ملف خاص: المرابط الفضائية

[فلكينو]

حين يشرع البشر باستيطان القمر والكواكب الأخرى، فقد لا يستعملون التقانة الحديثة للصواريخ، إذ إن الرحلات إلى الفضاء والاستيطان فيه قد تعتمد على تقانة قديمة ابتُكرت قبل وقت طويل من التاريخ المدون ـ ألا وهي الخيوط.

 

تُرى، كيف يمكن لمجرد خيط أن يدفع أشياء عبر الفضاء؟ لنأخذ اثنين من السيناريوهات؛ أولهما هو أن حبلا ثخينا يصل بين ساتلين satellites يمكّن أحدهما من أن «يقذف» الآخر إلى مدار مختلف، كالصياد الذي يرمي حجرا باستعمال مقلاع. ويمكن تبني مثل هذه الفكرة لنقل حمولات إلى القمر، بل إلى أبعد منه. وثانيهما هو أنه إذا كان الحبل سلكا ناقلا، فإن التيار الكهربائي الساري فيه سيتفاعل مع الحقل المغنطيسي للأرض لتوليد قوى دافعة. إن الميزة الكبرى لكلا هذين النمطين من المرابط ـ النمط الذي يقوم بنقل الزخم (كمية الحركة) momentum transfer والنمط الديناميكي (التحريكي) الكهربائي electrodynamic ـ هي أداؤهما الاقتصادي. فبدلا من استهلاك كميات كبيرة من الوقود اللازم للدفع، فإنهما يعملان بوساطة تصريف قدر قليل من زخم جسم يدور في فلكه، أو باستعمال الطاقة الكهربائية التي تولّدها الصفائح الشمسية.

وحتى الآن، استُعملت المرابط من قبل 17 بعثة فضائية. وقد حالف النجاح معظم هذه البعثات، ولم يسمع الناس إلا بحالتي فشل. ففي عام 1992 كان ساتل أقامته وكالة الفضاء الإيطالية، ويحمله المكوك الفضائي أطلانطس Atlantis، سيُطلق بعيدا عن الأرض من نهاية مربط طويل مكوَّن من سلك نحاسي معزول؛ لكن آلية البكرة التي لُف عليها السلك تعطلت عن العمل مما أدى إلى توقف التجربة.

 

وبعد مضي أربع سنوات على هذه الحادثة أعادت ناسا التجربة ثانية. وفيما كان المربط في تلك البعثة يقترب من طوله الكامل الذي يساوي 20 كيلومترا، فإن حركة المكوك عبر حقل الأرض المغنطيسي ولّدت في المربط فرق كمون قدره 3500 ڤلط. وقد وفرت التجهيزات الإلكترونية الموجودة على متن المكوك والساتل الإيطالي مجرى conduit كهربائيا إلى الأيونوسفير (الغلاف الأيوني) ionosphere مما سمح لتيارات الأمبير ampere currents بالجريان عبر المربط. وقد أثبتت هذه التجربة أن مثل هذه المرابط التحريكية يمكن أن تحوِّل زخم المكوك إلى استطاعة كهربائية، وبالعكس.

 

ولسوء الحظ فإن خللا في العزل سمح لقوس كهربائي electric arc ذي طاقة عالية بأن ينتقل من المربط إلى ذراع التوزيع deployment boom، فتوهج القوس عبر المربط. وعلى الرغم من أن هذه الحادثة أجهضت القسم التحريكي الكهربائي من المشروع، فإنها أظهرت على نحو غير مقصود انتقال الزخم. ففي ذلك الحين كان الساتل الإيطالي يعلو المكوك مسافة قدرها 20 كيلومترا، وكان يُدفَع في مداره بسرعة أكبر من السرعة المدارية المقابلة لذلك الارتفاع. ومن ثم فعندما انكسر المربط، رفع الزخمُ الزائد الساتلَ فوق المكوك مسافة أكبر سبع مرات من طول المربط، أي 140 كيلومترا.

 

وثمة عمل آخر حاز على نجاحٍ أكبر عام 1993، وكان هدفه اختبار فكرة اقترحها من مؤسسة تيثر أپليكيشنز (تطبيقات المرابط) Applications Tether في سان دييگو. فقد عُلِّقَت حمولة بمربط طوله 20 كيلومترا وقُذفت نحو الأرض من ساتل كبير. ونظرا لكون سرعة الحمولة حينذاك أبطأ من السرعة المطلوبة لجسم موجود على ذلك الارتفاع المداري المنخفض، فإن قطع المربط في اللحظة المناسبة أسفر عن هبوط الحبل والحمولة باتجاه نقطة محددة سلفا على سطح الأرض. وتعكف مؤسسة تيثر أپليكيشنز الآن على تطوير مربط وكبسولة للعودة ثانية إلى الأرض بحيث يمكن للمحطة الفضائية الدولية استعمالهما لإرسال حمولات مستعجلة إلى الأرض، ومن ضمنها حمولات علمية لا يمكنها انتظار المكوك التالي ليتسلمها من المحطة الفضائية.

 

وفي بعثة أخرى أُطلقت عام 1994، تُركت حمولة مدلاّة من نهاية مربط طوله 20 كيلومترا؛ وذلك لمعرفة طول الفترة التي يمكن فيها للمربط ـ الذي كانت ثخانته مماثلة لثخانة الخيط الذي تُربط به الطائرة الورقية ـ ألاّ يتعرض للاصطدام بنيازك مكروية أو بنفايات فضائية. لقد كان العمر المتوقع للمربط، الذي كان يمكن انقطاعه بسهولة بفعل جسيم بحجم حبيبة من الرمل يسير بسرعة عالية، هو 12 يوما. بيد أنه لم يعش في واقع الحال سوى أربعة أيام فقط.

 

وقد بينت هذه التجربةُ الحاجة إلى صنع مرابط مؤلفة من عدة خطوط بعضها منفصل عن بعض كي لا تنقطع جميعها بجسيم واحد، وتكون موصولة وصلا دوريا بحيث إنه لو انقطع خط منها تكفّلت الخطوط المتبقية بالحفاظ على الحمولة. وقد أدخل مختبر البحوث البحرية (NRL) ومكتب النهضة الوطنية (NRO) هذا الأمر في اعتبارهما، فصنعا ضفيرة مجوفة قطرها 2.5 مليمتر من ليف سپكترا Spectra (وهو پوليمير قوي جدا يُستعمل في شباك الصيد)، وغلفت هذه الضفيرة من دون أن تكون مشدودة، بخيوط غزل. ولدى ربط ساتليْن بضفيرة من هذا النوع طولها أربعة كيلومترات أُطلقت في الشهر6/1996، ظلت تدور في الفضاء قرابة ثلاث سنوات من دون أن تنقطع.

 

وفي تجربة أُجريت في الشهر10/1998 لمتابعة هذا الموضوع، قام المختبر (NRL) والمكتب (NRO) باختبار مربط ذي تصميم مغاير، وهو شريط پلاستيكي رقيق عرضه ثلاثة سنتيمترات فُرِشت على طوله أسلاك مجدولة من ألياف قوية. ويُفترض في هذا المربط الذي طوله ستة كيلومترات أن يظل سليما في الفضاء طوال ست سنوات، إلا أن الشريط يجعله ثقيلا. وتقوم شركتنا تيثرز أنليميتد Tethers Unlimited في كلينتون بولاية واشنطن بالاشتراك مع شركتين أُخريين، بصنع مرابط متعددة الخطوط أقل وزنا وتحوي فتحات، كشباك الصيد، من المتوقع لها أن تدوم في الفضاء عدة عقود.

 

والآن يجري التخطيط لإنتاج مرابط أخرى. فلدى الهيئات المسماة ميشيگان تكنيك كوربوريشن Michigan Technic Corporation بولاية ميشيگان مخططات للعام 2000 يُطلِق بموجبها مكوك رزمتين تحويان تجهيزات علمية يصل بينهما مربط طوله كيلومتران.

 

وفضلا على ذلك، يقوم مركز مارشال للطيران الفضائي التابع لناسا بدراسة إمكان استعمال مرابط تحريكية كهربائية (إلكترودينامية) للدفع الفضائي من دون وقود للدفع. وفي أواسط عام 2000 سَتُثْبِتُ إحدى البعثات أن بإمكان مربطٍ موصلٍ (ناقل) تخفيض مدار المرحلة العليا للصاروخ دلتا 2 Delta ـ وتقوم شركتنا بإنتاج نمط تجاري لما تفكر فيه ناسا، وهو رزمة صغيرة تعلّق بساتل أو بمرحلة عليا upper stage قبل الإطلاق. وحين تكمل السفينة الفضائية مهمتها أو تتعطل عن العمل، فإن المربط الموصل سينتشر ويجري ضد الحقل المغنطيسي للأرض، مما يجعل السفينة تخفض من ارتفاعها بسرعة إلى أن تحترق في الطبقات الجوية العليا. وسنختبر مثل هذا المربط الذي يبعد الأجسام عن مداراتها في أواخر عام 2000 على مرحلة عليا صنعها الاتحاد لاڤوتشكين Lavochkin في روسيا.

 

وتدرس ناسا أيضا مرابط تحريكية كهربائية للدفع نحو الأعلى. وفي هذا النظام تولِّد صفائح شمسية تيارا كهربائيا عبر المربط ليندفع ضد حقل الأرض المغنطيسي. وباستطاعة القوة الناتجة تغيير اتجاه الحمولات حول الأرض بلا حدود. ويمكن استخدام هذا الأسلوب لإبقاء المحطة الفضائية الدولية في مدارها من دون أن يُعاد تزويدها بالوقود.

 

تُرى، إلى أي مدى يمكن للمرابط نقل الجنس البشري في المستقبل؟ لقد قمنا بالتعاون مع آخرين بتحليل نظام من المرابط تسير في مدارات وتبلغ أطوالها مئات الكيلومترات لإيصال حمولات إلى القمر، بل إلى أبعد منه. الفكرة بسيطة ـ تخيل طرزان وهو يتأرجح من غصن شجرة إلى أخرى. ففي البداية يلتقط مربطٌ في مدار قريب من الأرض حمولة من مركبة إطلاق يُمكن إعادة استعمالها، ويسلم الحمولة إلى مربط آخر في مدار أرضي ناقصي (إهليلجي) elliptical أبعد، بعد ذلك يقوم المربط الثاني بقذف الحمولة نحو القمر حيث يتلقفها مربط يدور في فلك قمري.

 

إن هذا المربط، الذي يدور حول القمر بالسرعة الصحيحة تماما، يمكنه بعد تلقف الحمولة أن يودع الحمولة على سطح القمر بعد إنجازه نصف دورة. وفي الوقت نفسه يستطيع المربط التقاط حمولة العودة. ولا ضرورة لأي وقود إذا جرت موازنة كمية الكتلة التي يجري تسليمها وتسلّمها. وقد تهيئ مثل هذه الآلية في النقل طريقا عاما إلى القمر يجعل السفر إليه أمرا مألوفا.

 

ومن الواضح أن ثمة تحديات تقانية عديدة يتحتم التصدي لها قبل أن يصبح مثل هذا النظام حقيقة واقعية. لكن قدرة هذا النظام على فتح طريق سريع اقتصادي في الفضاء هو أمر مذهل. وربما وُجِد هناك، في يوم من الأيام، العديد من المرابط الدائرة حول كثير من الكواكب وأقمارها، والتي من شأنها إحداث نشاط بالغ في التجارة بين الكواكب. ويكون كل هذا قد بدأ بقطعة من خيط.

 


--------------------------------------------------------------------------------

المؤلفان:
Robert L. Forward - Robert P. Hoyt

هما مؤسسا شركة Tethers Unlimited ومركزها في كلينتون بولاية واشنطن، وهي شركة متخصصة بابتكار أنظمة للمرابط الفضائية للاستعمالات التجارية.

انتهى.

و لكم جزيل الشكر.....  '>

[ع.ف....عالم فيزياء]

QUOTE

والآن يجري التخطيط لإنتاج مرابط أخرى. فلدى الهيئات المسماة ميشيگان تكنيك كوربوريشن Michigan Technic Corporation بولاية ميشيگان مخططات للعام 2000 يُطلِق بموجبها مكوك رزمتين تحويان تجهيزات علمية يصل بينهما مربط طوله كيلومتران.



وفضلا على ذلك، يقوم مركز مارشال للطيران الفضائي التابع لناسا بدراسة إمكان استعمال مرابط تحريكية كهربائية (إلكترودينامية) للدفع الفضائي من دون وقود للدفع. وفي أواسط عام 2000 سَتُثْبِتُ إحدى البعثات أن بإمكان مربطٍ موصلٍ (ناقل) تخفيض مدار المرحلة العليا للصاروخ دلتا 2 Delta ـ وتقوم شركتنا بإنتاج نمط تجاري لما تفكر فيه ناسا، وهو رزمة صغيرة تعلّق بساتل أو بمرحلة عليا upper stage قبل الإطلاق. وحين تكمل السفينة الفضائية مهمتها أو تتعطل عن العمل، فإن المربط الموصل سينتشر ويجري ضد الحقل المغنطيسي للأرض، مما يجعل السفينة تخفض من ارتفاعها بسرعة إلى أن تحترق في الطبقات الجوية العليا. وسنختبر مثل هذا المربط الذي يبعد الأجسام عن مداراتها في أواخر عام 2000 على مرحلة عليا صنعها الاتحاد لاڤوتشكين Lavochkin في روسيا.

هل تم إختبار المربط................؟؟

شكر لك على هذا الموضوع الرائع................معلومات جديدة شكرا لك.................

[فلكينو]

السلام عليكم ......

الاخ الكريم عالم فيزياء اهلا و مرحبا بك فى منتدى الفلك و دائما ما تثلج صدرى بردودك الكريمة

QUOTE

هل تم إختبار المربط................؟؟

الحقيقة ليس لدى فكرة عن اذا تم اختباره او لا لأنى وقتها كنت صغير جدا كان عندى فقط 7 سنين  '>

و لكم جزيل الشكر ....  '>

[ع.ف....عالم فيزياء]

QUOTE

الحقيقة ليس لدى فكرة عن اذا تم اختباره او لا لأنى وقتها كنت صغير جدا كان عندى فقط 7 سنين  

إحم إحم.........................أظن أنك كتبت الموضوع الأن وأنت إبن 15 عاما...........!!....لربما عرفت إن كانت قد نجحت أم لا.................!!  '>

التجربة.................؟! نعم لقد إكتشفوا أنواع أخرى الأن:-
((للأسف...........الصفحات  بالإنجليزية)):-
تعريف عام
أنواع المرابط

كل الشكر لك فلكينو على الموضوع..............أعطاني معلومات جديدة..........

[ابن القيم]

السلام عليكم
جزاك الله خيرا أخي فلكينو

[دكتور الرياضيات]

شكرا على الموضوع الرائع....

[فلكينو]

السلام عليكم ....

الاخوة الكرام عالم فيزياء و ابن القيم و دكتور رياضيات لكم اطر التشكرات على مرورك الجميل و كلامكم الطيب

و لكم جزيل الشكر .....  '>