نظام مقترح للدفع بالليزر يمكن أن يساهم في زيادة الرحلات بين الأرض والمريخ 🚀

تسعى كلاً من وكالة ناسا والصين للقيام ببعثات مأهولة إلى المريخ في العقد المقبل، وفي حين أن هذا الأمر سيمثل قفزة كبيرة في استكشاف الفضاء إلا أنه أيضًا يواجه تحديات لوجستية وتكنولوجية كبيرة.

بداية لا يمكن إطلاق أي رحلة إلى المريخ إلا كل 26 شهرًا عندما يكون كوكبنا والمريخ في أقرب نقطة في مدارهما لبعضهما البعض. و باستخدام التكنولوجيا الحالية سوف يستغرق الأمر من ستة إلى تسعة أشهر للانتقال من الأرض إلى المريخ. حتى مع الدفع النووي الحراري أو الكهربائي النووي (NTP / NEP)، قد تستغرق الرحلة باتجاه واحد 100 يوم للوصول إلى المريخ.

اظهار أخبار متعلقة

لكن فريقا من الباحثين بقيادة إيمانويل دوبلاي من جامعة ماكجيل في مونتريال قام بتقييم إمكانات نظام الدفع الحراري بالليزر. ووفقًا لدراستهم فإن المركبة الفضائية التي تعتمد على نظام الدفع الجديد - حيث يتم استخدام الليزر لتسخين وقود الهيدروجين - يمكن أن تقلل وقت العبور إلى المريخ إلى 45 يومًا فقط!



في السنوات الأخيرة، كان دفع الطاقة الموجهة (DE) موضوع بحث واهتمام كبير. تشمل الأمثلة  العديد من البرامج من بينها برنامجي Breakthrough Starshot و Project Dragonfly، وكلاهما نشأ من دراسة تصميم استضافتها مبادرة الدراسات بين النجوم (i4iS) في عام 2013.

اظهار أخبار متعلقة

وتستدعي هذه المفاهيم مصفوفة ليزر بقوة جيجاوات عدة لتسريع شراع ضوئي ومركبة فضائية صغيرة إلى جزء من سرعة الضوء (المعروف أيضًا باسم السرعات النسبية) للوصول إلى الأنظمة النجمية القريبة خلال عقود، بدلاً من قرون أو آلاف السنين.

ولكن في حين أن هذه المفاهيم تركز على التنقل بين النجوم، اكتشف دوبلاي وزملاؤه إمكانية تطبيق هذا المفهوم بين الكواكب.

كما أوضح دوبلاي لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني: "سيكون التطبيق النهائي لدفع الطاقة الموجهة هو بمثابة دفع شراع ضوئي إلى النجوم لتحقيق القدرة على السفر بينها، وهو احتمال حفز الفريق لإجراء هذه الدراسة. كنا مهتمين بكيفية استخدام تقنية الليزر نفسها للنقل السريع في النظام الشمسي، والذي نأمل أن يكون نقطة انطلاق على المدى القريب لهذه التكنولوجيا ".

اظهار أخبار متعلقة

بالنسبة لهذا التطبيق، يتم استخدام الليزر لتوصيل الطاقة إلى المصفوفات الكهروضوئية على مركبة فضائية، والتي يتم تحويلها إلى كهرباء لتشغيل محرك Hall-Effect Thruster (محرك أيوني). تشبه هذه الفكرة نظام الدفع النووي الكهربائي (NEP)، حيث تحل مصفوفة الليزر محل المفاعل النووي.

 وأفاد دوبلاي، بأن المفهومين مترابطين ولكنهما مختلفين "نهجنا مكمل لهذه المفاهيم، من حيث أنه يستخدم نفس مفهوم الليزر ذي المصفوفة المرحلية، ولكنه يستخدم تدفق ليزر أكثر كثافة على المركبة الفضائية لتسخين الوقود الدافع مباشرة، كغلاية بخار عملاقة. وهذا يسمح للمركبة الفضائية بالتسارع بسرعة كبيرة بينما لا تزال قريبة من الأرض".

وتابع "إن مركبتنا الفضائية تشبه سيارة السحب التي تتسارع بسرعة كبيرة بينما لا تزال قريبة من الأرض. نعتقد أنه يمكننا حتى استخدام نفس محرك الصاروخ الذي يعمل بالليزر لإعادة الداعم إلى مدار الأرض، بعد أن يلقي بالمركبة الرئيسية إلى المريخ، وهذا يمكننا من إعادة تدويرها بسرعة من أجل الاستعداد للإطلاق التالي".

اظهار أخبار متعلقة

وتشتمل بنية المركبة الفضائية الحرارية بالليزر على العديد من التقنيات، كما أشار دوبلاي وهي:"مجموعات من ليزرات الألياف الضوئية التي تعمل كعنصر بصري واحد، وهياكل فضاء قابلة للنفخ يمكن استخدامها لتركيز شعاع الليزر عند وصوله إلى المركبة الفضائية إلى حجرة التسخين  وتطوير مواد ذات درجات حرارة عالية السماح للمركبة الفضائية بالانفصال عن الغلاف الجوي للمريخ عند وصولها ".

هذا العنصر الأخير ضروري نظرًا لعدم وجود مجموعة ليزر في المريخ لإبطاء المركبة الفضائية بمجرد وصولها إلى المريخ.

وقال إن "العاكس القابل للنفخ هو من أبنية الطاقة الموجهة الأخرى تم تصميمه ليكون عاكسًا بدرجة عالية، ويمكنه الحفاظ على طاقة ليزر أكبر لكل وحدة مساحة من اللوحة الكهروضوئية، مما يجعل هذه المهمة ممكنة مع حجم مصفوفة ليزر متواضعة مقارنةً بالليزر الكهروضوئي".

اظهار أخبار متعلقة

من خلال الجمع بين هذه العناصر، يمكن لصاروخ حراري بالليزر أن يتيح عبورًا سريعًا جدًا إلى المريخ لمدة تصل إلى ستة أسابيع، وهو أمر كان يعتبر ممكنًا فقط مع محركات الصواريخ التي تعمل بالطاقة النووية.

في الوقت نفسه، كما يقول دوبلاي، تمثل المهمة بعض العقبات نظرًا لأن العديد من التقنيات المعنية لم يتم اختبارها بعد. وفي حين أن الكثير من التكنولوجيا في بنية البعثة المقترحة - وغيرها من المقترحات المماثلة - لا تزال في مرحلة النظرية والتطوير، فلا شك في إمكاناتها.

إن تقليل الوقت المستغرق للوصول إلى المريخ لأسابيع بدلاً من شهور سيعالج اثنين من أكبر التحديات التي تواجه مهمات المريخ - الاعتبارات اللوجستية والصحية.

اظهار أخبار متعلقة

علاوة على ذلك، فإن إنشاء نظام عبور سريع بين الأرض والمريخ سيسرع من إنشاء البنية التحتية بين الأرض والمريخ. يمكن أن يشمل ذلك محطة فضائية شبيهة بالبوابة في مدار المريخ، بالإضافة إلى مجموعة ليزر لإبطاء المركبات الفضائية القادمة. إن وجود هذه المرافق من شأنه أيضًا تسريع الخطط لإنشاء وجود بشري دائم على السطح.