أشرعة شمسية جديدة قد تحدث نقلة في تقنيات الدفع الفضائي

وأظهرت دراسة نُشرت في مجلة Acta Astronautica إمكانات واعدة لفئة جديدة من الأشرعة الشمسية فائقة الخفة، قد تُحدث نقلة في تقنيات الدفع الفضائي المستقبلية.

وعلى عكس الأشرعة الشمسية التقليدية التي تعتمد على عكس ضوء الشمس لتوليد الدفع، تقوم الأشرعة الجديدة المعروفة باسم "الأشرعة النافذة" بالتحكم في حركة المركبات الفضائية عبر السماح بمرور الضوء من خلالها، مع إعادة توجيهه باستخدام أنماط دقيقة على المستوى المجهري تُحدث انكسارا ضوئيا محسوبا. ويؤدي هذا الانحراف في مسار الضوء إلى توليد قوة دفع تدريجية دون الحاجة إلى وقود، ما قد يتيح للمركبات الفضائية العمل لفترات أطول في الفضاء السحيق ويقلل اعتمادها على الموارد المحدودة.

وأوضح الباحث سامويل تومبسون، طالب الدراسات العليا المشارك في المشروع، أن الفريق اعتمد على محاكاة حاسوبية متقدمة لدراسة كيفية تفاعل الضوء مع البُنى الدقيقة في الشراع، ما ساعد على فهم خصائص التسارع والاستقرار وتحسين الأداء. وأشار إلى أن سلوك الضوء داخل هذه الأنظمة معقد ويصعب وصفه بالمعادلات التقليدية، لذلك تم استخدام خوارزميات تعلم آلي قادرة على اختبار وتحديد أفضل التصاميم بشكل تلقائي.

وأضاف تومبسون أن هذه التقنية تتيح تكييف الشراع بسهولة وفقا لمتطلبات المهام المختلفة، أو تعديل تصميمه بسرعة عند تغير الظروف التشغيلية. كما يهدف البحث إلى تطوير نماذج أكثر كفاءة من الأشرعة العاكسة الحالية، خصوصا في البيئات ذات التحديات العالية مثل المدار الأرضي المنخفض.

وفي إطار تطبيقات مستقبلية، أشار الباحث إلى إمكانية استخدام هذه الأشرعة في إزالة الحطام الفضائي من المدار، من خلال نماذج أولية قيد التطوير ضمن مشروع (NottSpace)، إضافة إلى بحث استخدامها في مجالات الهندسة الجيولوجية الشمسية، التي تهدف إلى تقليل تأثير الإشعاع الشمسي على درجة حرارة الأرض.

إلى جانب العمل النظري، بدأ دمج هذه التقنية في مهام تجريبية باستخدام أقمار صناعية صغيرة من نوع CubeSat، مثل مشروعي WormSail وJamSail، اللذين يتم تطويرهما في جامعة نوتنغهام. وتُعد هذه التجارب خطوة نحو اختبار أنظمة دفع شمسية منخفضة التكلفة، وتطوير أساليب جديدة للتحكم في حركة الأقمار الصناعية في المدار المنخفض، بما يمهّد لتحويل هذه المفاهيم من نماذج نظرية إلى تطبيقات عملية مستقبلية.