تتقدم ناسا بإطلاق طائرة نووية بدون طيار لاستكشاف تيتان وبطارية جديدة تضمن الطاقة لمدة قرن من الزمان

وأكدت وكالة الفضاء الأمريكية إحراز تقدم في الجدول الزمني للتجميع لمهمة دراجونفلاي. ويتضمن المشروع طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة النووية مصممة لاستكشاف تيتان، أكبر قمر لكوكب زحل. ومن المقرر أن يتم إطلاق المعدات في عام 2028. وبالتوازي، كشفت الشركة المصنعة الأمريكية NRD عن جيل جديد من البطاريات النووية يعتمد على نظير النيكل 63. تعد المكونات بتوفير الكهرباء بشكل مستمر لأكثر من قرن دون الحاجة إلى الصيانة البشرية.

تحدث الابتكارات في قطاع الطيران والطاقة في نفس الوقت الذي ينشر فيه العلماء دراسة جيولوجية واسعة النطاق حول العمليات البركانية. يشرح البحث بالتفصيل كيف تعمل ديناميكيات عباءة الأرض على تركيز كميات كبيرة من الذهب في مناطق محددة من الكوكب. يمثل التقارب بين استكشاف الفضاء السحيق وإنشاء مصادر طاقة طويلة الأمد خطوة غير مسبوقة في البحث العلمي. تكتسب المعدات المستقلة قدرة تشغيلية موسعة في البيئات القاسية.

تبحث طائرات استكشاف الفضاء عن آثار كيمياء ما قبل الحيوية

تتميز مركبة Dragonfly بهيكل أوكتوكوبتر تم تطويره خصيصًا للطيران في الغلاف الجوي الكثيف للقمر الصناعي الطبيعي. تشير توقعات المهندسين إلى أن المسبار سيصل إلى سطح تيتان في عام 2034. وتحمل المعدات مولدًا كهربائيًا حراريًا متعدد المهام للنظائر المشعة، يُسمى غالبًا بالاختصار MMRTG. يضمن مصدر الطاقة الحرارية والكهربائية عمل جميع أنظمة الملاحة والاتصالات. يمكن أن تصل درجات الحرارة في موقع الهبوط إلى علامة قصوى تبلغ -180 درجة مئوية. يتضمن الغرض الأساسي للبعثة البحث عن الظروف البيئية التي ربما دعمت أشكال الحياة في ماضي النظام الشمسي.

تمثل استراتيجية التنقل الجوي تغييرًا جذريًا عن طائرات الهبوط الثابتة المستخدمة في المهام السابقة. ستقوم الطائرة بدون طيار برحلات قصيرة ومتناوبة لجمع عينات التربة في مناطق متميزة جيولوجيًا. يبدأ المسار الأولي للاستكشاف في حقل الكثبان الرملية الشاسع المعروف باسم شانغريلا. بعد ذلك، ستتحرك الطائرة تدريجياً نحو فوهة سيلك. تشتمل المختبرات الموجودة على متن الطائرة على كاميرات فائقة الدقة ومقياس مطياف الكتلة المتقدم. ستقوم هذه الأجهزة بإجراء تحليل مفصل للتركيبة العضوية المعقدة الموجودة على سطح قمر زحل.

توفر أجهزة Nickel-63 الكهرباء لأجهزة الاستشعار عن بعد

وفي مجال هندسة المواد، طرحت شركة NRD سلسلة بطاريات NBV في السوق. تستخدم وحدات الطاقة غير المتطايرة اضمحلال بيتا لنظائر النيكل 63 لتوليد تيار كهربائي بشكل مستمر. يلبي تصميم المنتج بشكل مباشر الطلب على الأجهزة الإلكترونية ذات الاستهلاك المنخفض للغاية. تحل هذه التكنولوجيا المشكلة اللوجستية في الأماكن التي يكون فيها الاستبدال المادي للبطاريات التقليدية مستحيلاً أو غير ممكن من الناحية المالية. يقوم الهيكل الصلب المغلق تمامًا بعزل المواد المشعة عن البيئة الخارجية. يوفر النظام إنتاجًا مستقرًا للطاقة لمدة تقدر بمائة عام.

تعتبر الأبعاد المادية للبطاريات الجديدة مثيرة للإعجاب نظرًا لشكلها المضغوط للغاية. يبلغ قياس كل وحدة 20 ملم عرضًا و20 ملم طولًا و12 ملم ارتفاعًا. ويتراوح نطاق الطاقة المولدة من المكونات بين 5 و500 نانو واط، اعتمادًا على التكوين الذي يختاره العميل. يشمل التركيز التجاري للشركة المصنعة الأنظمة الصناعية التي تتطلب موثوقية مطلقة في الظروف المناخية القاسية. تعد أجهزة استشعار أمن الممتلكات ومحطات المراقبة البيئية عن بعد من بين الأهداف الرئيسية لهذه التكنولوجيا. ويضع الإطلاق معيارًا جديدًا للتطبيق السلمي والمدني للمواد المشعة على نطاق تجاري.

الجدول الرسمي والمواصفات الفنية للمشاريع الجديدة

يتطلب دمج المصادر النووية في مشاريع معقدة للغاية مراقبة الجودة الصارمة والاختبارات الشاملة. تجري ناسا المرحلة الحالية من تجميع ومعايرة Dragonfly في منشأة مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز. يقوم المهندسون بإخضاع الدوارات وأجهزة استشعار الملاحة لغرف مفرغة وأجهزة محاكاة لدرجة الحرارة القصوى. تم دمج البيانات الفنية والمواعيد النهائية للبعثات ومعدات الطاقة الجديدة من قبل فرق التطوير.

• إطلاق Dragonfly: ستتم المغادرة من الأرض في يوليو 2028 على متن صاروخ SpaceX Falcon Heavy.
• الوصول إلى تيتان: من المقرر الهبوط على سطح القمر الصناعي الطبيعي في عام 2034.
• الأجهزة الموجودة على متن الطائرة: تحتوي الطائرة بدون طيار على ثمانية دوارات مستقلة وأجهزة استشعار للأرصاد الجوية ومقياس مطياف الكتلة.
• جهد بطارية NBV: تعمل الأجهزة بنطاق جهد يتراوح من 1.0 فولت إلى 20.0 فولت.
• أبعاد خلية NBV: تبلغ أبعاد العبوة بالضبط 20 مم × 20 مم × 12 مم.
• العمر الافتراضي المقدر: تضمن خلايا النيكل 63 التشغيل المستمر لمدة تصل إلى 100 عام.
• التطبيقات العملية: يعمل النظام على تشغيل أجهزة الاستشعار في المناطق النائية وشبكات المراقبة الصناعية.

إن توحيد هذه المعايير التقنية يسلط الضوء على نضج صناعة الطيران والمكونات الإلكترونية. يضمن استخدام صاروخ SpaceX Falcon Heavy سعة الحمولة اللازمة لإرسال مولد MMRTG الثقيل إلى الفضاء السحيق. في البيئة الأرضية، تسمح مرونة الجهد الكهربي لبطاريات NBV بالتكامل مع لوحات الدوائر الموجودة بالفعل في السوق. ويسهل توحيد التدابير اعتماد التكنولوجيا من قبل قطاعات مختلفة من الهندسة المدنية والعسكرية.

تشرح الديناميكيات البركانية تركيز المعادن الثمينة

وبالإضافة إلى التقدم التكنولوجي، سجل مجال البحوث الجيولوجية اكتشافات مهمة حول تكوين الثروات المعدنية. قامت مجموعة من الباحثين برسم خريطة لأصل احتياطيات الذهب الكبيرة الموجودة في الأقواس البركانية تحت الماء. وركزت الدراسة تحليلاتها على منطقة كيرماديك الواقعة في أعماق جنوب المحيط الهادئ. ويصف العلماء الموقع بأنه فرن طبيعي حقيقي قادر على معالجة العناصر الكيميائية الثقيلة. إن الذوبان المتكرر لغطاء الأرض عند درجات حرارة عالية جدًا هو المحرك الرئيسي لهذه الظاهرة الجيولوجية. تطلق الحرارة الشديدة الذهب المحاصر في معادن الكبريتيد مباشرة في تدفق الصهارة الصاعد.

تشرح عملية الذوبان المستمر سبب احتواء بعض الصدوع التكتونية على تركيزات معدنية أعلى بكثير من المتوسط ​​المحيطي. يلعب الكبريت دورًا ميكانيكيًا رئيسيًا خلال هذه الرحلة تحت الأرض. ويعمل العنصر كوسيلة نقل، حيث يحمل المعادن الثمينة من أعمق الطبقات إلى القشرة الأرضية. إن الرواسب التي تم تحديدها في قاع البحر لا توفر بعد جدوى اقتصادية لعمليات التعدين التجارية. ومع ذلك، فإن الفهم التفصيلي لهذا التطور الجيوكيميائي يوفر أدوات قيمة للصناعة. تساعد البيانات التي تم جمعها الجيولوجيين على التنبؤ بشكل أكثر دقة بموقع الرواسب المعدنية في المناطق القارية.