لماذا يعد الاستعادة الناجحة للصواريخ خطوة مهمة إلى الأمام بالنسبة للبشرية؟

[إعلان 1]

لحظة استعادة الصاروخ الثقيل. ( 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 تايس، مديرة أنظمة جودة الهندسة في سبيس إكس، خلال تعليق مباشر، بينما كان موظفو سبيس إكس يهتفون ويشجعون خلفها في مقر الشركة في هوثورن، كاليفورنيا: " هذا يوم تاريخي في تاريخ الهندسة . إنه لأمرٌ مذهل! في المحاولة الأولى، نجحنا في إعادة الصاروخ المعزز سوبر هيفي إلى برج الإطلاق ."

مشهد لذراع ميكازيلا وهو يلتقط بنجاح صاروخ الدفع الثقيل. (صورة: 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، تعيد مرحلة التعزيز إشعال ثلاثة من محركات رابتور الخاصة بها، 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.

تُطوّر سبيس إكس مركبة ستارشيب لمساعدة البشرية على استعمار القمر والمريخ، من بين إنجازات استكشافية أخرى. صُممت المركبة لتكون قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل وبسرعة (كما يتضح من خطط هبوط مُعزّز سوبر هيفي على منصة الإطلاق، مما يُقلّل الوقت اللازم بين الرحلات). هذا، إلى جانب قوة ستارشيب غير المسبوقة، يُمكن أن يُحدث ثورة في رحلات الفضاء، وفقًا للشركة وإيلون ماسك.

لدى ناسا ثقةٌ كبيرةٌ بالمركبة، إذ اختارتها لتكون أول مركبة هبوطٍ مأهولةٍ ضمن برنامج أرتميس لاستكشاف القمر. وإذا سارت الأمورُ كما هو مُخططٌ لها، فستحمل ستارشيب رواد فضاء ناسا إلى القمر الطبيعي للأرض لأول مرةٍ خلال مهمة أرتميس 3، المُقرر إطلاقها في سبتمبر 2026.

لماذا تعتبر الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام مهمة؟

تتفاوت تكلفة إطلاق الصواريخ بشكل كبير تبعًا لعوامل عديدة، منها الحمولة، والوجهة، ونوع الصاروخ المستخدم. في الآونة الأخيرة، تراوح متوسط تكلفة الإطلاق بين عشرات الملايين ومئات الملايين من الدولارات.

يُعلن عن إطلاق صاروخ فالكون 9 من سبيس إكس بتكلفة حوالي 62 مليون دولار أمريكي لكل عملية إطلاق، بينما قد تتجاوز تكلفة الصواريخ الأكبر حجمًا، مثل فالكون هيفي، 90 مليون دولار أمريكي لكل عملية إطلاق. وفي المقابل، تُقدر ناسا تكلفة نظام الإطلاق الفضائي (SLS) بأكثر من ملياري دولار أمريكي لكل عملية إطلاق.

عند الوصول إلى ارتفاع وسرعة معينين، ستفصل المركبة الفضائية صاروخ الدفع لتقليل الوزن والهروب من جاذبية الأرض. (صورة توضيحية: سبيس إكس)

في حين تستمر تكنولوجيا الفضاء في التطور، يُعد خفض تكلفة رحلات الفضاء أحد أكبر التحديات التي نواجهها اليوم. فكمية العمالة والمواد اللازمة لتصميم وبناء وصيانة واختبار صاروخ لإطلاق ناجح باهظة الثمن.

تُطلق المركبات الفضائية حاليًا بواسطة معززات صاروخية. في كل مرة تصل فيها المركبة إلى ارتفاع وسرعة معينين، تُفصل المعززات تدريجيًا وتتركها تسقط على الأرض عند نفاد وقودها ودفعها، وذلك لتقليل وزنها. وبالطبع، لا يمكن إعادة استخدام هذه المعززات، لأن عملية عودتها إلى الغلاف الجوي تنطوي على احتكاك كبير يُولّد حرارة ويُلحق أضرارًا بالغة.

إن استخدام الطريقة التقليدية لبناء الصواريخ لمهام الاستخدام الواحد يزيد من هذه التكاليف، ويقلل من وتيرة الإطلاق وحجمه، ويؤدي إلى هدر. لنأخذ طائرة ركاب تجارية كمثال: إذا كان لا بد من بناء طائرة جديدة لكل رحلة، فسيكون السفر الجوي مكلفًا للغاية. لذلك، فإن وجود صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام من شأنه أن يُحدث 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 عند إطلاقها عدة مرات.

للمركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام فوائد اقتصادية كبيرة. فاستخدام الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام مقارنةً بالصواريخ التقليدية قد يكون أرخص بنسبة تصل إلى 65%. ويَعِد هذا النموذج بخفض تكلفة المهمات الفضائية، مثل نشر الأقمار الصناعية، ومهمات إعادة الإمداد إلى محطة الفضاء الدولية، والمهمات إلى القمر أو المريخ.

بالإضافة إلى توفير المال، تُسهم مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام في نهج أكثر استدامة لاستكشاف الفضاء. فخفض عدد مكونات الصواريخ المُهمَلة يُقلل من النفايات الفضائية، وهي مشكلة بيئية مُتفاقمة.

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