مسافة السكة «ستذهب الى المريخ في 45 يوم»

تتوقع ناسا أن يستغرق وصول البشر إلى الكوكب الأحمر حوالي 500 يوم، لكن المهندسين الكنديين يقولون إن نظامH قائم على الليزر يمكن أن يقطع هذه الرحلة في 45 يوما فقط.

وتخطط وكالة الفضاء الأمريكية لإرسال طاقم إلى الكوكب الأحمر في منتصف 2030s، وفي الوقت نفسه تقريبا تخطط الصين أيضا لهبوط البشر على المريخ.

ويقول مهندسون من جامعة McGill في مونتريال بكندا إنهم طوروا نظام دفع حراري بالليزر، حيث يتم استخدام الليزر لتسخين وقود الهيدروجين. إنه دفع موجه للطاقة، باستخدام أشعة الليزر الكبيرة التي يتم إطلاقها من الأرض لتوصيل الطاقة إلى المصفوفات الكهروضوئية على مركبة فضائية، والتي تولد الكهرباء، وبالتالي الدفع.

وتتسارع المركبة الفضائية بسرعة كبيرة عندما تكون بالقرب من الأرض، ثم تسابق نحو المريخ خلال الشهر التالي، وتطلق المركبة الرئيسية للهبوط على الكوكب الأحمر وتعيد بقية المركبة إلى الأرض لإعادة تدويرها للإطلاق التالي.

وكان الوصول إلى المريخ في غضون ستة أسابيع فقط أمرا يُعتقد سابقا أنه ممكن فقط باستخدام الصواريخ التي تعمل بالطاقة الانشطارية، والتي تشكل مخاطر إشعاعية متزايدة.

وفي حديثه إلى Universe Today، قال الفريق الذي يقف وراء الدراسة إن هذا النظام يمكن أن يسمح بالنقل السريع داخل النظام الشمسي.

كما أن دفع الطاقة الموجهة ليس فكرة جديدة، فقد تصدرت عناوين الصحف مؤخرا مع Breakthrough Starshot، وهو مشروع يهدف إلى استخدام الليزر لإرسال مجسات ضوئية صغيرة إلى أقرب نظام نجمي، Proxima Centauri بسرعات نسبية.

ويستخدم النظام أشعة الليزر لدفع مركبة فضائية إلى الفضاء السحيق، بسرعات نسبية - جزء بسيط من سرعة الضوء - وكلما زادت قوة الليزر، زادت سرعة المركبة الفضائية.

وتتوقع بعض الأبحاث أنه يمكن أن يُرسل قمر صناعي يبلغ وزنه 200 رطل إلى المريخ في غضون ثلاثة أيام فقط، وتتطلب مركبة فضائية أكبر حجما حوالي شهر إلى ستة أسابيع.

وتتطلب المفاهيم مجموعة ليزر ذات قدرة غيغاوات على الأرض، والتي يمكن إطلاقها في الفضاء، وتوجيهها إلى شراع ضوئي متصل بمركبة فضائية لتسريعها إلى سرعات عالية - بجزء بسيط من سرعة الضوء.

ونشر إيمانويل دوبلاي، خريج McGill وطالب ماجستير هندسة الفضاء في جامعة TU Delft، ورقة تقترح إمكانية تطبيق ذلك على رحلة إلى المريخ.

وقال لـ Universe Today: 

"إن التطبيق النهائي لدفع الطاقة الموجهة سيكون دفع شراع ضوئي إلى النجوم للسفر الحقيقي بين النجوم، وهو الاحتمال الذي حفز فريقنا الذي أجرى هذه الدراسة. كنا مهتمين بكيفية استخدام تقنية الليزر نفسها للنقل السريع في النظام الشمسي، والتي نأمل أن تكون نقطة انطلاق على المدى القريب يمكنها إثبات هذه التقنية".

وتتطلب المركبة الفضائية الافتراضية التي أنشأها الفريق مصفوفة ليزر يبلغ قطرها 32 قدما و100 ميغاوات، ليتم بناؤها في مكان ما على الأرض.

وسيكون هذا، نظرا للاتجاه الحالي في تطوير تقنية الليزر الضوئية، كافيا لتشغيل مركبة فضائية متجهة إلى المريخ.

ويعمل عن طريق تركيز الليزر في غرفة تسخين الهيدروجين عبر عاكس قابل للنفخ - يتم استنفاد دافع الهيدروجين من خلال فوهة لدفعه إلى الأمام.

وقال دوبلاي:

 "أسلوبنا سيستخدم تدفق ليزر أكثر كثافة على المركبة الفضائية لتسخين الوقود الدافع مباشرة، على غرار غلاية البخار العملاقة. وهذا يسمح للمركبة الفضائية بالتسارع بسرعة بينما لا تزال قريبة من الأرض، لذلك لا يحتاج الليزر إلى التركيز بعيدا في الفضاء".

ومن خلال تقليل الوقت في الفضاء، يواجه رواد الفضاء مستويات أقل من الإشعاع، ما قد يجعل الرحلة إلى المريخ والعودة أكثر أمانا.

وستكون جميع العناصر الجديدة مطلوبة للسماح للمركبات الفضائية بالوصول إلى المريخ في غضون ستة أسابيع - أقل بكثير من الأشهر التسعة التي توقعتها ناسا.

وتكمن المشكلة في أن العديد من هذه التقنيات لا تزال في مهدها، ولم يتم اختبارها في العالم الحقيقي - ما يثير تساؤلات حول جدواها بحلول عام 2035.

وقال دوبلاي لـ Universe Today، متشككا في إمكانية احتواء غاز الهيدروجين

"من المحتمل أن تكون غرفة تسخين الليزر هي التحدي الأكبر".

ويسأل عما إذا كان يمكن احتواؤه لأنه "يتم تسخينه بواسطة شعاع الليزر إلى درجات حرارة أعلى من 10000 كلفن مع الحفاظ في الوقت نفسه على جدران الغرفة باردة؟. تقول نماذجنا إن هذا ممكن، لكن الاختبار التجريبي على نطاق واسع غير ممكن في الوقت الحالي لأننا لم نبنِ بعد 100 ميغاوات من الليزر المطلوب".

وقال البروفيسور أندرو هيغينز من McGill، الذي أشرف على عمل دوبلاي:

"إن القدرة على توصيل الطاقة في أعماق الفضاء عبر الليزر ستكون تقنية معطلة للدفع والطاقة. درست دراستنا النهج الحراري لليزر، والذي يبدو مشجعا، لكن تقنية الليزر نفسها هي المغير الحقيقي للعبة".

ونشرت النتائج في نسخة مطبوعة على arXiv.