطيع وكالة ناسا تمهيد الطريق لأولئك الذين يريدون التجول بين النجوم الهائمة.

______________________________________________________________________________________________

عن المؤلفين

دامون لانداو هو محلل مهمة الكواكب الخارجية في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL). وساعد في تخطيط مسار المركبة الفضائية جونو التي تم إطلاقها مؤخرًا إلى كوكب المشتري وعمل في المسح الذي أجرته الوكالة للكويكبات القريبة من الأرض التي قد يزورها رواد الفضاء.

ناثان جي سترينج هو مهندس المهمة في مختبر الدفع النفاث. كان عضوًا في فريق الملاحة للمركبة الفضائية كاسيني-هويجنز إلى زحل وشارك في تخطيط مدار مساعدة الجاذبية للمركبة الفضائية بين أقمار زحل. كان يعمل على المسودات الفنية للبعثات المأهولة في المستقبل.

والمزيد حول هذا الموضوع

صخرة بلايموث: مهمة بشرية مبكرة إلى الكويكبات القريبة من الأرض باستخدام مركبة أوريون الفضائية. جي هوبكنز وآخرون. تم تقديمه في مؤتمر ومعرض AIAA Space 2010، في الفترة من 30 أغسطس إلى 2 سبتمبر 2010. http://tinyurl.com/PlymouthRockNEO

الهدف NEO: تقرير ورشة عمل المجتمع العالمي المفتوح حول الأجسام القريبة من الأرض. تقرير عن ورشة عمل عقدت في جامعة جورج واشنطن، 22 فبراير 2011. تحرير برنت دبليو باربي. 28 يوليو 2011. www.targetneo.org

الكويكبات القريبة من الأرض التي يمكن استكشافها بواسطة الإنسان باستخدام الدفع الكهربائي عالي الطاقة. ديمون لانداو وناثان سترينج. تم تقديمه في مؤتمر AAS/AIAA المتخصص في الديناميكا الفلكية، جيردوود، ألاسكا، في الفترة من 21 يوليو إلى 4 أغسطس 2011. http://tinyurl.com/ElectricPath

تكوين نظام الدفع الكهربائي بالطاقة الشمسية بقدرة 300 كيلووات لاستكشاف الإنسان للكويكبات القريبة من الأرض. جي آر بروفي وآخرون. تم تقديمه في مؤتمر ومعرض الدفع المشترك AIAA/ASME/SAE/ASEE السابع والأربعين، سان دييغو، في الفترة من 47 يوليو إلى 31 أغسطس 3. http://tinyurl.com/2011kWSEP

لمشاهدة مقابلة مع مؤلفي المقال والتعليق على المقال قم بزيارة الموقع: