ناسا تختصر الرحلات المريخية بنظام دفع نووي كهربائي جديد!

هذا تصور فني لما قد يبدو عليه النظام المجمع بالكامل. حقوق الصورة: ناسا

إن الرحلة إلى المريخ والعودة منه ليست بالرحلة التي تناسب ضعيفي القلوب. فنحن لا نتحدث هنا عن أيام أو أسابيع أو أشهر. ولكن هناك تقنيات من الممكن أن تساعد في نقل طاقم من البشر في رحلة ذهاب وعودة في غضون عامين فقط. وتدرس وكالة ناسا استخدام الدفع النووي الكهربائي، وهو نظام يستخدم مفاعلًا نوويًا لإنتاج الكهرباء. ثم تعمل هذه الكهرباء على تأين (إعطاء شحنة موجبة) الوقود الغازي، والذي يتم تسريعه كهربائيًا لدفع المركبة الفضائية.

يعمل الباحثون في مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا في هامبتون بولاية فيرجينيا على نظام يمكن أن يجعل الدفع النووي الكهربائي خطوة أقرب إلى الواقع. ويهدف المشروع، المسمى “المشعات المجمعة المعيارية لمركبات الدفع النووي الكهربائي” (MARVL)، إلى إحداث ثورة في الطريقة التي نسافر بها إلى المريخ. حيث يقوم فريق “MARVL” بتطوير نظام لتبديد الحرارة يمكن تجميعه آليًا وبشكل مستقل في الفضاء. يمكن أن يمثل هذا الابتكار علامة بارزة في استكشاف الفضاء.

محتويات المقال :

مخاطر رحلات الفضاء طويلة الأمد

إن التعرض للإشعاع، وفقدان العضلات والعظام، والآثار النفسية الناجمة عن العزلة، ليست سوى عدد قليل من المخاطر التي يواجهها رواد الفضاء في رحلات الفضاء الطويلة الأمد. وكلما طالت الرحلة، زادت هذه المخاطر، مما يجعل من الضروري إيجاد طرق لتقصير الرحلة. إن كل شهر إضافي في الفضاء يعني شهرًا إضافيًا من التعرض للإشعاع الكوني الضار، والذي يمكن أن يسبب السرطان ومشاكل صحية أخرى.

علاوة على ذلك، لا يمكن المبالغة في تقدير الأثر النفسي الناجم عن البقاء في مركبة فضائية لفترات طويلة. فغالبًا ما يعاني رواد الفضاء في مهمات طويلة الأمد من القلق والاكتئاب واضطرابات النوم، مما قد يؤثر على أدائهم ورفاهتهم بشكل عام. ومن خلال تقليل وقت السفر، يمكننا التخفيف من بعض هذه المخاطر وجعل الرحلة إلى المريخ أكثر استدامة وإنسانية.

الدفع النووي الكهربائي

تبدأ العملية بمفاعل نووي ينتج الحرارة من خلال الانشطار النووي المتحكم فيه. ثم يتم تحويل هذه الحرارة إلى كهرباء باستخدام طرق مختلفة، مثل المحولات الحرارية الكهربائية أو مولدات التوربينات. ثم يتم استخدام الكهرباء المولدة لتشغيل المحركات الكهربائية، والتي تعمل على تسريع الوقود المؤين (مثل غاز الزينون أو الكريبتون) إلى سرعات عالية للغاية، مما يؤدي إلى توليد الدفع.

تقدم أنظمة الدفع هذه العديد من المزايا مقارنة بالصواريخ الكيميائية التقليدية. فهي أكثر كفاءة في استهلاك الوقود بشكل ملحوظ، وتتطلب كمية أقل بكثير من الوقود لتحقيق نفس التغيير في السرعة. وذلك لأن السرعة العالية لعادم الوقود المؤين في الدوافع الكهربائية تؤدي إلى نبضة نوعية أعلى بكثير، وهو مقياس لكفاءة الدفع. كما يمكن لأنظمة الدفع النووي أن تعمل لفترات طويلة، مما يوفر دفعًا مستمرًا وتمكين البعثات طويلة الأمد إلى وجهات بعيدة. ويسمح الناتج العالي للطاقة من المفاعلات النووية باستخدام دوافع كهربائية أكثر قوة، مما يزيد من سعة الحمولة ويقلل من أوقات السفر.

ولكنها تواجه أيضاً تحديات. لأن تطوير مفاعلات نووية موثوقة وآمنة للتطبيقات الفضائية يشكل مهمة هندسية معقدة. فضلاً عن ذلك فإن الدفع المنخفض الذي تنتجه المحركات الكهربائية يعني أن أنظمة الطاقة النووية ليست مناسبة للمناورات السريعة أو الهروب من جاذبية الأرض. وبدلاً من ذلك، فهي الأنسب للمهام الطويلة الأمد في الفضاء العميق، حيث يمكن للتسارع المستمر على مدى فترات طويلة أن يحقق تغيرات كبيرة في السرعة.

التركيب في الفضاء

يعالج هذا التصميم المعياري تحديًا رئيسيًا في مفاهيم المبردات NEP السابقة: تركيب نظام التبريد الضخم داخل مساحة الحمولة المحدودة للصاروخ (الغطاء). تصورت هذه التصميمات السابقة مجموعات المبردات بحجم ملعب كرة قدم تقريبًا عند نشرها بالكامل، مما أدى إلى مشكلة كبيرة في التعبئة والتغليف.

إن تقسيم المبرد إلى مكونات أصغر يمكن إطلاقها بشكل مستقل يسمح بمرونة أكبر في التصميم. وهذا يزيل القيد المتمثل في تركيب النظام بأكمله داخل غطاء صاروخي واحد، مما يتيح تحسين تصميم المبرد.

ويقدم نهج MARVL مزايا كبيرة. فمن خلال إطلاق المكونات بشكل منفصل، يكتسب المهندسون حرية اختيار استراتيجية الإطلاق الأكثر كفاءة لكل قطعة. وتعمل طريقة التجميع في الفضاء هذه على إزالة القيود المفروضة على الحجم من خلال أغطية الصواريخ، مما يمهد الطريق لأنظمة مشعاع أكبر وأكثر كفاءة، وفي نهاية المطاف تمكين مهام NEP أكثر طموحًا وقوة.

وبمجرد الوصول إلى الفضاء، ستقوم الروبوتات بربط لوحات المبرد الخاصة بنظام الدفع الكهربائي النووي، والتي يتدفق من خلالها سائل تبريد معدني سائل، مثل سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم.

هذا تصور فني لما قد يبدو عليه النظام المجمع بالكامل. حقوق الصورة: ناسا

قفزة الدفع النووي العملاقة للبشرية

مع “MARVL”، نحن لا نبني سفينة فضاء أسرع فحسب، بل نبني طريقًا سريعًا إلى النجوم. طريق سريع يمكن استخدامه لنقل الأشخاص والبضائع والأفكار عبر مسافات شاسعة من الفضاء. تتمتع هذه التكنولوجيا بالقدرة على التقريب بين البشر، حيث نعمل على تحقيق هدف مشترك يتمثل في استكشاف وفهم الكون.

علاوة على ذلك، فإن تأثير تكنولوجيا “MARVL” يتجاوز استكشاف الفضاء. ويمكن أن يكون لها أيضًا فوائد كبيرة للصناعات القائمة على الأرض مثل إنتاج الطاقة والطب والاتصالات. حيث غالبًا ما يكون للتقنيات العرضية التي تم تطويرها لاستكشاف الفضاء تأثير مباشر على حياتنا اليومية، و”MARVL” ليس استثناءً.