قمر صغير بخدعة نشر كبيرة
أرسل برنامج الفضاء الياباني مرة أخرى مركبة مستوحاة من الأوريغامي إلى المدار، وهذه المرة على هيئة CubeSat بطول 10 سنتيمترات صُمم لفرد هوائي reflectarray إلى نحو 25 ضعف حجمه المطوي.
أُطلق القمر، OrigamiSat-2، في 23 أبريل ضمن برنامج JAXA لإثبات تقنية الأقمار الصناعية الابتكارية. وبعد نحو 53 دقيقة من الإقلاع من نيوزيلندا، نشرت مهمة Kakushin Rising ثمانية أقمار صناعية صغيرة في مدار متزامن مع الشمس على ارتفاع نحو 540 كيلومترًا فوق الأرض.
تحمل المهمة الأوسع مجموعة من الحمولات التجريبية المرتبطة باكتشاف الزلازل ومراقبة المحيطات والتصوير متعدد الأطياف وأهداف أخرى. لكن OrigamiSat-2 يبرز لأنه يتعامل مع أحد أقدم قيود هندسة الفضاء: كيف يمكن وضع بنية وظيفية كبيرة داخل حجم إطلاق صغير جدًا.
لماذا يعود الأوريغامي دائمًا إلى هندسة الفضاء
ليست جاذبية الأوريغامي في الفضاء جمالية، بل اقتصادية وميكانيكية. فالإطلاق مكلف، والحجم محدود، والأجهزة التي يمكن طيها بشكل مسطح ثم نشرها بشكل موثوق بعد الوصول إلى المدار تمتلك مزايا واضحة. وتُجبر CubeSats، على وجه الخصوص، المهندسين على استغلال كل سنتيمتر مكعب.
يعتمد أحدث نموذج من JAXA على سلسلة طويلة من مفاهيم الطي في الهندسة اليابانية. وتشير المادة إلى طي Miura، الذي طوّره الدكتور Miura Koryo عام 1970 ضمن أبحاث حول الهياكل الفضائية القابلة للنشر. وقد طار هذا النمط لاحقًا على Space Flyer Unit اليابانية، حيث فُتحت الألواح الشمسية المخزّنة في المدار.
تكتسب هذه الخلفية أهميتها لأن المشكلة الأساسية لم تتغير. تحتاج الأقمار الصناعية إلى هوائيات وأشرعة وألواح وأسـطح استشعار أكبر مما تسمح به أقماع الإطلاق بسهولة. وتوفر استراتيجيات الطي وسيلة لنقل حمولات مدمجة يمكن أن تتحول لاحقًا إلى أنظمة عمل أكبر بكثير.
ما الذي يختبره OrigamiSat-2
يستخدم OrigamiSat-2 غشاءً مزدوج الطبقة يُطوى أثناء الإطلاق ويُنشر بعد الوصول إلى المدار. وفي وضعه المخزن، لا يتجاوز طول المركبة 10 سنتيمترات، وهو تقريبًا حجم وحدة CubeSat واحدة. وعند النشر، يتمدد هوائي reflectarray بشكل كبير.
يعد استخدام هوائي reflectarray مهمًا لأن أداء الاتصالات والاستشعار غالبًا ما يتحسن مع ازدياد الفتحة الهوائية. وللأقمار الصغيرة، يخلق ذلك مفاضلة دائمة بين حجم المركبة وقدرة المهمة. ويساعد الهوائي القابل للنشر على تخفيف هذه المفاضلة.
فعليًا، تختبر JAXA ما إذا كانت منصة صغيرة جدًا ومنخفضة التكلفة تستطيع حمل عتاد يتصرف في الفضاء كما لو كان تابعًا لمركبة أكبر بكثير. وإذا نجح ذلك، فقد يؤثر هذا النهج في تصاميم مستقبلية لحمولات الاتصالات وغيرها من الأنظمة القابلة للنشر، حيث يهم كل من الاكتناز أثناء الإطلاق والحجم في المدار.
جزء من تقليد تصميم ياباني أوسع
تضع المادة OrigamiSat-2 في سياق تقنيات فضائية يابانية مطوية أخرى، بما في ذلك مهمة الشراع الشمسي IKAROS التي أُطلقت عام 2010. استخدمت IKAROS شراعًا مطويًا على نمط الأوريغامي وسافرت نحو كوكب الزهرة باستخدام ضغط الإشعاع الشمسي بدلًا من الدفع التقليدي بالوقود.
ويبرز هذا المثال اتساع تطبيقات الهياكل المطوية في الفضاء. فالفلسفة التصميمية نفسها يمكن أن تدعم توليد الطاقة والهوائيات ومنصات الرصد ومفاهيم الدفع. وفي كل حالة، تأتي القيمة الهندسية من التعبئة المدمجة أثناء الإطلاق ثم الهندسة الكبيرة بعد النشر.
وبالنسبة للأقمار الصغيرة، فإن الرهان كبير على نحو خاص. فقد جعلت CubeSats الوصول إلى المدار أرخص وأكثر مرونة، لكن حدود الحجم غالبًا ما تقيد الطموح. وتوفر الأنظمة القابلة للطي طريقة لتجاوز تلك الحدود من دون التخلي عن جاذبية المنصة الخفيفة ومنخفضة التكلفة.
لماذا يهم هذا الإطلاق
تريد وكالات الفضاء والمشغلون التجاريون على حد سواء مركبات أقل كلفة في الإطلاق وأكثر قدرة عند وصولها. ويقع OrigamiSat-2 في قلب هذا التقاطع. إنه ليس مجرد عرض طريف لميكانيكا مستوحاة من الورق، بل اختبار لمدى قدرة التصميم القابل للنشر على مضاعفة فائدة الأقمار الصغيرة جدًا.
تعكس المهمة أيضًا نمطًا أوسع في تطوير تقنيات المدار. فبدلًا من انتظار قفزات كبرى، تنفذ الوكالات بشكل متزايد عروضًا محددة للتحقق من صحة كل نظام فرعي حاسم على حدة. وفي هذه الحالة، النظام الفرعي هو الهندسة القابلة للنشر.
إذا أثبتت هذه الأنظمة متانتها، فقد تؤثر في الكوكبات المستقبلية التي تحتاج إلى هوائيات أكثر قدرة من دون قبول حافلات أكبر وتكاليف إطلاق أعلى. وينطبق هذا المنطق على المهام المدنية والمنصات البحثية وربما الشبكات التجارية التي تعتمد على مركبات مدمجة تعمل أبعد من حجمها الفيزيائي الظاهر.
رهان هندسي
السؤال الحقيقي الآن هو الموثوقية. فالأنظمة المطوية لا تصبح ثورية إلا إذا نُشرت باستمرار في المدار. واهتزاز الإطلاق، والحرارة الشديدة، وظروف الفراغ، والتفاوتات الميكانيكية تجعل ذلك صعبًا. وقد صُمم برنامج JAXA تحديدًا لاختبار هذه الافتراضات في ظروف طيران حقيقية.
حتى على مستوى العرض، يمثل OrigamiSat-2 مؤشرًا مفيدًا إلى اتجاه تصميم الأقمار الصناعية. فالضغط لتصغير المركبات لن يختفي، وكذلك الطلب على أسطح وظيفية أكبر. وتُعد البنى القابلة للطي من أوضح الطرق لتلبية هذين الضغطين في آن واحد.
لذلك فهذه المهمة أكثر من مجرد تجربة ذكية. إنها تعبير مدمج عن اتجاه أوسع في الصناعة: مركبات تنطلق صغيرة ثم تصبح شيئًا أكبر وأكثر قدرة بمجرد وصولها إلى المدار.
هذه المقالة مستندة إلى تقرير New Atlas. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on newatlas.com
