من سيركب المصعد إلى الفضاء؟

ويقدر العلماء في جميع أنحاء العالم أن مجال تكنولوجيا النانو سيمكن من تحقيق قفزة مذهلة إلى الأمام في تطور الجنس البشري؛ والسؤال هو ما إذا كانت البشرية ستعرف كيفية استخدام التكنولوجيا الجديدة وكيف

بقلم ديبي كوفمان *

في يونيو 92، تمت دعوة الدكتور إريك دريكسلر من مكتبه في سان فرانسيسكو إلى الكابيتول هيل في واشنطن، للإدلاء بشهادته أمام لجنة فرعية تابعة لمجلس الشيوخ الأمريكي لشؤون العلوم والتكنولوجيا والفضاء. وعرض دريكسلر في المناقشة مجال تكنولوجيا النانو الجزيئي، مشيراً إلى أن هذا المجال سيكون أحد الأدوات الرئيسية للنمو العلمي والاقتصادي في السنوات المقبلة.

وكانت هذه هي المرة الأولى التي تتعرف فيها الحكومة الأمريكية على القدرات المخفية وراء تكنولوجيا النانو (النانو - جزء من مليار من المتر)، التي تتعامل مع الجزيئات والذرات. ولم تكن الإدارة مقتنعة بالاستثمار في المجال الجديد في تلك المناقشة. ومع ذلك، حتى ذلك الحين ظهرت براعم القدرة على إنشاء مواد بأحجام نانومترية. من المعروف اليوم أنه من الممكن بالفعل إنتاج المواد والمكونات والأدوية بأحجام نانومترية. كما اقتنعت الحكومة الأمريكية، وفي عام 2002 حصل مجال تكنولوجيا النانو على صفة المشروع الوطني بميزانية قدرها 519 مليون دولار.

أحد الأسباب الرئيسية وراء اكتساب هذا المجال زخمًا اقتصاديًا. عندما التقى دريكسلر برؤساء الحكومات في عام 92، قدر أن تكنولوجيا النانو يمكن أن تقلل من بناء المنازل والمراكب الشراعية وسفن الفضاء والأسلحة بنحو 50٪؛ وذلك لأن المواد النانومترية سيتم تجميعها من قبل البشر، الذين سيكونون قادرين على التعامل مع أي مادة موجودة.

وقد يحل هذا الخيار مشاكل نقص الموارد والكنوز الطبيعية ويوفر تكاليف الإنتاج. ويتوقع العلماء أن هذه هي أكبر قفزة تكنولوجية في تاريخ الجنس البشري.

وذكر دريكسلر في الاجتماع أنه "من الصعب للغاية وصف سيناريو مستقبلي لا نملك فيه هذه التقنيات (تقنيات النانو - DC)". ويبدو أن الولايات المتحدة تبذل جهوداً كبيرة للاستثمار في هذا المجال، وأن أبحاث تكنولوجيا النانو تتقدم بسرعة نسبياً.

"هذا لم يعد خيالا علميا"

ومع ذلك، في ضوء الوعد الكامن في تكنولوجيا النانو، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما هي استخداماتها؛ أي ما إذا كانت البشرية ستتمكن من استخدام التكنولوجيا الجديدة وكيف. ومن الأمثلة على ذلك المصعد الفضائي الذي تعمل حاليا على تطويره وكالة الفضاء الأمريكية ناسا. وبدأ المشروع يكتسب زخماً في العامين الأخيرين، وذلك بفضل الدراسات التي أظهرت إمكانية إنتاج شريط كهرومغناطيسي مصنوع من جزيئات الكربون النانوية، اللازمة لإنشاء المصعد.

في عام 99، نشر أحد كبار مسؤولي وكالة ناسا، ديفيد سميثرمان، مقالًا بعنوان "المصعد الفضائي: البنية التحتية الفضائية المتقدمة للألفية الجديدة"، ذكر فيه أن "هذا لم يعد خيالًا علميًا"، وأن الوكالة لديها "نتائج" مبينا أن هذا ممكن". ووفقا له، فقد بدأ العلماء والمهندسون والمسؤولون الحكوميون بالفعل العمل على البنية التحتية المناسبة للمصعد، والتي من المفترض أن تكون متاحة في أقل من 50 عاما.

الفكرة، في النهاية، هي تطوير وسائل النقل بين الأرض والفضاء، مما سيجعل من الممكن الحفاظ على التجارة والخدمات، وفي الواقع، الحياة بأكملها على الكواكب الأخرى؛ لأنه فقط إذا تطورت مثل هذه الحياة، سيكون هناك مبرر للاستثمارات في بناء مصعد إلى الفضاء.

المصعد في الواقع عبارة عن كابل طويل يمتد من الأرض إلى ارتفاع 35,786 كم. ستتمكن الآلات أو الروبوتات الكهرومغناطيسية، التي ستتجول حول الكابل، من نقل الأشخاص والآلات والصواريخ من الأرض إلى الفضاء، والعكس صحيح. المشكلة الأساسية التي يعاني منها البرنامج هي مسألة تبرير الاستثمار. وتزعم وكالة ناسا أن هذا استثمار ضخم بمليارات الدولارات، ولذلك فهم يحاولون الترويج للمشروع بعناية.

وتشمل النفقات الرئيسية محطة انطلاق للمصعد والتي ينبغي أن ترتفع إلى ارتفاع لا يقل عن 50 كيلومترا. يجب أن يكون هذا البرج مصنوعًا من مواد خاصة خفيفة للغاية يمكنها تحمل قوة الجاذبية. ومن نهاية البرج سيأتي الكابل الخاص الذي سيقود المصعد إلى الفضاء. ووفقا لسميثرمان، فإن المشروع غير ممكن اليوم، ولكن في غضون 50 عاما سيكون من الممكن تنفيذه.

فكرة عمرها 106 أعوام

وفي المقال الذي نشره سميثرمان، يذكر العالم الكاتب آرثر سي كلارك، الذي أورد في رواية «ينابيع الجنة» المنشورة عام 78 قصة عن المهندسين الذين طوروا المصاعد الفضائية في مناطق أسطورية. يصف كلارك في كتابه مواد جديدة مصنوعة من ألياف الكربون، والتي مكنت من بناء المصاعد الفضائية. ويشير سميثرمان إلى أن هذه المواد موجودة حاليًا في مختبرات الأبحاث.

ولكن تبين أن كلارك لم يكن الأول. بالفعل في عام 1895، اقترح عالم روسي يدعى كونستانتين تسيولكوفسكي "قلعة سماوية" خيالية من شأنها أن تكون متزامنة مع الأرض وتتحرك في مدار ثابت في الفضاء وتنطلق إلى الأرض. حصل على الإلهام للقصة بعد مشاهدة برج إيفل، وتخيل البرج من أعلى إلى أسفل.

في عام 1960، صرح المهندس الروسي من لينينغراد، يوري أرتسونوف، أنه من الممكن بناء مصاعد فضائية، لكن كلماته لم تلق التقدير. لم تحظى فكرة المصاعد الفضائية باهتمام المجتمع العلمي الغربي إلا في عام 75، وذلك بفضل مقال كتبه جيروم بيرسون من مختبر القوات الجوية الأمريكية حول هذا الموضوع.

ولكن لم يكن الأمر كذلك حتى عام 99، عندما اقترح جيروم بيرسون المصعد الفضائي كأداة لتقليل تكاليف الإطلاق إلى الفضاء، حيث قررت وكالة ناسا الترويج لهذه المسألة. وبحسب بيرسون، فإن إطلاق كيلوغرام واحد إلى الفضاء يكلف اليوم نحو 22 ألف دولار. ومن ناحية أخرى، فإن استخدام المصعد الفضائي سيخفض السعر إلى أقل من 1.5 دولار للكيلوغرام الواحد.

ومن أجل الوصول إلى هذه التكاليف، من الضروري استثمار الكثير من الموارد في تطوير التقنيات والمواد التي ستقلل بشكل كبير من الرحلة إلى الفضاء. وقد أدرج سميثرمان خمسة تطورات تكنولوجية مطلوبة لجعل رحلات الفضاء أرخص؛ وهذه، في رأيه، حاسمة لنجاح المشروع.

ووفقا لتقرير نشرته وكالة ناسا عام 98، فإن الضغط على المصعد سيزداد كلما رفعت نحو الخروج من الغلاف الجوي. لذلك، يجب أن يكون كابل المصعد مصنوعًا من مواد قوية للغاية، ويكون عرضة للتغيير في سمكه؛ أي أنها سميكة في البداية ورقيقة جدًا في النهاية.

إن المواد مثل الفولاذ والماس، والتي تعتبر اليوم قوية بشكل خاص، لا تسمح ببناء كابل يتحمل الأحمال والضغوط المطلوبة. فالألماس، على سبيل المثال، يتكون من ذرات الكربون التي تشكل روابط تساهمية قوية للغاية ثلاثية الأبعاد، ولكن جزيئاته تميل إلى الانتشار في مستويات مسطحة.

جزيئات أقوى 100 مرة من الفولاذ

يعد هذا الطموح مشكلة إذا كنت تريد ثني المادة إلى حلقة أو أنبوب أو هيكل منحني. ومن ناحية أخرى، فإن ذرات الكربون مرتبة بطريقة مختلفة - الأنابيب النانوية (الكربون CNT)، على سبيل المثال - تمكن من بناء كابل مصعد قوي للغاية. وتعتبر هذه الجزيئات أقوى 100 مرة من الفولاذ، وتزن سدس ذلك الوزن.

ومن المفترض أن تكون التقنية الثانية هي التي ستحقق السيطرة والتحكم في نشر الكابل من الأرض إلى الفضاء. هناك حاجة إلى تقنية ثالثة لإنتاج هيكل من مواد خفيفة ورخيصة نسبيًا، وهو ما يبرر تشييد مبانٍ عالية للغاية على الأرض، والتي سيصل ارتفاعها إلى 50 كيلومترًا.

والتقنية الرابعة هي تطوير الطاقة الكهرومغناطيسية التي ستحرك الكثير من الوزن بسرعة عالية، مثل المعدات اللازمة لبناء البنية التحتية في الفضاء. وتؤدي هذه التكنولوجيا إلى المجال الخامس، وهو تطوير وسائل النقل والخدمات والمرافق التي من شأنها دعم الهياكل الفضائية؛ وبدون ذلك، فإن الخطة بأكملها سوف تذهب هباءً.

فكرة قديمة جديدة: مصعد إلى الفضاء
قم بتوصيل الأرض بقمر صناعي في مدار ثابت بالنسبة للأرض

إحدى الأفكار التكنولوجية المذهلة التي "يلعب بها" مكتب المشاريع المتقدمة التابع لناسا (وكالة الفضاء الأمريكية)، الموجود في قاعدة مارشال الفضائية، هي بناء مصعد يطير من سطح الأرض الأرض إلى ارتفاع مدار القمر الصناعي. إذا نسج الجلد والأوتار، فسنتمكن في المستقبل من الوصول إلى المحطة الفضائية التي سيتم وضعها على ارتفاعات أعلى بكثير من المحطة الفضائية الدولية التي يتم إنشاؤها الآن - ولكن بعد دفع مبلغ زهيد يبلغ حوالي 200 دولار (مصعد) رسوم السفر) - بدلاً من 20 مليون دولار، والتي ربما تم دفعها لمشغلي محطة "مير" الفضائية من أجل إيواء ضيف مميز فيها لعدة أيام.

إن المصعد إلى الفضاء ليس فكرة جديدة. وبالعودة إلى عام 1895، ابتكر الروسي تشيولكوفسكي بناء برج مرتفع جدًا عن سطح الأرض، سيحمل قمته محطة فضائية في مدار متزامن مع الأرض، على ارتفاع 35,786 كيلومترًا.

آرثر سي. وقد ابتكر كلارك، كاتب الخيال العلمي، أداة مماثلة في كتابه "ينابيع الجنة". ولكن الآن تتم مناقشة الفكرة الأدبية بجدية تامة في وكالة ناسا. الأميركيون أكثر عملية - لأننا نرى في الأفق حلاً للمشكلة الأساسية التي شكلت حتى الآن عقبات أمام تحقيق هذه الرؤية: المادة التي سيتم بناء كابل المصعد المداري منها.

تم إجراء الحسابات الأولى في هذا الصدد في عام 1966. وأظهرت بعد ذلك أنه لا توجد حتى الآن مادة قوية بشكل خاص (من بين المواد المعروفة في ذلك الوقت) يمكنها تحمل الجهود والتمزق. وفي السنوات الأخيرة، تم العثور على أشكال لترتيب ذرات الكربون في جزيئات معقدة، بعضها قوي بما يكفي لبناء أقوى كابل في العالم.

والمواد الخاصة عبارة عن أنابيب صغيرة مصنوعة من ذرات الكربون ملفوفة حول محور طويل واحد.

وفي النسخة الحديثة من المصعد الفضائي، سيبدأ البناء من محطة فضائية سيتم وضعها في مدار متزامن مع الأرض. "تقف" المحطة فوق نقطة معينة على خط الاستواء - ويبدأ منها بالخروج كابلان مصنوعان من أنابيب الكربون. ينزل أحد الكابلات نحو سطح الأرض وينطلق الآخر نحو الفضاء. كلما زاد عدد الكابلات التي تم تحريرها، زاد قطر الكابل الجديد الذي تم تحريره (لدعم الكابل الإضافي).

وعلى مقربة من سطح الأرض، على ارتفاع 50 كيلومترا، سيتم ربط الكابل النازل بأعلى برج شاهق، تحمله جميع جبال الأرض. وستكون هذه هي قاعدة البرج الذي سيوصل الركاب إلى النجوم. لن يتم استخدام الكابلات لنقل البضائع، بل ستدعم فقط العربات التي ترفع البضائع والأشخاص إلى الفضاء، بينما ستنزل عربات مماثلة، على الجانب الآخر من الكابل.

من المحطة الفضائية، سيكون من الممكن السماح للشحنات بالانزلاق بحرية: قوة الجاذبية المركزية لدوران الأرض والمصعد المتصل بها، سوف يقومان تلقائيًا بإلقاء الشحنات إلى الفضاء. لا فائدة من التسرع ومحاولة العثور على تذاكر لمثل هذه الرحلات الفضائية. المشروع بعيد عن أن يكون جاهزا للتنفيذ. سوف يستغرق الأمر بضعة عقود على الأقل حتى تلحق التطورات التكنولوجية بخيال المخططين.

* كان موقع المعرفة حتى عام 2002 جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس