مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

مصعد الفضاء.. تجربة فريدة من نوعها تنتظرها البشرية

69

عالم التكنولوجيا     ترجمة

 

تخيل حبلًا مصنوعًا من مادة فائقة الشد تصل من سطح الأرض إلى محطة في مدار ثابت بالنسبة لكوكب الأرض، ويعرف أيضًا باسم المدار الاستوائي المتزامن مع الأرض (GEO). سيتم توفير النقل من وإلى المدار بواسطة المركبات عالية السرعة بدلًا من الصواريخ؛ ما يضمن الوصول المنتظم إلى الفضاء مقابل أجر ضئيل.

تُعرف هذه الفكرة الرائعة باسم “مصعد الفضاء”، وهو نظام نقل مقترح من الأرض إلى المدار يمكن أن يحدث ثورة في السفر عبر الفضاء والاستكشاف كما نعرفه. في حين أن إنشاء هذا الهيكل سيكون عملًا هندسيًا هائلًا ومكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلًا للتمهيد، إلا أنه سوف يسمح أيضًا بفوائد غير مسبوقة على المدى الطويل.

تتمثل الميزة الأبرز لمثل هذا الهيكل في كيفية تقليل تكلفة إرسال الحمولات والأطقم إلى الفضاء بشكل كبير. حتى مع الاستفادة من الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام لا يزال إرسال أي شيء إلى المدار مكلفًا للغاية، ويتعلق السبب بجاذبية الأرض التي تزن 9.8 م/ ث 2 (32.174 قدم/ ث 2).

لهذا السبب يجب أن يصل الصاروخ إلى سرعة 11186 م/ ث (40.270 كم/ س؛ 25.020 ميل/ س) للهروب من جاذبية الأرض ويُعرف هذا باسم “سرعة الهروب”. إن كمية الوقود اللازمة لتوليد هذه السرعة كبيرة؛ ما يعني الحاجة إلى صواريخ ضخمة وخزانات دافعة ضخمة؛ وكتلة أكبر؛ ما ي يعنأيضًا الحاجة إلى مزيد من الوقود.

– مصاعد الفضاء

مصعد الفضاء
مصعد الفضاء

أصدرت وكالة الفضاء الأمريكية “ناسا” تقريرًا عام 2000، بعنوان “مصاعد الفضاء: بنية تحتية متطورة للأرض والفضاء من أجل الألفية الجديدة”:

وقد ذكر التقرير: “مصعد الفضاء هو اتصال مادي يمتد من سطح الأرض إلى مدار أرضي ثابت بالنسبة للأرض (GEO) فوق الأرض بارتفاع 75786 كم. ويقع مركز كتلته عند النقطة الثابتة بالنسبة للأرض؛ بحيث يكون مداره 24 ساعة ويبقى فوق نفس النقطة فوق خط الاستواء حيث تدور الأرض حول محورها”.

وعلى الرغم من وجود العديد من الإصدارات المقترحة من مصعد الفضاء، إلا أن العناصر الهيكلية الأساسية دائمًا ما تكون هي نفسها. وتشمل هذه المكونات: القاعدة (أو المرساة)، والكابل (أو الحبل) ، والمتسلقون، وأنظمة الطاقة، وثقل الموازنة في الفضاء. فيما يتعلق بالقاعدة تتنوع المقترحات بين المنصات البحرية المتنقلة أو المنصات الأرضية الثابتة.

بالنسبة للكابل (أو الحبل) فسيكون عبارة عن هيكل قابل للشد من شأنه أن يحمل المتسلقين من الأرض إلى الفضاء، ونظرًا لأن التوتر يكون أكبر بالقرب من نهاية الكبل (عند ارتفاع GEO)، يجب أن يكون أكثر سمكًا عند هذه النقطة وأن ينحرف لأسفل بالقرب من السطح.

وبسبب الضغوط المتضمنة سيحتاج الكابل إلى نسبة قوة/كثافة شد عالية جدًا.

 

البحث والتطوير لفكرة مصعد الفضاء

مع تطوير الأنابيب النانوية الكربونية في التسعينيات بدأ المهندسون إعادة النظر في المصعد الفضائي كمفهوم قابل للتطبيق.

وفي عام 2000 استضاف “ديفيد سميثرمان” من مكتب المشاريع المتقدمة (APO) التابع لوكالة “ناسا” ورشة عمل في مركز مارشال لرحلات الفضاء مع علماء ومهندسين آخرين لمناقشة كيفية استخدام الأنابيب النانوية الكربونية لإنشاء مصعد فضائي.

تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في تقرير بعنوان “مصاعد الفضاء: بنية أساسية متطورة للأرض والفضاء للألفية الجديدة.” وقد تناول التقرير جميع القضايا ذات الصلة ببناء وصيانة مثل هذا الهيكل والنظر في كل من الفوائد والتحديات، مع تقرير نهائي بأن ذلك ممكن.

وبدعم من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC)، وسع “برادلي” نطاق هذه الدراسة واعتبر عوامل أخرى. وفي تقريره النهائي حول مصعد الفضاء قدم تقييمًا لسيناريوهات النشر المحتملة، وتصميم المتسلق، ومتطلبات الطاقة، والتسليم، وأنظمة التثبيت، وكيف يمكن تخفيف الحطام المداري والمخاطر الطبيعية.

منذ ذلك الوقت بذلت وكالات الفضاء المختلفة وقطاع الفضاء التجاري محاولات عديدة لتطوير التقنيات اللازمة. ومنذ عام 2005 وصولًا إلى 2009، أقيمت مسابقة سنوية تُعرف باسم Elevator: 2010 ركزت على المتسلقين والأشرطة وأنظمة إشعاع الطاقة.

وفي عام 2008 تم استضافة أول مؤتمر لمصعد الفضاء في ريدموند بواشنطن؛ ما أدى إلى تشكيل الاتحاد الدولي لمصاعد الفضاء (ISEC)، وهي شركة تابعة لجمعية الفضاء الوطنية (NSS).

وفي عام 2012 أعلنت شركة Obayashi في اليابان عزمها بناء مصعد الفضاء بحلول عام 2050 باستخدام تقنية الأنابيب النانوية الكربونية.

لكن في عام 2013 أصدرت الأكاديمية الدولية للملاحة الفضائية (IAA) تقارير تسلط الضوء على الحاجة إلى مصعد الفضاء، وبلغت ذروتها في عام 2018 بإطلاق “الطريق إلى عصر مصعد الفضاء”. وخلص التقرير إلى أن القدرة على إنتاج كميات كبيرة من الجرافين أحادي البلورة (أقوى من الأنابيب النانوية الكربونية) تعني أن مصعد الفضاء سيكون ممكنًا قريبًا.

 

– فوائد مصعد الفضاء

مصعد الفضاء
مصعد الفضاء

بالإضافة إلى كونه إنجازًا هندسيًا جريئًا يقدم مصعد الفضاء مجموعة واسعة من الفوائد. وبالنسبة للمبتدئين فإن المدخرات التي ستوفرها على الصواريخ التقليدية من شأنها تسريع الخطط التجارية وحتى ملء المدار الأرضي المنخفض (LEO)، وإنشاء مستوطنات بشرية على كوكب المريخ، وتقليص المليارات من المهمات الموجهة إلى وجهات الفضاء السحيق.

وبالإضافة إلى استخدام مصعد الفضاء لإطلاق المواد إلى الفضاء، يمكن لهذا الاختراع أن يدعم المختبرات لمراقبة الظروف في الفضاء على ارتفاعات عالية؛ ويمكنه إعادة إمداد الطاقة للمركبات الفضائية، أو تجميع الطاقة أو المواد من الفضاء والغلاف الجوي المرتفع، ودعم هياكل عالية جدًا على سطح الأرض، وغيرها.

 

– التحديات أمام مصعد الفضاء

بينما تم إحراز تقدم في هذا المجال بفضل اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية، لا تزال هناك العديد من العقبات. بالنسبة للمبتدئين لا يزال الباحثون غير قادرين على إنشاء أنابيب نانوية طويلة بشكل خاص ولديها قوة شد عالية. ولا يزال الرقم القياسي الحالي للأنابيب المفردة يقف عند أقل بقليل من 20 بوصة (50 سم) و 5.5 بوصة (14 سم).

ثانيًا: الشيء الذي يجعل الأنابيب النانوية الكربونية قوية جدًا هو روابطها التساهمية السداسية. هذا التحدي يطرح أيضًا مشكلة كبيرة في بناء حبل. عندما يتم تحميله إلى درجة قصوى تصبح هذه الروابط غير مستقرة وتتفكك؛ ما قد يتسبب في تآكل الحبل بنفس الطريقة التي يحدث بها التخزين.

لكن الجرافين والألماس النانوي هو حل ممكن لأن هيكلها ليس عرضة للتآكل.

ثالثًا: هناك أيضًا مسألة القوى العملاقة التي سيتعين على الهيكل التعامل معها، مثل الرياح، والعواصف، والأعاصير على ارتفاعات منخفضة، والنيازك الدقيقة، وتأثير جاذبية الشمس والقمر على ارتفاعات أعلى.

رابعًا: هناك مسألة الحطام المداري، والتي تمثل بالفعل مشكلة كبيرة.

وبالطبع هناك قضية التكلفة، والتي تتجاوز قدرة أي دولة على بنائها. الطريقة الوحيدة التي يمكننا بها إنشاء مصعد فضائي في المستقبل المنظور هي إذا اجتمعت أغنى دول العالم والتزمت بجهود لبناء واحد، ويمكن أن نتفق على إطار عمل مشترك لإدارته واستخدامه.

المصدر:

Engineers Are Creating a Real Space Elevator. Can They Succeed?

اقرأ أيضًا:

“الدببة المائية”.. كائنات تتحدى أقسى الظروف وتستطيع العيش في الفضاء

الرابط المختصر :
close

مرحبا 👋

سعداء بالتواصل معكم
قم بالتسجيل ليصلك كل جديد

نحن لا نرسل البريد العشوائي! اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا لمزيد من المعلومات.

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.