هل حان وقت مصاعد الفضاء؟
يتم تدمير كل جزء تقريبًا من الصاروخ أثناء الإطلاق والعودة إلى الغلاف الجوي للأرض مما يجعل رحلة الفضاء مُكلفة حقًا؛ فقد يكلف نقل صاروخ لكيلوجرام واحد إلى المدار عشرات الآلاف من الدولارات، ولكن ماذا لو تمكنا من وضع الحمولات مباشرة في المدار ولم نحتج إلى صاروخ على الإطلاق؟
هذه هي فكرة المصعد الفضائي، الذي كان أول من تصوره عالم الصواريخ الروسي كونستانتين تسيولكوفسكي (Konstantin Tsiolkovsky) في عام 1895. اقترح تشيولكوفسكي بناء برج يصل إلى المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض، هذه هي النقطة التي يبدو فيها القمر الصناعي مُعلقًا بلا حراك في السماء فوق الأرض. إذا كان بإمكانك حمل مركبة فضائية على طول الطريق إلى الأعلى، وإطلاق سراحهم من هذا البرج، فسيكونون في المدار، سيوفر قدر أكبر من الطاقة وسوف يسافرون بعيدًا عن الأرض لاستكشاف النظام الشمسي.
العيب الرئيسي في هذه الفكرة هو أن وزن البرج بأكمله سوف ينضغط على كل جزء أدناه. وليس هناك أي مادة على الأرض ، أو في الكون ، يمكنها التعامل مع هذا النوع من قوة الانضغاط. لكن الفكرة لا تزال منطقية.
يقترح التفكير الأحدث حول المصاعد الفضائية استخدام كابل، يمتد خارج المدار الثابت بالنسبة للأرض. هنا تقاوم قوة الجذب المركزية (the outward centripetal force) قوة الجاذبية (the force of gravity)، مما يحافظ على توازن الحبل تمامًا. لكننا نتعامل الآن مع قوة الشد لبطارية طولها عشرات الآلاف من الكيلومترات. تخيل القوى القوية التي تحاول تمزيق الكابل!
حتى وقت قريب، لم تكن هناك مادة قوية بما يكفي لتحمل هذه القوى، ولكن تطوير الأنابيب النانوية الكربونية جعل الفكرة أكثر سهولة.
لماذا مصاعد الفضاء؟
لنكن صادقين، إطلاق الأشياء والحمولات في الفضاء بالصواريخ طريقة غير فعالة إلى حد ما للقيام بالمهمات. لا يقتصر الأمر على تكلفة بناء الصواريخ، بل تحتاج أيضًا إلى أطنان من الوقود من أجل تحقيق سرعة الهروب. وبينما يتم تخفيض تكاليف عمليات الإطلاق الفردية بفضل مفاهيم مثل الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام والطائرات الفضائية، يمكن أن يكون هناك حل دائم لبناء مصعد الفضاء.
في عام 2000، قبل تطوير الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، بلغت تكلفة تحميل الحمولات في المدار الثابت بالنسبة للأرض باستخدام الصواريخ التقليدية حوالي 25000 دولار أمريكي لكل كيلوغرام (11000 دولار لكل رطل). ومع ذلك ، ووفقاً لتقديرات جمعتها مؤسسة Spaceward ، من الممكن نقل الحمولات إلى GSO مقابل أقل من 220 دولارًا للكيلوغرام (100 دولار للرطل).
وبالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام المصعد لنشر الجيل التالي من الأقمار الصناعية الصغيرة- Cubesats، وهي أقمار صناعية مكعبة حجمها صغير لا يتعدى حجم رغيف الخبز، مثل المصفوفات الشمسية المحلقة في الفضاء. على عكس المصفوفات الشمسية الأرضية، التي تخضع لدورة النهار / الليل وتغير الظروف الجوية، فإن هذه المصفوفات ستكون قادرة على جمع الطاقة على مدار 24 ساعة في اليوم، 7 أيام في الأسبوع، 365 يومًا في السنة. ويمكن بعد ذلك بث هذه القوة من الكوبسات التي تستخدم بواعث الميكروويف إلى محطات الاستقبال على الأرض.
كما ُيمكن تجميع السفن الفضائية في المدار، وهو إجراء آخر لخفض التكاليف. في الوقت الحالي ، تحتاج المركبة الفضائية إلى التجميع الكامل هنا على الأرض وإطلاقها في الفضاء، أو إطلاق مكونات فردية في المدار ثم تجميعها في الفضاء. في كلتا الحالتين، إنها عملية مُكلفة تتطلب قاذفات ثقيلة وأطنان من الوقود. ولكن مع مصعد فضاء، يُمكن رفع المكونات إلى المدار مقابل جزء صغير من التكلفة. والأفضل من ذلك أنه يمكن وضع المصانع المستقلة في المدار والتي ستكون قادرة على بناء المكونات الضرورية وتجميع المركبات الفضائية.
لا عجب إذن لماذا ترغب العديد من الشركات والمنظمات في إيجاد طرق للتغلب على التحديات الفنية والهندسية التي قد يتطلبها هذا الهيكل. فمن ناحية ، لديك الاتحاد الدولي للمصاعد الفضائية (ISEC) ، التابع لجمعية الفضاء الوطنية التي تم تشكيلها في عام 2008 لتعزيز تطوير وبناء وتشغيل مصعد الفضاء.
التحديات لمشروع مصاعد الفضاء
لا يزال هناك الكثير من التحديات المُهمة التي يجب حلها قبل أن يتم بناء أي شيء يقترب من مصعد الفضاء. وفي المقام الأول من بين هذه المواد هي المواد المستخدمة لبناء الحبل أو الكابل، والتي يجب أن تكون خفيفة الوزن (حتى لا تنهار) ولديها قوة شد غير عادية لمقاومة التوتر الناجم عن قوة الطرد المركزي التي تعمل على ثقل المصعد.
علاوة على ذلك ، سيتعين على الحبل مقاومة قوى الجاذبية للأرض والشمس والقمر، ناهيك عن الضغوط الناجمة عن ظروف الغلاف الجوي للأرض. واعتٌبرت هذه التحديات لا يُمكن التغلب عليها خلال القرن العشرين. ومع ذلك، وبحلول نهاية القرن، وبفضل اختراع الأنابيب النانوية الكربونية، بدأ العلماء يعيدون النظر في الفكرة.
ومع ذلك، فإن تصنيع الأنابيب النانوية على النطاق اللازم للوصول إلى محطة في GSO لا يزال يتجاوز قدراتنا الحالية. بالإضافة إلى ذلك، يُوضح كيث هينسون (Keith Henson) – وهو مهندس وتكنولوجي ومؤسس مشارك لجمعية الفضاء الوطنية (NSS) – بأن الأنابيب النانوية الكربونية لا تملك ببساطة القوة اللازمة لتحمل أنواع الإجهاد المتضمنة. لهذا، اقترح المهندسون استخدام مواد أخرى، مثل الماس النانوي (diamond nanofilament)، ولكن إنتاج هذه المواد على المقياس المطلوب هو أيضًا يتجاوز قدراتنا الحالية.
هناك أيضاً تحديات أخرى، تشمل كيفية تجنب الحُطام الفضائي والنيازك من الاصطدام مع المصعد الفضائي، وكيفية نقل الكهرباء من الأرض إلى الفضاء، والتأكد من مقاومة الحبل للأشعة الكونية ذات الطاقة العالية. ولكن إذا ما تم بناء مصعد فضاء، فستكون له مكاسب هائلة أقلها القدرة على نقل أطقم الشحن والبضائع إلى الفضاء مقابل مبالغ أقل بكثير.
تجربة اليابان لإطلاق مصعد الفضاء إلى محطة الفضاء
وعلى الرغم من أن مشروع الهندسة الضخمة هذا غير ممكن في الوقت الحالي ، إلا أن هناك العديد من العلماء والشركات حول العالم الذين يكرسون جهودهم لجعل المصعد الفضائي حقيقة واقعة في حياتنا. على سبيل المثال ، قام فريق من المهندسين اليابانيين من كلية الهندسة بجامعة شيزوكا بإنشاء نموذج مصغر لمصعد فضاء.
أملٌ جديد لإطلاق مصعد فضاء يلوح في الأفق هذا الشهر عندما أعلن فريق من الباحثين من جامعة شيزوكا (Shizuoka University) في اليابان أنهم سيطلقون تجربة لمحطة الفضاء الدولية في الأيام القليلة القادمة بالتعاون مع شركة Obayashi .
ووفقاً للخطة، فإن كابل المصعد سوف يتكون من كابل كربون نانوتيوب الكربون يبلغ طوله 96،000 كم (59650 ميل) قادر على حمل 100 متسلقين وسيتألف من ميناء أرضي عائم قطره 400 م (1312 قدم) ووزن مضاد 12500 طن (13780 طن).
وفقا لصحيفة ماينيتشي اليابانية؛ في التجربة، التي ستكون الأولى من نوعها في الفضاء، سيتم إطلاق أقمار كيوبسات –Cubesats،إلى الفضاء من المحطة. سيتم توصيلها عن طريق كابل فولاذي، حيثُ تتحرك الحاوية الصغيرة – مثل المصعد – على طول الكابل باستخدام محركها الخاص. وستسجل كاميرا متصلة بالأقمار الصناعية تحركات الحاوية في الفضاء.
مفهوم المصعد الفضائي بسيط للغاية. وهو في الأساس تدعو إلى إنشاء محطة فضائية في مدار متزامن مع الأرض (GSO) يتم ربطه بالأرض بواسطة بنية شد. سيتم إرفاق ثقل موازنة بالطرف الآخر للمحطة لإبقاء الحبل مستقيماً بينما تضمن سرعة دوران الأرض بقاءها على نفس النقطة. كان رواد الفضاء والطاقم يسافرون إلى الأعلى والأسفل في حاويات المصعد، مما يؤدي إلى إزالة الحاجة إلى إطلاق الصواريخ بشكل كامل.
كما نُقل عن متحدث باسم جامعة شيزوكا قوله في مقال لوكالة فرانس برس:
«ستكون أول تجربة في العالم لاختبار حركة المصعد في الفضاء».
إذا أثبتت التجربة نجاحها، فسوف تُساعد في وضع الأساس للمصعد الفضائي الفعلي.
ووفقا للتقرير؛ يُقدر حجم كل كيوبسات أقل من 4 بوصات (10 سم) على جانبي حاوية المصعد. وسيتم توصيل الكيوبسات بواسطة كابل فولاذي بطول 33 قدم (10 أمتار) من أجل “حاوية المصعد المصعد” للتحرك.
في عام 2012 ، أعلنت شركة Obayashi ومقرها طوكيو عن خطط لبناء مصعد فضاء بحلول عام 2050. كما جذب هذا المفهوم انتباه Google X، قسم Google للأفكار الكبيرة الطموحة، في الماضي ، بالإضافة إلى مسابقة X Prize. كما أعلنت أكاديمية الصين لتكنولوجيا إطلاق المركبات ، وهي فرع من شركة علوم وتكنولوجيا الفضاء الصينية ، في العام الماضي أنها تخطط لإنشاء نظام فضاء للمصاعد بحلول عام 2045.
في حين أُجريت التجارب على تمديد الكبلات في الفضاء من قبل، فإنَ التجربة اليابانية الجديدة ستكون أول اختبار لتحريك حاوية تشبه السيارة على كابل في الفضاء. إذا نجحت التجربة، فإنها يمكن أن تُعزز بشكل كبير الاهتمام بنظام نقل عن طريق المصاعد الفضائية، وهو مفهوم لا يزال كثير من الناس يشككون إمكانية تحقيقه.
وقال يوجي إيشيكاوا (Yoji Ishikawa)، رئيس فريق البحث في التجربة الجديدة، لـ “ماينيتشي”:
«من الناحية النظرية، فإن المصعد الفضائي معقول للغاية، وقد يصبح السفر عبر الفضاء شيئًا شائعًا في المستقبل».
وتُقدِر شركة Obayashzالتكلفة الإجمالية للمصعد الفضائي الذي يعمل بكامل طاقته من الجيل الأول إلى 10 تريليونات ين (حوالي 90 مليار دولار) – وهو تقريبا نفس تكلفة مشروع قطار ماجليف الذي يربط طوكيو وأوساكا.
تأتي تجربة مصعد الفضاء التابع لجامعة شيزوكا في أعقاب مؤتمر المصعد الفضائي لعام 2018 التابع لمعهد الفضاء الدولية (ISEC) في سياتل في الشهر الماضي ، حيث اجتمع العلماء المتخصصون والمهندسون والمتحدثون المدعوون لمناقشة آخر التطورات ومشاركة الأفكار الجديدة وإمعان النظر في المفاهيم المستحدثة لتقنية الفضاء الجديدة.
إعداد: أحمد رجب رفعت
مراجعة: آية غانم
المصادر:
