علماء يكتشفون مسارًا جديدًا يوفر الوقود للسفر إلى القمر

فكما هو الحال مع الطائرات، يعد الوقود أحد أكبر التكاليف المرتبطة بالوصول إلى القمر. فنظام الإقلاع الفضائي (SLS)، التابع لناسا يستهلك أكثر من مليوني لتر من الوقود بتكلفة تبلغ نحو 4 مليارات دولار لكل إطلاق، ناهيك عن الوقود الإضافي الذي تحتاجه مركبة "أوريون" (Orion) للوصول إلى سطح القمر.

إقرأ المزيد

عالم فلك يكتشف طريقا مختصرا إلى المريخ!

لكن العلماء ابتكروا طريقة رياضية يمكنها توفير أموال وكالات الفضاء من خلال إيجاد مسارات أكثر كفاءة في استهلاك الوقود.

وتقيس المهمات الفضائية الوقود بالمقدار الذي يمكنه تغيير سرعة الصاروخ (يقاس بالمتر في الثانية)، وليس بالحجم التقليدي (مثل اللتر)، لأن الحجم يتغير حسب نوع الوقود المستخدم.

والمسار الجديد الذي اكتشفه العلماء يتطلب وقودا أقل بمقدار 58.8 مترا في الثانية مقارنة بأكثر المسارات كفاءة المعروفة سابقا.

ورغم أن هذا الرقم قد لا يبدو كبيرا مقارنة باستهلاك الرحلة الكلي الذي يبلغ نحو 3343 مترا في الثانية، إلا أن المؤلف الرئيسي للدراسة، الدكتور ألان كارديك دي ألميدا جونيور من جامعة قلمرية البرتغالية، يؤكد أنه "في السفر إلى الفضاء، كل متر في الثانية يترجم إلى كمية هائلة من استهلاك الوقود".

إقرأ المزيد

علماء يبتكرون طريقة ثورية لاكتشاف علامات الحياة على كواكب أخرى

ومن أكثر الطرق كفاءة للوصول إلى القمر هي الاستفادة من نقاط التوازن الطبيعي في النظام الشمسي المعروفة باسم "نقاط لاغرانج"، وهي خمس نقاط تتوازن فيها قوى الجاذبية بين الأرض والقمر والشمس. وهذا يعني أن المركبة الفضائية يمكنها أن "تركن" نفسها في إحدى هذه النقاط وتنتقل عبرها دون حاجة لحرق وقود إضافي.

لكن المشكلة أن المدارات حول هذه النقاط غير مستقرة بطبيعتها، وحتى الاختلافات الطفيفة في المسار يمكن أن تؤدي إلى نتائج مختلفة تماما، ما يجعل حساب جميع المسارات الممكنة عبر نقطة لاغرانج بين الأرض والقمر عملية معقدة ومستهلكة للوقت.

وللتغلب على هذه المشكلة، استخدم الدكتور ألميدا جونيور وزملاؤه إطارا رياضيا جديدا يعرف بـ"نظرية الاتصالات الوظيفية"، ما جعل هذه الحسابات أسهل بكثير. وهذه الطريقة المبتكرة مكنتهم من حساب ملايين المسارات المحتملة بدلا من آلاف، ومن ثم اختيار الأكثر كفاءة.

إقرأ المزيد

بعد عقد من الغموض.. حل لغز أعنف ظواهر "توأم الأرض الشرير"

وقام الفريق بمحاكاة 30 مليون مسار مختلف للوصول إلى القمر للعثور على الخيار الأفضل.

ويتحدى المسار الجديد الذي اكتشفوه الحكمة السابقة، التي كانت تشير إلى أن المركبة الفضائية يجب أن تقترب من المدارات الطبيعية المؤدية إلى نقطة لاغرانج (المعروفة باسم "المتغير L1") من الجانب الأقرب إلى الأرض.

لكن الفريق وجد، وبشكل غير متوقع، أنه من الأفضل الاقتراب من هذه المدارات من الجانب الأقرب إلى القمر. وباستخدام نظام تحكم، يمكن للمركبة الفضائية البقاء في هذا المدار إلى أجل غير مسمى حتى يكون الطاقم مستعدا للمرحلة الثانية من الرحلة نحو القمر.

إقرأ المزيد

جيمس ويب يحل لغز نظام كوكبي غريب على بعد 190 سنة ضوئية من الأرض

ويقول الدكتور ألميدا جونيور إن نقطة التوقف هذه لديها القدرة على تحويل المهمات الفضائية إلى صناعة سياحية مزدهرة. فالاستراتيجية التي يقترحونها تتضمن مدارات حول نقطة لاغرانج L1، حيث يمكن للسياح الاستمتاع بمنظر فريد: رؤية الأرض والقمر على جانبي المركبة المتقابلين. ويمكن للمركبة البقاء في هذا المدار لمدة 13 يوما، حيث يمكن إجراء اتصالات مع القمر أو الأرض. وتصلح هذه الاستراتيجية لاستخدامها مستقبلا كمركز للسياحة، وكذلك لأنشطة التعدين على القمر.

وبالإضافة إلى توفير الوقود، يتميز هذا المسار الجديد بأن المركبة الفضائية ستكون دائما في خط رؤية مباشر من الأرض، ما يعني أنه لن يكون هناك أي وقت يفقد فيه مركز التحكم الاتصال بالرواد.

ويشار إلى أن مقدار توفير الوقود يختلف بشكل كبير اعتمادا على حجم المركبة الفضائية ونوع الوقود وكفاءة المحركات وكمية الحمولة. والخبر السار هو أن التوفير يتناسب مع حجم المركبة، فالسفن الأثقل تستفيد من تخفيض أكبر في كمية الوقود.

إقرأ المزيد

أشعة كونية غامضة بقوة خارقة قد تحل لغزا عمره 60 عاما

ويعترف العلماء أن حساباتهم ليست دقيقة تماما بعد، لأنها تأخذ في الاعتبار فقط جاذبية الأرض والقمر، متجاهلة تأثير الشمس.

وإذا تم أخذ الشمس في الاعتبار، فقد تكتشف مدارات أكثر كفاءة، لكن هذا سيضع قيودا على نافذة الإطلاق. فكما يوضح الدكتور ألميدا جونيور، لو قاموا بمحاكاة تاريخ إطلاق محدد، مثل 23 ديسمبر، فستكون النتائج صالحة فقط للمهمات التي تطلق في ذلك التاريخ بالذات. ومع ذلك، تبقى هذه الطريقة خطوة واعدة نحو مستقبل أكثر اقتصاداً للسفر إلى القمر.