فكرة سفينة الفضاء الشراعية تكتسب زخما. تعد الإصدارات الجديدة بسرعة هائلة
اهارون هاوبتمان
صور التصوير: ناسا، جامعة واشنطن
الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/hauptman191000.html
"فقاعة" مغناطيسية تحيط بسفينة فضائية. تحت تأثير جزيئات الرياح الشمسية المشحونة كهربائيا، ستتمكن الفقاعة من تسريع المركبة الفضائية إلى سرعة حوالي 100 كيلومتر في الثانية. على اليمين: مركبة فضائية شراعية، أحد تصميمات وكالة ناسا. لا تحتاج إلى وقود لتسريعها.
إن فكرة دفع سفينة الفضاء باستخدام الشراع ليست جديدة. وحتى قبل أكثر من 400 عام، كان عالم الفلك يوهانس كيبلر يحلم بإبحار السفن التي تبحر بقوة "الرياح السماوية" إلى الفضاء. وفي الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، تم إحياء الفكرة في العديد من قصص الخيال العلمي والمقالات العلمية. إن التطورات التي تجري حالياً في مختبرات الأبحاث قد تؤدي إلى تحقيق الحلم ربما بالفعل في العقد المقبل.
الفكرة بسيطة: عندما تصطدم أشعة الضوء بسطح عاكس (على سبيل المثال مرآة كبيرة)، تمارس الفوتونات المنعكسة (جسيمات الضوء) قوة على السطح. القوة تعني التسارع، لذا فإن المرآة الملحقة بالمركبة الفضائية ستكون في الأساس نوعًا من الشراع، وستتسارع المركبة الفضائية بشكل مشابه لطريقة تسارع المراكب الشراعية أو الطائرة الورقية، نتيجة هبوب الرياح. عندما تفكر في الأمر، فإن عبارة "سفينة فضائية" تأخذ فجأة معنى حقيقيًا.
الميزة الكبرى للمركبة الفضائية المبحرة هي أنها لا تحتاج إلى وقود لتسريعها، على الأقل طالما يصل إليها الضوء. وتسارع صغير ولكن ثابت يكفي لتجميع، خلال بضعة أشهر، سرعات هائلة لا يمكن تحقيقها بأي وسيلة دفع تقليدية. السرعة هي المفتاح للسفر عبر الفضاء إلى مسافات هائلة حقًا - إلى حافة النظام الشمسي، ناهيك عن ما وراءه.
في قصة "الريح التي تهب من الشمس" (من عام 1963)، تصور كاتب الخيال العلمي آرثر سي كلارك مسابقة دولية لـ "أشرعة الفضاء". وهذه هي الطريقة التي تم بها وصف إحدى سفن الفضاء هناك: "إذا أخذوا جميع أشرعة سفن الشاي التي كانت تسير في مياه الصين، وخياطوها في ورقة واحدة ضخمة - فلا يمكن مقارنتها بالشراع الواحد الذي سفينة الفضاء تنتشر ضد الشمس. ومع ذلك، لم يكن الشراع أكثر صلابة من فقاعة الصابون؛ وكانت تلك الكيلومترات الخمسة المربعة من البلاستيك المطلي بالألمنيوم تبلغ سماكتها أجزاء من المليون من السنتيمتر فقط. (ترجمة يورام رابابورت، دار مسعدة للنشر 1972).
لكن إذا كانت فكرة الشراع الفضائي بسيطة، فإن تحقيقها ليس كذلك. وهو شراع يبلغ طوله مئات الأمتار (يصل إلى عشرات الكيلومترات حسب تصميمات معينة) وهو رقيق. وهذا يتطلب مواد قوية جدًا وخفيفة الوزن ومقاومة للحرارة، بالإضافة إلى آلية تقاعد متطورة. وتسببت الصعوبات الهندسية في تخلي وكالة ناسا عن الفكرة في السبعينيات، لكن تم إحياؤها في السنوات الأخيرة. إن التقدم الكبير في تطوير مواد مركبة قوية وخفيفة للغاية أثار الآمال، وبالفعل، فإن إحدى المواد التي تم اختبارها لهذا الغرض تذكرنا جدًا بوصف كلارك: ألياف الكربون المغلفة بطبقة رقيقة بشكل مدهش من الألومنيوم، لا يتجاوز عددها بضع عشرات من ذرات سميكة. يمكن تخزين هذه الرقاقة الرقيقة في صندوق صغير ونشرها في الفضاء على مساحة بحجم ملعب كرة القدم.
ومع اكتساب الفكرة زخمًا، تم اقتراح نسخ أكثر تفصيلاً منها. على سبيل المثال، نسخة مستقبلية لا تكتفي بأشعة الشمس ولكنها تقدم استخدام أشعة الضوء من أجهزة الليزر القوية، والتي سيتم وضعها في نقاط "استراتيجية" في الفضاء، وربما على كواكب أخرى. إن الجمع بين شراع عملاق وشعاع ضوئي مركّز من شأنه أن يمنح سفينة الفضاء قوة الدفع لمسافات شاسعة، ربما بعيدًا عن النظام الشمسي.
ولكن في الآونة الأخيرة تم اقتراح فكرة أكثر ابتكارا: مركبة فضائية بدون شراع. ويعمل فريق من العلماء من جامعة واشنطن، بقيادة الدكتور روبرت وينجلي، بقوة على "دفع البلازما ذات الغلاف المغناطيسي المصغر"، أو اختصارا M2P2، ووفقا لهذه الفكرة، سيتم تغليف المركبة الفضائية بما يشبه الغلاف المغناطيسي العملاق. فقاعة تعمل كالشراع نتيجة للتفاعل بين المجال المغناطيسي والجسيمات المنبعثة بشكل مستمر من الشمس. تبدو الفكرة معقدة، لكنها مبنية على فيزياء بسيطة للغاية. إن "الرياح" الحقيقية التي تهب من الشمس (بالإضافة إلى الإشعاع الضوئي، وهي ليست "رياحًا" بالضبط) هي تيار من الجسيمات دون الذرية المشحونة كهربائيًا، والتي "تهب" في كل مكان بسرعة تصل إلى 1,000 كيلومتر في الثانية، إلى حد هائل. المسافات من الشمس. يؤدي الالتقاء بين الشحنة الكهربائية والمجال المغناطيسي إلى خلق قوة يمكن استخدامها كقوة دافعة لتسريع سفينة الفضاء.
عندما تم اقتراح الفكرة قبل بضع سنوات، اتضح أنه من أجل تنفيذها، يجب أن تكون المركبة الفضائية مغلفة بمجال مغناطيسي قوي لدرجة أن هذا غير عملي (على الأقل حتى يتم تطوير مواد فائقة التوصيل). لكن الدكتور وينجلي ورجاله أظهروا أن المجال المغناطيسي الضخم والضعيف يمكن أن يحقق نفس القوة التي يحققها مجال أصغر ولكن أقوى. لقد أظهروا أيضًا أنه من الممكن إنشاء مثل هذا المجال المغناطيسي الضعيف بمساعدة ملف موصل يحتوي على كمية صغيرة بشكل مذهل (40 كجم) من البلازما (الغاز المتأين). ويزعمون أنه بمساعدة هذه المنشأة (التي تم بالفعل بناء نموذج مختبري لها)، من الممكن "تضخيم" فقاعة مغناطيسية يبلغ قطرها 40 كيلومترا، وهذا سوف يلتقط عددا كافيا من جزيئات الرياح الشمسية التي سوف السماح لها بالعمل كشراع عملاق.
وبهذه الطريقة، ستتمكن الرياح الشمسية الخفيفة من تسريع المركبة الفضائية إلى سرعات تبلغ حوالي 100 كيلومتر في الثانية. إن مثل هذه السفينة الفضائية ستكون بالفعل بطيئة بشكل يائس مقارنة بسرعة الضوء - حلم الحالمين بالرحلات بين المجرات - ولكنها ستكون أسرع بكثير من أي مركبة فضائية تم بناؤها حتى الآن؛ وسيكون الحل العملي للرحلات إلى أطراف النظام الشمسي.
وبدت الفكرة التي طرحت مؤخرا في مؤتمر علمي لناسا عملية لدرجة أن الوكالة خصصت منحة بحثية محترمة لفريق الدكتور وينجلي لمواصلة تطوير الفكرة. (يمكن الاطلاع على التفاصيل في الموقع.
مجموعة من مقالات الدكتور أهارون هاوبتمان على موقع هيدان
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 19/10/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~306109504~~~222&SiteName=hayadan
