الأشرعة الشمسية تساعد المركبة الفضائية على الوصول إلى المريخ في 26 يومًا

[إعلان 1]

نجح فريق من العلماء في محاكاة رحلة إلى المريخ والفضاء بين النجوم باستخدام شراع شمسي مصنوع من مادة الأيروجرافيت، وحصلوا على نتائج مبهرة.

محاكاة الشراع الشمسي لـ LightSail 2. الصورة: جمعية الكواكب — محاكاة الشراع الشمسي لـ LightSail 2. الصورة: *جمعية الكواكب*

تدرس مجموعة من العلماء إمكانية استخدام مادة الأيروجرافيت لصنع أشرعة شمسية يمكنها السفر إلى المريخ وما بعده، حسبما أفاد موقع إنترستينج إنجينيرنج في 27 سبتمبر. تم اختبار الأشرعة الشمسية لأول مرة في الفضاء بواسطة مهمة LightSail 2 التابعة لجمعية الكواكب غير الربحية، والتي رفعت مدار قمر صناعي صغير من طراز CubeSat بمقدار 2 ميل (3.2 كم)، باستخدام دفع الفوتونات فقط، أو أشعة الضوء من الشمس. تتناول الأبحاث المنشورة في مجلة Acta Astronautica كيفية قيام العلماء بمحاكاة الرحلات الجوية إلى المريخ والفضاء بين النجوم باستخدام الأشرعة الشمسية المصنوعة من مادة الأيروجرافيت.

وفي الدراسة، قام الفريق المسؤول عن المشروع بمحاكاة سرعة الشراع الشمسي المصنوع من مادة الأيروجرافيت. وقاموا بمحاكاة مركبة فضائية مزودة بشراع شمسي، كتلتها كيلوغرام واحد، وتتكون من 720 غراماً من مادة الأيروجرافيت، ومساحة مقطعها العرضي 104 أمتار مربعة. قاموا بقياس السرعة التي يمكن أن يصل بها الشراع الشمسي إلى المريخ والفضاء بين النجوم، المعروف باسم الغلاف الشمسي، وهي النقطة التي لم يعد من الممكن الشعور فيها بتأثير الرياح الشمسية. قام الباحثون بمحاكاة مسارين مختلفين من الأرض يطلق عليهما الانتقال المباشر للخارج والانتقال للداخل لكل رحلة.

تتضمن طريقة الانتقال المباشر للخارج لرحلة إلى المريخ وحدود الغلاف الشمسي نشر شراع شمسي والانطلاق من مدار قطبي حول الأرض. بالنسبة لطريقة الانتقال الداخلي، سيتم حمل المركبة الفضائية الشراعية الشمسية بواسطة صاروخ تقليدي إلى موقع يبعد 0.6 وحدة فلكية (AU) عن الشمس. ثم ينفتح الشراع الشمسي ويبدأ رحلته إلى المريخ أو الحدود بين النجوم.

توصل الفريق إلى أن طريقة الانتقال المباشر للخارج ستسمح لمركبة فضائية تعمل بالشراع الشمسي بالوصول إلى المريخ في 26 يومًا. ستصل المركبة الفضائية التي تستخدم طريقة العبور إلى الداخل إلى الكوكب الأحمر في 126 يومًا. بالنسبة للرحلة إلى الغلاف الشمسي، تستغرق طريقة الانتقال إلى الداخل 5.3 سنة بينما تستغرق طريقة الانتقال إلى الخارج 4.2 سنة. تتطلب طريقة الانتقال الخارجي 103 أيام من السفر قبل النشر، ولكنها تصل إلى الغلاف الشمسي بشكل أسرع بسبب حقيقة أن الشراع الشمسي يصل إلى أقصى سرعة في 300 يوم. وباستخدام الطريقة التطلعية، استغرق الأمر عامين للوصول إلى السرعة الكاملة.

والسبب الرئيسي وراء قدرة الشراع الشمسي في محاكاة العلماء على الوصول إلى مواقع بعيدة بسرعات عالية هو مادة الايروجرافيت. وقال جوليوس كارلاب، قائد الفريق ومساعد البحث في جامعة دريسدن للتكنولوجيا، إن مادة الأيروجرافيت تتميز بكثافة منخفضة تبلغ 0.18 كجم/م3، وتتفوق على جميع مواد الشراع الشمسي التقليدية.

على سبيل المثال، مقارنةً بمادة المايلر، تكون الكثافة أقل بكثير. وبافتراض أن قوة دفع الشراع الشمسي تعتمد مباشرةً على كتلة الشراع، تكون النتيجة قوة دفع أعلى بكثير. وبالإضافة إلى ميزة التسارع، فإن الخصائص الميكانيكية للأيروجرافيت مثيرة للاهتمام للغاية، كما يقول كارلاب.

على الرغم من سرعتها العالية للغاية، لا تستطيع الأشرعة الشمسية حمل سوى كميات صغيرة جدًا من البضائع إلى المريخ أو الفضاء العميق. على سبيل المثال، تأمل مهمة Breakthrough Starshot في إيصال كاميرا خفيفة الوزن إلى أقرب نظام نجمي، ألفا سنتوري، في غضون 20 عامًا.

آن كانج (وفقًا للهندسة المثيرة للاهتمام )

[إعلان 2]
رابط المصدر