لماذا يعد الاسترداد الناجح للصواريخ خطوة مهمة إلى الأمام بالنسبة للبشرية؟

[إعلان 1]

لحظة استعادة المركبة المعززة الثقيلة. (فيديو: سبيس إكس)

أطلقت شركة سبيس إكس صاروخها ستارشيب الذي يبلغ ارتفاعه 400 قدم للمرة الخامسة في 13 أكتوبر من ستاربيس في جنوب تكساس في الساعة 8:25 صباحًا بالتوقيت الشرقي، ثم استولت على المرحلة الأولى من سوبر هيفي بعد هبوطها بنجاح.

بعد حوالي سبع دقائق من الإقلاع، هبطت مرحلة التعزيز Super Heavy الخاصة بـ SpaceX بشكل دقيق، حيث كانت تحوم بالقرب من برج الإطلاق Mechazilla بينما كان البرج يستخدم أذرعه المعدنية لإبقائها في مكانها.

قالت كيت تيس، مديرة أنظمة جودة الهندسة في سبيس إكس، خلال التعليق المباشر بينما كان موظفو سبيس إكس يهتفون ويهتفون في المقر الرئيسي في هوثورن بولاية كاليفورنيا خلفها: " هذا يوم في تاريخ الهندسة ". " هذا جنون! في المحاولة الأولى، نجحنا في إرجاع مرحلة التعزيز الثقيلة جدًا إلى برج الإطلاق ."

مشهد الذراع الروبوتية لميكازيلا وهي تلتقط بنجاح الصاروخ المعزز الثقيل للغاية. (الصورة: سبيس إكس)

وعندما انفصل الصاروخ المعزز "سوبر هيفي" الذي يبلغ ارتفاعه 71 متراً على ارتفاع 65 كيلومتراً فوق الأرض، واصلت المرحلة العليا من الصاروخ الدفع إلى ارتفاع يقارب 145 كيلومتراً، محلقاً حول الكوكب بسرعة 27 ألف كيلومتر في الساعة قبل أن يهبط في المحيط الهندي كما هو مخطط له.

قبل الهبوط، تقوم المرحلة المعززة بإعادة إشعال ثلاثة من محركات رابتور، مما يؤدي إلى إبطاء هبوطها والدوران نحو برج الإطلاق ميكازيللا، حيث يتم تأمينها بأذرع ميكانيكية، يطلق عليها اسم "عيدان تناول الطعام".

ويعد الاختبار الناجح الذي أجرته شركة سبيس إكس جزءًا من هدفها المتمثل في تطوير صاروخ قابل لإعادة الاستخدام بالكامل لنقل البشر والمعدات العلمية والبضائع إلى القمر وما بعده إلى المريخ.

تعمل شركة SpaceX على تطوير مركبة Starship لمساعدة البشرية في استعمار القمر والمريخ، إلى جانب إنجازات استكشافية أخرى. تم تصميم المركبة لتكون قابلة لإعادة الاستخدام بشكل كامل وسريع (كما يتضح من الهبوط المخطط له للمعزز الثقيل للغاية على منصة الإطلاق، لتقصير الوقت اللازم بين الرحلات). وبحسب الشركة وإيلون ماسك، فإن هذه الميزة، إلى جانب القوة غير المسبوقة التي تتمتع بها مركبة Starship، قد تؤدي إلى إحداث ثورة في صناعة الطيران والفضاء.

وتؤمن وكالة ناسا أيضًا بالمركبة، حيث اختارتها لتكون أول مركبة هبوط مأهولة في برنامج أرتميس لاستكشاف القمر. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة، فسوف تحمل مركبة ستارشيب رواد فضاء ناسا للهبوط على القمر الطبيعي للأرض لأول مرة خلال مهمة أرتميس 3، المقرر إطلاقها في سبتمبر 2026.

لماذا تعتبر الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام مهمة؟

يمكن أن تختلف تكلفة إطلاق الصاروخ اعتمادًا على العديد من العوامل، بما في ذلك الحمولة المحمولة، والوجهة، ونوع الصاروخ المستخدم. في الآونة الأخيرة، يمكن أن تتراوح التكلفة المتوسطة لإطلاق صاروخ ما بين عشرات الملايين إلى مئات الملايين من الدولارات.

يتم الإعلان عن إطلاق صاروخ فالكون 9 من سبيس إكس بتكلفة تبلغ حوالي 62 مليون دولار لكل عملية إطلاق، في حين أن الصواريخ الأكبر مثل فالكون هيفي يمكن أن تكلف أكثر من 90 مليون دولار لكل عملية إطلاق. وفي الطرف الأعلى من ذلك، تقدر وكالة ناسا أن تكلفة إطلاق نظام الإطلاق الفضائي (SLS) قد تتجاوز 2 مليار دولار.

عند الوصول إلى ارتفاع وسرعة معينين، سوف تقوم المركبة الفضائية بفصل الصاروخ المعزز لتقليل الوزن والهروب من جاذبية الأرض. (صورة توضيحية: سبيس إكس)

على الرغم من أن تكنولوجيا استكشاف الفضاء تتطور باستمرار، إلا أن أحد التحديات الرئيسية اليوم يظل يتمثل في خفض تكلفة الرحلات الفضائية. إن كمية العمالة والمواد اللازمة لتصميم وبناء وصيانة واختبار صاروخ لإطلاقه بنجاح تكلف الكثير من المال.

في الوقت الحالي، يتم إطلاق المركبات الفضائية بواسطة صواريخ معززة. في كل مرة يصل فيها إلى ارتفاع وسرعة معينين، فإنه سوف يفصل مراحل التعزيز تدريجيا ويسمح لها بالسقوط على الأرض عندما ينفد منها الوقود والدفع، لتقليل الوزن. وبطبيعة الحال، لا يمكن إعادة استخدام مراحل التعزيز هذه، لأن عملية إعادة الدخول تنطوي على توليد حرارة احتكاكية عالية للغاية، مما يتسبب في تدمير خطير.

ويؤدي استخدام الطريقة التقليدية في بناء الصواريخ للمهام ذات الاستخدام الواحد إلى زيادة هذه التكاليف، ويقلل من تكرار الإطلاق وحجمه، ويخلق النفايات. تخيل طائرة ركاب تجارية - إذا كانت كل رحلة تتطلب بناء طائرة جديدة، فإن السفر الجوي سيكون مكلفًا للغاية. ومن ثم فإن وجود صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام من شأنه أن يحدث ثورة في الاقتصاد والإنتاجية.

على عكس الصواريخ التقليدية التي يمكن التخلص منها، فإن الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام، مثل Starship، مصممة ليتم استعادتها وإطلاقها عدة مرات.

تستخدم هذه الصواريخ ميزات مثل:

الهبوط الدافع: تعود المرحلة الأولى من الصاروخ إلى الأرض بقوتها الذاتية وتهبط عموديًا، باستخدام محركاتها لإبطاء هبوطها.

التصميم المعياري: تم تصميم مكونات الصواريخ بحيث يمكن تفكيكها وتجديدها بسهولة بين الرحلات الجوية.

تكنولوجيا الدرع الحراري: تستطيع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام استخدام مواد الدرع الحراري المتقدمة لحمايتها أثناء إعادة الدخول.

التصنيع المتقدم: غالبًا ما تستخدم الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام مواد تصنيع متقدمة لضمان المتانة خلال عمليات الإطلاق المتعددة.

إن الفوائد الاقتصادية للمركبات الإطلاقية القابلة لإعادة الاستخدام كبيرة. يمكن أن يكون استخدام الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام بدلاً من الصواريخ التقليدية أرخص بنسبة تصل إلى 65%. ويعد النموذج بخفض تكلفة المهام مثل نشر الأقمار الصناعية، ومهام إعادة الإمداد إلى محطة الفضاء الدولية، والمهام إلى القمر أو المريخ.

وبالإضافة إلى توفير التكاليف، تساهم مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام أيضًا في اتباع نهج أكثر استدامة لاستكشاف الفضاء. إن تقليل عدد مكونات الصواريخ المهملة من شأنه أن يقلل من النفايات الفضائية، وهي مشكلة متنامية بسبب تأثيرها البيئي.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام وقودًا أقل من الصواريخ التي تستخدم لمرة واحدة، مما يجعلها أفضل للبيئة.

الكوارتز (المصدر: الجارديان، NSTXL)

[إعلان 2]
مصدر