ويشير العلماء إلى أن السفن التي تعمل بالأشرعة الضوئية يمكن أن تصل إلى بروكسيما سنتوري، أقرب نجم إلى الأرض، خلال 20 عاما فقط. إن ما كان يبدو وكأنه خيال علمي منذ وقت ليس ببعيد يأخذ الآن شكل الواقع التقني. ويعمل الباحثون من جميع أنحاء العالم على مشاريع من شأنها أن تحول هذا الاحتمال إلى مهمة قابلة للحياة على مدى العقدين المقبلين.
يستخدم الدفع الضوئي طاقة الفوتون لدفع شراع خفيف للغاية عبر الفضاء. وعلى عكس الصواريخ التقليدية التي تحرق الوقود، لا تعتمد هذه التكنولوجيا على احتياطيات الطاقة الموجودة على متن الطائرة، بل تتلقى دفعة من أشعة الليزر القوية التي يتم إطلاقها من الأرض أو من مصادر أخرى للإشعاع المركز. إن التسارع المستمر، حتى لو كان صغيرًا، من شأنه أن يسمح بسرعات أكبر بشكل متزايد طوال الرحلة.
المشاريع قيد التطوير تتجه نحو الأشرعة الشمسية
وتقوم وكالات الفضاء ومعاهد الأبحاث بالفعل باختبار نماذج أولية في مدار الأرض. تعمل وكالة ناسا وأفضل الجامعات الأمريكية على أشكال مختلفة من هذه التكنولوجيا منذ أواخر الثمانينات. في الآونة الأخيرة، وضعت البعثات التجريبية أشرعة خفيفة الوزن على الأقمار الصناعية، مما يثبت المفهوم الأساسي.
يقوم مختبر الدفع النفاث (JPL)، المرتبط بوكالة ناسا، بتطوير مواصفات للأشرعة خفيفة الوزن المصنوعة من مواد مركبة. سيكون سمكها بضعة ميكرومترات فقط وستعكس ضوء الشمس أو ضوء الليزر بدقة ملليمترية. تشير الحسابات إلى أنه مع توليد المسرعات الموجودة على الأرض لأشعة ليزر مركزة، فإن مركبة فضائية تزن بضعة كيلوغرامات فقط ستصل إلى 10 إلى 20% من سرعة الضوء، وهو ما يكفي لتغطية 4.37 سنة ضوئية في عقدين من الزمن.
النجم المستهدف يبعد عنا 40 تريليون كيلومتر
بروكسيما سنتوري، الاسم العلمي بروكسيما دو سنتوري، يقع على بعد 4.24 سنة ضوئية من كوكبنا. بالكيلومترات، تبلغ المسافة حوالي 40 تريليون كيلومتر. سوف يستغرق مسبار فوييجر، وهو أسرع مسبار تمكنت البشرية من إطلاقه، 70 ألف سنة للوصول إلى هناك. إن الشراع الخفيف بسرعات نسبية من شأنه أن يخلق فرصة مختلفة تمامًا.
تشير الدراسات الحديثة إلى أن بروكسيما سنتوري لديه على الأقل ثلاثة كواكب خارجية تدور حوله. قد يكون أحدها، بروكسيما سنتوري د، موجودًا في المنطقة الصالحة للسكن، وهي المنطقة التي يمكن أن يوجد فيها الماء السائل على السطح. وتم اكتشاف كوكب آخر، وهو بروكسيما سنتوري بي، في عام 2016، وهو ما أثار اهتمام علماء الفلك أيضًا. إن إمكانية استكشاف هذه العوالم المباشرة تحفز الباحثين في مشروع Breakthrough Starshot، وهي مبادرة دولية يمولها مليارديرات التكنولوجيا.
ولا تزال التحديات التقنية كبيرة
إن إنشاء شمعة يمكنها تحمل تسارع ليزر تيراواط دون ذوبان أو تفكك يظل عقبة رئيسية. تتحلل المواد الحالية بسرعة تحت الإشعاع المركز بهذه الكثافة.
يحتاج المهندسون أيضًا إلى حل:
- استقرار المسار خلال التسارع المستمر لسنوات
- التواصل مع الأرض – قد تستغرق الإشارات أكثر من أربع سنوات لتعود
- الحماية من الاصطدام بالغبار بين النجوم بسرعات قصوى
- دقة شعاع الليزر للحفاظ على محاذاة الشراع لمليارات الكيلومترات
- تصغير الكاميرات والأدوات العلمية إلى بضعة جرامات من الكتلة الكلية
ستكون سفن الشحن والمسابير الأوتوماتيكية هي المنصات الأكثر قابلية للتطبيق في البداية. سيكون للشراع الذي يحمل الكاميرات وأجهزة الاستشعار قدرات علمية كبيرة. قد يستغرق نقل البيانات التي تم التقاطها أثناء تحليق بروكسيما سنتوري سنوات، لكن المعلومات ستصل. ويظل شحن البشر مشكلة أكثر تعقيدًا، إذ خلقت السرعات التي ينطوي عليها الأمر تحديات بيولوجية لم يتم حلها.
ترى وكالات الفضاء الجدوى المالية
وتشير التقديرات إلى أن تكلفة تطوير هذه التكنولوجيا ستتراوح بين 5 و10 مليارات دولار على مدى عقدين من الزمن. وتقوم دول مثل الصين وروسيا أيضًا بالبحث في الدفع الإشعاعي. وقد أدرجت وكالة الفضاء الأوروبية هذه التكنولوجيا في خططها الاستكشافية طويلة المدى. ويشير هذا التقارب الدولي إلى أن الاستثمار لن يكون ضئيلا.
المشاريع التجارية تدخل السباق أيضًا. تقدم شركات تكنولوجيا الطيران بالفعل خدمات هندسية لوكالات الفضاء. لقد تطورت عملية تصغير المكونات الإلكترونية بدرجة كافية للسماح بمسبارات آلية متطورة تزن جرامات فقط.
وتشمل الخطوات التالية إجراء اختبارات في المدار
ويخطط الباحثون لإطلاق نماذج أولية تجريبية للأشرعة على الأقمار الصناعية التجارية خلال السنوات الثلاث المقبلة. يتم إجراء اختبارات مقاومة الإشعاع عالي الكثافة في المختبرات المتخصصة. تعمل عمليات المحاكاة الحاسوبية على تحسين معلمات التسارع والاستقرار.
وإذا تقدمت الاختبارات كما هو متوقع، فسوف يتم اتخاذ قرار استثماري أكبر بين عامي 2028 و2030. ومن الممكن أن تنطلق مهمة تجريبية، مع شراع صغير مُسرَّع بالليزر، في منتصف ثلاثينيات القرن الحالي. وهذا من شأنه أن يترك مجالًا للتعديلات قبل إطلاق مسبار أكبر نحو بروكسيما سنتوري حوالي عام 2040 أو 2045.
ويؤكد العلماء أن الموعد النهائي المحدد بعشرين عامًا ليس مضمونًا، فهو يعتمد على التمويل المستمر، والابتكارات المادية، وحلول التحديات غير المعروفة حتى الآن. ومع ذلك، يتفق معظمهم على أن المسار الفني مفتوح. إن تحول الخيال العلمي إلى واقع يتطلب المثابرة والموارد. كلاهما في النهاية على هذه الخطوة.