يُظهر مشروع سفاروج وغيره من الاختبارات إمكانات وحدود الأشرعة الشمسية في الفضاء

يمكن للأشرعة الشمسية أن تدفع المركبات الفضائية إلى حافة النظام الشمسي خلال السنوات العشر إلى العشرين القادمة. قامت دراسة حديثة بقيادة ديبدوت سينغوبتا من إمبريال كوليدج لندن بتحليل الوضع الحالي للتكنولوجيا. وتشير النتائج إلى تقدم حقيقي في التجارب، ولكنها تكشف أيضًا عن تحديات تقنية كبيرة أمام المهام الأكثر طموحًا.

ويستخدم هذا المفهوم ضغط ضوء الشمس، أو الفوتونات، لدفع الهياكل الخفيفة والرفيعة دون الحاجة إلى الوقود. ويذكرنا هذا النهج بالأشرعة القديمة التي كانت تستخدم الرياح المتكيفة مع فراغ الفضاء. لقد أثبتت مشاريع مثل Lightsail 2، من جمعية الكواكب، وIkaros، من اليابان، صحة الأجزاء الأساسية للفكرة في الرحلات الجوية الحقيقية.

دراسة تقيم الجاهزية التكنولوجية للبعثات المقترحة

قام ديبدوت سينغوبتا وزملاؤه بفحص ثلاث مبادرات رئيسية: Breakthrough Starshot، وProject Svarog، وSolar Cruiser. وقاموا بقياس مستوى نضج المكونات مثل المواد الشراعية وهياكل الدعم وأنظمة التحكم. يسلط العمل الضوء على أن التكنولوجيا الحالية تسمح بالوصول إلى مناطق بعيدة من النظام الشمسي، ولكنها ليست جاهزة للسفر المأهول أو القصير المدى بين النجوم.

تم الإعلان عن برنامج Breakthrough Starshot في عام 2016، حيث تم التخطيط لإرسال سفن نانوية إلى Proxima Centauri باستخدام أشعة ليزر أرضية قوية. وتوقف المشروع في نهاية عام 2025، مع تجميد التمويل. يركز سفاروج، بقيادة طلاب من إمبريال كوليدج لندن، على الغلاف الشمسي، وهي منطقة تبعد حوالي 14.5 مليار كيلومتر عن الشمس. تتضمن الإستراتيجية الغوص الشمسي لاكتساب السرعة الأولية.

• أطلق سفاروج اختبارًا شراعًا بالبالون على ارتفاعات عالية في أواخر عام 2024، ووصفت النتائج بأنها ناجحة جزئيًا.
• خططت سفينة Solar Cruiser التابعة لناسا لدراسة الشمس بالقرب من نقطة L1 Lagrange بإبحار يبلغ طوله 40 مترًا.
• وأغلقت الوكالة المشروع في عام 2023، لكنها تواصل تقييم مفاهيم مماثلة.

توضح هذه الأمثلة مسارات مختلفة. يعتمد المرء على أشعة الليزر القوية. آخر يستخدم الجاذبية والإشعاع الشمسي المكثف. والثالث يسعى إلى الاستقرار ضد قوى الجاذبية.

تثبت الاختبارات السابقة الوظائف الأساسية

طار Lightsail 2 بدءًا من عام 2019 وأظهر تحولًا في المدار باستخدام الضغط الشمسي فقط. استمرت المهمة لفترة أطول من المتوقع وانتهت بالعودة إلى الغلاف الجوي للأرض في عام 2022. ووصل إيكاروس الياباني إلى كوكب الزهرة في عام 2010 وتحقق من صحة النشر والملاحة. أظهرت هذه الرحلات التجريبية أن الدفع يعمل في بيئة حقيقية.

وتستمر المشاكل على نطاقات أوسع. واجه اختبار متقدم لوكالة ناسا صعوبات في النشر ودارت الشراع بشكل لا يمكن السيطرة عليه. تحتاج المواد إلى تحمل الحرارة الشديدة بالقرب من الشمس. يجب أن تحافظ الهياكل خفيفة الوزن على شكلها دون التواء أو الانحناء تحت الضغط.

التحديات التقنية تحد من الطموحات الحالية

يحدد المهندسون ثلاثة مجالات حاسمة. الأول ينطوي على الإدارة الحرارية لمنع ارتفاع درجة الحرارة. والثاني يتطلب دعمًا قويًا وخفيف الوزن للأشرعة التي يبلغ طولها عشرات الأمتار. والثالث يتطلب أنظمة دقيقة للتحكم في الموقف للحفاظ على التوجه المستقر.

Leia Tambem

موجات الصدمة من النجوم المحتضرة تنحت مشاتل نجمية على شكل عربة كونية

تشير دراسة إمبريال كوليدج إلى وجود أشرعة شمسية على حافة النظام الشمسي خلال 10 أو 20 عامًا

كيم كارداشيان تنشر الصور الأولى مع لويس هاميلتون أثناء ركوب الدراجة

وخلصت دراسة سينغوبتا إلى أن التكنولوجيا ليست باهظة ولا مستقبلية للغاية. إنه يمثل خطوة تطورية قابلة للحياة نحو الاستكشاف العميق. ومع ذلك، لا تزال البعثات المأهولة بين النجوم تتطلب تقدمًا كبيرًا في المتانة والحجم وتكامل الأنظمة.

التطورات الحديثة في المواد والهياكل

يبحث البحث عن أغشية أكثر مقاومة وأذرع مركبة خفيفة الوزن. مشاريع مثل نظام الشراع الشمسي المركب المتقدم التابع لناسا تختبر المواد التي تجمع بين البوليمرات وألياف الكربون. هذه التطورات تقلل الوزن وتزيد الصلابة. تستكشف الشركات والوكالات التطبيقات التجارية مثل إزالة الحطام أو مراصد الطقس الفضائي.

يظل مشروع Svarog نشطًا كمبادرة طلابية. إنه يمثل الجهود المبذولة لوضع أول جسم مدني في الفضاء بين النجوم. ساعدت اختبارات البالون في تحسين نماذج الديناميكيات المدارية.

ما هو التالي بالنسبة للدفع الشمسي؟

وتخطط وكالات الفضاء والجامعات لمزيد من التظاهرات في السنوات المقبلة. ينصب التركيز على الرحلات الجوية التي تصل إلى حافة الغلاف الشمسي أو تراقب الشمس من مواقع مفيدة. يعتمد النجاح على حل القيود الحالية دون زيادة التكاليف أو التعقيد بشكل مفرط.

توفر الأشرعة الشمسية بديلاً اقتصاديًا للوقود الكيميائي للمهام الطويلة. أنها تسمح بالتسارع المستمر، الذي يتراكم السرعة مع مرور الوقت. هذه الميزة تجعل التكنولوجيا جذابة للاستكشاف التدريجي للنظام الشمسي الخارجي.

لا يزال الطريق إلى الفضاء بين النجوم يتطلب الصبر والتكرار. تعد دراسة إمبريال كوليدج لندن بمثابة خريطة محدثة. إنه يُظهر تقدمًا ملموسًا من المفاهيم المبكرة ويشير إلى العوائق الواضحة التي تحتاج إلى الاهتمام.