من الصاروخ متعدد المراحل والقمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض إلى المصعد الفضائي والإطلاق بدون صاروخ و"قضبان من الله" - تستمر الأفكار المولودة من الخيال الأدبي في تشكيل رؤية القرن الحادي والعشرين للفضاء.
سبق أن تنبأت روايات الخيال العلمي بقدرات تكنولوجية مستقبلية، بعضها يشكل مبادئ أساسية في صناعة الأقمار الصناعية اليوم. وقد وُلدت هذه التنبؤات قبل وقت طويل من إمكانية تحقيق هذه الأفكار تقنياً.
هذا ما حدث عندما تخيّل جول فيرن رحلةً إلى القمر في وقت مبكر من عام 1865، أي قبل قرن تقريبًا من أن تصبح حقيقة. وتكرر الأمر في مطلع القرن العشرين، عندما طرح كونستانتين تسيولكوفسكي فكرة الصاروخ متعدد المراحل (1903). وفي عام 1945، اقترح آرثر سي كلارك فكرة القمر الصناعي الثابت بالنسبة للأرض، والذي من شأنه أن يُمكّن الاتصالات الفضائية في جميع أنحاء العالم عبر الفضاء (كما هو موضح في الصورة).
هذا نمط متكرر – أفكارٌ تولد في الأدب أو الفكر النظري، تبدو في البداية مستحيلة وخيالية، لكنها قد تتحول إلى واقع. حتى اليوم، لا تزال هناك أفكار في مجال الفضاء تنتظر الطفرة التكنولوجية التي ستحولها من خيال علمي إلى تقنية قابلة للتطبيق. سنتناول بعض هذه الأفكار في هذه المقالة.
مصعد فضائي
في عام 1895، خطرت لكونستانتين تسيولكوفسكي فكرة جريئة: مصعد يرفع البضائع من الأرض إلى الفضاء باستخدام كابل ضخم ممتد فوق مدار ثابت بالنسبة للأرض. ووفقًا لهذه الرؤية، سيُحافظ على الكابل مشدودًا بواسطة ثقل معلق على ارتفاع شاهق فوق الأرض، بينما تتحرك عربات الشحن صعودًا وهبوطًا على طوله.
حظيت الفكرة باهتمام متجدد في أدب الخيال العلمي، لا سيما في أعمال آرثر سي كلارك عام ١٩٩٧. ومع ذلك، لا تزال المشكلة الرئيسية قائمة: لا يوجد حتى الآن مادة قادرة على تحمل الوزن الهائل لكابل كهذا، والذي يبلغ طوله حوالي ٥٠ ألف كيلومتر. وقد بثّ ظهور تقنية أنابيب الكربون النانوية في التسعينيات الأمل. فهذه ألياف بقطر نانومتري، أقوى من الفولاذ بمئة ضعف، ووزنها صفر. قد تُتيح هذه التقنية تحقيق هذه الفكرة، ولكن لا يُمكن اليوم إنتاج مثل هذه الألياف إلا بطول بضعة ملليمترات فقط.
ما الذي يحدث اليوم؟ هناك عدد من المؤسسات البحثية التي تدرس جدوى الفكرة، ويأمل البعض في إثبات جدوى الفكرة في وقت مبكر من منتصف هذا القرن.
شراع شمسي
في عام 1920، اقترح الفيزيائي الروسي فريدريك زيندر فكرة بسيطة للغاية: استخدام الإشعاع الشمسي لدفع مركبة فضائية. تصطدم أشعة الشمس، أو أي مصدر ضوئي آخر، بـ"شراع"، ويساهم زخم جسيمات الضوء في زخم المركبة الفضائية. يشبه هذا الأمر شراعًا هوائيًا يدفع قاربًا.
لا تحتاج المركبة الفضائية التي تحمل مثل هذا الشراع إلى محرك ووقود، لذا يمكن أن تكون خفيفة الوزن للغاية، وتتسارع بسهولة أكبر. وبهذه الطريقة، من الممكن نظريًا، بعد فترة تسارع طويلة، الوصول إلى سرعات عالية جدًا، حتى أنها قد تتجاوز عُشر سرعة الضوء، وربما تسمح بالوصول إلى كواكب بعيدة. وقد ذُكرت هذه التقنية عند الحديث عن السفر إلى نظام نجم سنتوري المجاور، الذي يبعد عنا حوالي أربع سنوات ضوئية فقط.
وقد حظيت الفكرة بمزيد من الزخم في أدب الخيال العلمي، بما في ذلك آرثر سي كلارك في عام 1963. وفي العقود الأخيرة، تم إجراء تجارب حقيقية، حيث أطلقت الجمعية الكوكبية أقمارًا صناعية شراعية صغيرة، مما أثبت أنه من الممكن دفع الأقمار الصناعية في مدار منخفض إلى ارتفاعات أعلى.
وهنا أيضاً، لا يزال الطريق طويلاً. فالدفع الناتج عن الشمس ضئيل للغاية، لذا يلزم استخدام أشرعة ضخمة ومواد خفيفة الوزن للغاية. كما تبدو فكرة تسريع الأشرعة باستخدام أشعة الليزر من الأرض غير عملية، نظراً للطاقة الهائلة اللازمة لإنتاج شعاع ليزر بالشدة المطلوبة.
الانطلاق إلى الفضاء بدون صاروخ إطلاق
ظهرت فكرة إطلاق الأجسام إلى الفضاء دون صواريخ عام ١٩١٧. فقد اقترح المخترع الفرنسي لويس أوكتاف فوشون-فيلبلي فكرة المدفع الكهرومغناطيسي (مدفع السكة الحديدية)، حيث يتم تسريع جسم المركبة الفضائية باستخدام المجالات المغناطيسية إلى سرعات هائلة. لكن المشكلة تكمن في أن مقاومة الهواء الناتجة عن الغلاف الجوي تُشكل عائقًا أمام تطبيق هذه الفكرة. في الوقت نفسه، يبدو إطلاق المركبات الفضائية من القمر باستخدام هذه الطريقة أكثر جدوى، نظرًا لعدم وجود غلاف جوي، إلا أن الحاجة إلى مثل هذه الإطلاقات لم تكن قد ظهرت بعد.
في العقود الأخيرة، ظهرت أفكار أخرى لإطلاق المركبات الفضائية إلى الفضاء دون استخدام الصواريخ. ومن أبرزها تقنية "سبين لانش" (SpinLaunch)، التي طرحتها شركة تحمل الاسم نفسه في مطلع القرن الحادي والعشرين. وتعتمد الفكرة على استخدام جهاز طرد مركزي ضخم لتسريع الحمولة إلى سرعات تصل إلى آلاف الكيلومترات في الساعة قبل إطلاقها في الفضاء. وقد أظهرت التجارب التي أجرتها الشركة على نموذج أولي أن التحدي أكبر مما كان متوقعاً.
حلقة الإطلاق
ثمة فكرة أخرى أكثر طموحًا وأوسع نطاقًا، وهي "حلقة الإطلاق"، التي اقترحها المخترع كيث لوفستروم عام ١٩٨١. وبحسب هذا الاقتراح، سيتم بناء هيكل يبلغ ارتفاعه عشرات الكيلومترات وطوله آلاف الكيلومترات، مثبتًا بالأرض من كلا الطرفين. وسيشكل الجزء الأفقي من المسار، الواقع في الفضاء المنخفض، مسارًا مغناطيسيًا لتسريع الشحنات إلى الفضاء.
تعد جميع هذه الأفكار بتقليل تكلفة الإطلاق إلى الفضاء، وزيادة معدل الإطلاق. لكنها جميعاً تواجه تحديات هائلة: متطلبات طاقة هائلة، وتحديات هندسية ولوجستية ومالية جسيمة.
""قضبان من الله"
إحدى أكثر الأفكار إثارةً جاءت من عالم الخيال العلمي العسكري. ففي خمسينيات القرن الماضي، ابتكر الكاتب جيري بورنيل فكرة "قضبان من السماء" - وهي عبارة عن إسقاط قضبان ثقيلة من التنجستن من أقمار صناعية تدور في مدارات منخفضة، لتصطدم بالأرض بسرعات تفوق سرعة الصوت. وتتسارع هذه القضبان أثناء سقوطها إلى سرعة تقارب 10 ماخ، مما يُحدث انفجارًا مشابهًا للقنبلة الذرية دون إشعاع، ويخترق الأرض بعمق.
في عام ٢٠٠٣، درست القوات الجوية الأمريكية الفكرة أيضاً، كجزء من أبحاثها في مجال الأسلحة المستقبلية. ومنذ ذلك الحين، لم يُبلَّغ عن أي نشاط لتنفيذ هذه الفكرة. وتُعدّ التحديات التي تواجه تنفيذ مثل هذا السلاح كبيرة، ومنها الوزن الثقيل للقمر الصناعي الذي يحمل هذه القضبان، إذ يزن كل قضيب منها عدة أطنان. وسيتم التغلب على هذا التحدي قريباً، مع بدء استخدام صواريخ ستار شيب التابعة لشركة سبيس إكس.
من الجوانب المثيرة للاهتمام في هذا السياق الجانب التنظيمي: فبحسب معاهدة الفضاء الخارجي، التي وقّعت عليها دول عديدة، بما فيها القوى الكبرى، يُحظر وضع أسلحة الدمار الشامل في الفضاء. في المقابل، لا تشمل هذه المعاهدة الأسلحة الحركية التي لا تحمل مواد دمار شامل، وبالتالي فهي قانونية ظاهريًا.
هل سنشهد تحقق هذه الأفكار؟
القاسم المشترك بين كل هذه الأفكار هو الفجوة بين الفكرة النظرية والتحديات الهائلة. فالمبادئ الفيزيائية مألوفة، لكن ثمة فجوة تكنولوجية هائلة، وأحياناً موارد ضخمة، تعترض سبيل تحقيق هذه الأفكار.
في الوقت نفسه، يجدر بنا أن نتذكر الفجوة التكنولوجية التي واجهها كتّاب الخيال العلمي في الماضي عند طرح أفكارهم. ومن المشكوك فيه أن تكون الفجوة التكنولوجية التي واجهها جول فيرن عام ١٨٦٥، عندما تخيّل رحلة إلى القمر، أصغر من تلك التي واجهتها أفكار لاحقة، كتلك المعروضة في هذه المقالة.
إن حقيقة أن بعض هذه الأفكار المبتكرة يجري العمل عليها حاليًا من قبل العلماء والمهندسين، وليس فقط من قبل عشاق الخيال العلمي، تبعث الأمل في أن يتحقق بعضها يومًا ما. إننا نشهد العديد من الإنجازات التكنولوجية التي من شأنها أن ترتقي بالبشرية إلى آفاق جديدة.
لقد ألهمت الخيال العلمي في الماضي التقنيات الحديثة. فلننتظر ونرى إلى أين سيقودنا الخيال العلمي الحديث.
- توفيا ليران هو خبير سابق في مجال الإلكترونيات وتكنولوجيا الفضاء، وهو حاليًا رائد أعمال في مجال التعليم، lirantuvia@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
لم تكن تعلم شيئاً عن محرك الالتواء.