يعتمد المكان الذي يمكنك فيه السفر في الفضاء على مقدار الوقود الدافع على متن صاروخك ومدى كفاءة استخدامه. تحتاج فقط للقبض عليهم.
وفي الوقت الحالي ، تختبر المركبة الفضائية LightSail 2 الجديدة التابعة للجمعية الكوكبية مدى نجاحها.
الأشرعة الشمسية هي فكرة عبقرية كان يوهانس كيبلر يفكر بها لأول مرة في القرن السابع عشر ، حيث كان يتخيل أن الأشرعة والسفن يمكن تكييفها للسفر إلى الفضاء. بالطبع ، لم يفهم تمامًا الفيزياء المعنية ، حتى الآن.
ولكن مع الاكتشافات الرئيسية في فيزياء الجسيمات وميكانيكا الكم في أوائل القرن العشرين ، أدرك العلماء أن الضوء نفسه يمكن أن يعمل مثل الرياح التي تهب الشراع في الفضاء.
على الرغم من أن الفوتونات ليس لها كتلة ، إلا أنها يمكن أن تنقل الزخم عندما ترتد عن سطح عاكس للغاية - هذا شراع خفيف. هذا ليس كثيرًا ، ولكن في فراغ الفضاء ، لا توجد مقاومة للهواء لإبطاء الشراع. مع ما يكفي من الفوتونات ، والوقت الكافي ، يمكن للشراع الخفيف أن يتسارع إلى سرعات عالية بشكل لا يصدق.
باستخدام صاروخ كيميائي ، يمكنك تحويل الكتلة الكاملة للكون المرئي إلى وقود صاروخي ولن تحصل على مركبة فضائية صغيرة تسير بسرعة تزيد عن 0.2٪ من سرعة الضوء. لكن الشراع الخفيف يمكن أن يأخذك نظريًا إلى السرعات النسبية ، حيث تنتقل من نجمة إلى نجمة في حياة الإنسان.
بما أن الدافع الحر غير المحدود يأتي من الشمس ، والسرعات الضخمة ممكنة ، فلماذا لا توجد أشرعة شمسية في كل مكان؟
سؤال جيد.
إنه سؤال كانت جمعية الكواكب مهووسة به منذ سنوات حتى الآن ، وقد أطلقوا أخيرًا شراعًا شمسيًا حقيقيًا لمحاولة اكتشاف مدى نجاحهم في الواقع.
في عام 2005 ، حاولوا إطلاق أول شراع شمسي في العالم ، كوزموس 1 ، لكن فشل الصاروخ دمره. ثم عادوا إلى العمل ، حيث قاموا بتطوير LightSail 1 ، الذي تم إطلاقه في عام 2015 واختبروا بنجاح نشر شراعهم الشمسي في الفضاء.
وأخيرًا ، في عام 2019 ، كانت جمعية الكواكب جاهزة لتجربة الإبحار في الفضاء.
في 25 يونيو 2019 ، انطلقت مركبة SpaceX Falcon Heavy من كيب كانافيرال في فلوريدا وعلى متنها 24 مركبة فضائية لمهمة STP-2 التابعة لسلاح الجو الأمريكي. كانت هذه هي المرة الثالثة التي يتم فيها إطلاق Falcon Heavy ، وكنا جميعًا نأمل في أن تهبط بنجاح في مرحلتها الوسطى. ليس كثيرًا ، لا يزال هذا على قائمة المهام. لكن هذا ليس ما يدور حوله هذا الفيديو.
على أي حال ، بالإضافة إلى الأقمار الصناعية الغامضة للقوات الجوية ، كانت شركة Falcon Heavy تحمل LightSail 2 من جمعية الكواكب على متن مركبتها الفضائية Prox-1 ، والتي تم إطلاقها على ارتفاع 720 كيلومترًا.
ثم في 23 يوليو 2019 ، نشرت المركبة الفضائية شراعها الشمسي.
وقد فتحت صفائفها الشمسية المفصلية ، ثم قامت برفع أربعة أذرع شراع شبيهة بقياس الشريط ، مما أدى إلى تحريك الأشرعة الثلاثية ، ونشر 32 مترًا مربعًا من منطقة الشراع.
من المهم ملاحظة أن هذه المركبة الفضائية صغيرة الحجم ، ويبلغ وزنها 5 كجم أو 11 رطلاً تقريبًا ، وهي بحجم رغيف خبز.
أثناء دورانها حول الأرض ، تتأرجح المركبة الفضائية بأشرعتها داخل وخارج ضوء الشمس ، مع كل فترة ترفع مدارها بضع مئات من الأمتار في اليوم.
يبدو هذا رائعًا ، للأسف ، ليس لدى LightSail 2 أنظمة تحكم على متن الطائرة للتحكم في زاويتها بدقة كافية للبقاء في المدار إلى أجل غير مسمى.
في حين أنه يرفع مداره على جانب واحد من الأرض بمئات الأمتار في اليوم ، فإنه لا يستطيع إمالة الأشرعة بدقة كافية لمنع خفض مداره على الجانب الآخر من الكوكب. في النهاية ستنغمس في الغلاف الجوي للأرض وتحترق.
ولكن نأمل أن يتعلم المهندسون في جمعية الكواكب أخيرًا كيف يمكن أن يكون الشراع الشمسي عمليًا لاستكشاف الفضاء.
لا يزال في المدار ، ويعيد إرسال صور رائعة لكوكبنا.
مع إرسال LightSail 2 من جمعية الكواكب لبيانات المنزل ، وتعليم مراقبي المهام الإبحار في الفضاء ، ستكون هذه دروسًا قيّمة للبعثات المستقبلية التي قد تستخدم هذه التقنية كطريقة فعلية للدفع.
إحدى المهام في العمل هي الكشافة القريبة من الأرض التابعة لوكالة ناسا ، أو NEA Scout. يمكن أن تطير مهمة Cubesat هذه كحمولة ثانوية مع الاختبار الأول لنظام الإطلاق الفضائي التابع لناسا ، وهي مهمة EM-1 غير المأهولة ، والتي يمكن إطلاقها في وقت مبكر من يونيو 2020.
بعد الانتشار من كبسولة Orion ، ستكشف NEA Scout أشرعتها الشمسية ، ضعف حجم LightSail 2 ، ثم تقضي عامين في السفر إلى كويكب قريب من الأرض لدراسته عن قرب.
لا نعرف الهدف حتى الآن ، ولكن الوجهة المحتملة قد تكون بالقرب من جسم الأرض 1991 VG ، الذي تم اكتشافه في 1991 قبل وقت قصير من مروره من الأرض إلى القمر. ثم عاد في آب (أغسطس) 2017. سنرغب في مراقبة هذه الصخرة كتهديد محتمل ، ولكن أيضًا كنز من المعادن والمعادن التي يمكن أن تساعد في دعم الاستكشاف المستقبلي للنظام الشمسي.
مهمة أخرى يمكن أن تستخدم الشراع الشمسي هي طائرة ورقية يابانية كبيرة الحجم للاستكشاف والملاحة الفضائية في النظام الشمسي الخارجي أو OKEANOS. ستكون هذه مهمة إلى كويكبات طروادة ، التي تقع في نقطتي L4 و L5 Sun-Jupiter Lagrange.
يعد هذا مكانًا مثاليًا لدراسة الكويكبات لأن المشتري وجاذبية الشمس قد حوصروا عددًا كبيرًا في بقعة واحدة ، ويمكن للمهمة بسهولة تجربة العديد من الكويكبات المختلفة.
سيكون لدى OKEANOS شراع شمسي هجين ، مغطى بألواح شمسية والتي ستستخدمها أيضًا لتوفير الكهرباء لأدواتها ومحركها الأيوني.
كانت اليابان واحدة من أوائل الدول التي اختبرت شراعًا شمسيًا ، مع مهمة IKAROS التي تم نشرها في عام 2010 ، وفي النهاية اكتسبت مئات الأمتار في الثانية من السرعة باستخدام الشراع الشمسي.
قد يأتي OKEANOS مع مركبة هبوط. بفضل تجربتهم مع Hayabusa2 والكويكب Ryugu ، تعلمت وكالة JAXA قدرًا هائلاً حول هبوط وجمع عينات من الكويكبات الصغيرة.
إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسوف يتم إطلاق OKEANOS في منتصف عام 2020 على متن مركبة إطلاق H-IIA ، باستخدام عدة عوامل جاذبية تساعد في القيام برحلة إلى المشتري. وإذا كانت المهمة ناجحة حقًا ، فقد تجلب حتى عينة من كويكب طروادة إلى الوطن.
تفكر وكالة ناسا في إضافة شراع شمسي إلى بوابة Deep Space Lunar. في حدث تخطيط خاص لبوابة Deep Space Gateway في عام 2017 ، قدم أعضاء من وكالة الفضاء الكندية مفهوم الشراع الشمسي الذي يمكن إضافته إلى المحطة. سيوفر الضوء المستمر من الشمس دفعة ثابتة يمكن للمحطة استخدامها للحفاظ على مدارها بدون دفع. تم تثبيته على ذراع آلي كندي - ماذا أيضًا - يمكن للشراع الشمسي الذي يبلغ طوله 50 مترًا أن ينقذ المحطة 9 كجم من هيدرازين سنويًا ، وهو أمر مكلف لنقله من الأرض إلى القمر.
إحدى المهام التي ربما تكون على دراية بها هي مفهوم Breakthrough Starshot. بدلاً من استخدام الضوء من الشمس كدفع ، تأمل Breakthrough Starshot في استخدام أشعة الليزر القوية التي ستسرع الأقمار الصناعية الصغيرة إلى السرعات بين النجوم.
يمكن أن تكون هذه أول مركبة فضائية ترسل صورًا للمنزل من نظام نجمي آخر. لقد انتهينا من حلقة كاملة حول هذا ومهمة شراع ليزر أثقل أخرى تسمى مشروع Dragonfly.
لسوء الحظ ، استغرق الأمر وقتًا أطول بالنسبة لوكالات الفضاء لدمج الأشرعة الشمسية في مهامها مما كنت أتمنى. إنها مفهومة ، فهي معقدة وهشة وتتطلب توجيهًا دقيقًا. من المنطقي أن يستخدم مخططو المهمة الصواريخ الكيميائية المجربة والصحيحة ، أو المحركات الأيونية الفعالة لدفع مركباتهم الفضائية عبر النظام الشمسي.
ولكن مع إطلاق واختبار المزيد والمزيد من الأشرعة الشمسية ، سيصبح المهندسون أكثر ثقة في أفضل الطرق لاستخدامها كجزء من المهمة. يمكنني أن أتخيل مستقبلاً عندما يكون كل مهمة تقريبًا بها شراع شمسي احتياطي على متنها ، فقط في حالة حدوث خطأ في المحرك الرئيسي.
لقد كنت مفتونًا دائمًا بإمكانية الإبحار بالطاقة الشمسية ، وشاهدت كل اكتشاف وأتقدم إلى الأمام بحماس. أنا سعيد حقًا أن جمعية الكواكب قد وصلت إلى هذا الحد من خلال اختباراتهم. لقد قاموا بالمهمة بأكملها مقابل 7 ملايين دولار ، بتمويل من أعضاء جمعية الكواكب ، والمواطنين العاديين وحملة Kickstart. إذا كنت ترغب في دعم هذه المهمة والبعثات المستقبلية للمساعدة في استكشاف النظام الشمسي ، فانتقل إلى planetary.org لمعرفة المزيد.
