مفهوم للطاقة على المريخ قد يحوّل هواء الكوكب الرقيق إلى طاقة قابلة للاستخدام

اقتراح جديد يستهدف إحدى أصعب مشكلات استكشاف المريخ

يواجه العلماء الذين يصممون بعثات بشرية مستقبلية إلى المريخ قيدًا أساسيًا لكنه قاسٍ: كل شيء يعتمد على طاقة موثوقة. فالمساكن، وأنظمة دعم الحياة، ومعالجة المياه، وإنتاج الأكسجين، وتوليد الوقود، ومعدات العلوم، والاتصالات، كلها تتطلب مصدرًا ثابتًا للكهرباء. ويجادل مفهوم جديد وصفه باحثون في الصين بأن الغلاف الجوي المريخي نفسه قد يصبح جزءًا من تلك البنية الطاقية.

وتعرض الدراسة، المنشورة مؤخرًا في National Science Review، نظامًا يسمى Mars Atmospheric Resource & Multimodal Energy System، أو MARS-MES. وتقوم الفكرة على استخدام الاستفادة من الموارد في الموقع، المعروفة اختصارًا بـ ISRU، لتقليل الاعتماد على أنظمة الطاقة المشحونة من الأرض. وبدلًا من التعامل مع المريخ أساسًا بوصفه عبئًا لوجستيًا، ينظر الاقتراح إلى الموارد الجوية المحلية باعتبارها مادة أولية للتوليد والتخزين ووظائف دعم الحياة.

لماذا تُعد طاقة المريخ مشكلة هندسية صعبة إلى هذا الحد

يوفر المريخ بيئة تشغيل قاسية. ووفقًا للباحثين، فإن غلاف الكوكب الجوي لا يتجاوز نحو 1% من الضغط الجوي للأرض، ويتكون بأكثر من 95% من ثاني أكسيد الكربون، وتبلغ درجات حرارته القصوى نحو 20 درجة مئوية. وتختلف هذه الظروف جذريًا عن ظروف الأرض، ما يعقد أي محاولة لبناء بنية تحتية موثوقة للطاقة في المهام طويلة المدة.

إن نقل ما يكفي من معدات الطاقة والمواد الاستهلاكية من الأرض حل واضح، لكنه يأتي مع أعباء الكتلة والتكلفة ومخاطر المهمة. ولهذا أصبحت ISRU استراتيجية طويلة الأمد مهمة جدًا في تخطيط مهام المريخ. فكل كيلوغرام لا يُطلق من الأرض قد يخفف تصميم المهمة، ويخفض التكلفة، وقد يطيل مدة المهمة أو يعزز قدرة الطاقم.

ويقوم اقتراح الفريق الصيني على هذه الفرضية. فبدلًا من الاعتماد فقط على أنظمة مستوردة، يستكشف ما إذا كان التقاط الغلاف الجوي المحلي وتحويله يمكن أن يدعم نظامًا بيئيًا طاقيًا أوسع على السطح.

كيف سيعمل النظام المقترح

يبدأ المفهوم بالتقاط الهواء. وبسبب رقة الغلاف الجوي المريخي الشديدة، يقترح الباحثون ضغطه لجعله أكثر فائدة في العمليات اللاحقة. وتحدد الدراسة عدة طرق للقيام بذلك، بما في ذلك الضغط الميكانيكي، والاحتجاز المبرد، والامتزاز الحراري.

وتنطوي كل واحدة من هذه الطرق على مقايضات. ويشير الباحثون إلى أن الضغط الميكانيكي لم يثبت بعد أداءً طويل الأمد، وأن الاحتجاز المبرد لا يزال في مرحلة الاختبار، وأن الامتزاز الحراري ما زال يواجه معدلات محدودة وإنتاجًا حراريًا منخفضًا. وهذه التحفظات مهمة لأنها تُظهر أن الاقتراح ليس نظامًا مكتملًا جاهزًا للنشر، بل هو خارطة طريق تقنية تشير إلى أنظمة فرعية لا تزال بحاجة إلى تحقق كبير.

وبمجرد التقاط الغازات الجوية، سيقرن نظام الطاقة هذه الغازات بمفاعل نووي صغير لتوليد الطاقة في الموقع. كما يدعو الاقتراح إلى تخزين الكهرباء في بطاريات غاز الليثيوم-المريخ، التي يقدمها الفريق كمسار لإمداد كهربائي مستقر طويل الأمد. وبالتوازي، من المفترض أن يدعم النظام تحويل موارد دعم الحياة، رابطًا بين توليد الطاقة وإنتاج الضروريات مثل الأكسجين والوقود والماء.

ويُعد هذا التصميم متعدد الوسائط أهم ما يميز الاقتراح. فهو لا يقتصر على توليد الكهرباء بواسطة جهاز واحد، بل هو محاولة لربط الطاقة والتخزين ولوجستيات دعم الحياة في بنية تحتية سطحية متكاملة.

لماذا يُعد التكامل مهمًا للبعثات البشرية

من المرجح أن تتطلب البعثات البشرية المستقبلية إلى المريخ ميزانية طاقة تتجاوز بكثير مستوى طاقة مركبات الاستكشاف. فالمساكن المأهولة ستحتاج إلى إضاءة مستمرة، وتحكم حراري، وعمليات مخبرية، ومعدات للتمرين، وأنظمة للتحكم البيئي، ومعالجة للمواد الاستهلاكية. ويحتاج مخططو المهمات أيضًا إلى المرونة: فلا يمكن لنقطة أمامية على السطح أن تتحمل انقطاعات طويلة في الطاقة عندما تعتمد سلامة الطاقم على الأنظمة المزودة بالطاقة.

ويعترف الاقتراح بهذه الحقيقة. فمن خلال الجمع بين التقاط الموارد المحلية، والتوليد المدعوم نوويًا، وتخزين الطاقة، وتحويل موارد دعم الحياة، يهدف النظام إلى تقليل عدد الأنظمة الفرعية المنفصلة التي سيتعين على الرواد صيانتها. كما قد توفر البنية التحتية المتكاملة قدرًا من التكرار. وإذا استطاع الغلاف الجوي دعم وظائف مهمة متعددة بدلًا من وظيفة واحدة فقط، فإنه يصبح أكثر قيمة باعتباره موردًا استراتيجيًا.

وهذا يساعد أيضًا على تفسير سبب تركيز الدراسة على الفوائد والتحديات معًا بدلًا من تقديم جهاز اختراقي واحد. ففي المريخ، لا تقل بنية المهمة أهمية عن أداء المكونات. ويجب أن تتلاءم محطة طاقة سطحية قابلة للتشغيل مع نظام تشغيل أوسع يشمل بقاء الطاقم، والنقل، والصيانة، ومدة المهمة.

ما الذي لا يزال غير مؤكد

الاقتراح طموح، لكنه لا يزال مفهوميًا. وتسلط الدراسة نفسها الضوء على القيود التقنية في طرق التقاط الغلاف الجوي قيد النظر. فالتشغيل طويل الأمد، ومتانة النظام، والإدارة الحرارية، والتكامل تحت ظروف المريخ، كلها لا تزال أسئلة هندسية مفتوحة استنادًا إلى المادة المصدرية المقدمة.

كما أن استخدام مفاعل نووي صغير يشير إلى أن الغلاف الجوي المحلي وحده لا يُعرض بوصفه مصدرًا كاملاً للطاقة. بل إن الموارد الجوية الملتقطة ستعمل بالاقتران مع التوليد النووي والتخزين المتخصص. وهذا يجعل المفهوم أكثر واقعية من ناحية، لأنه لا يفترض وجود حل وحيد أنيق، لكنه يبرز أيضًا مدى التعقيد الذي ستحتاج البعثات المستقبلية إلى إدارته.

وهناك دلالة عملية أخرى. فكثيرًا ما يُناقش ISRU باعتباره وسيلة لتقليل الاعتماد على الأرض، لكن كل نظام من هذا النوع يضيف آلياته الخاصة وعبء الصيانة وأوضاع الفشل الخاصة به. وكلما اقترب مخططو المهمات من بعثات بشرية حقيقية، ازدادت أهمية هذه التفاصيل التشغيلية.

لماذا تهم هذه الدراسة الآن

لا تزال الجداول الزمنية لمهام المريخ طويلة، لكن الطريق إلى الاستكشاف المأهول يعتمد على حل المشكلات التمكينية قبل تحديد مواعيد الإطلاق بوقت طويل. والطاقة من بين أكثر هذه المشكلات أساسية. فبدون خطة موثوقة للطاقة السطحية، يتقلص كل طموح آخر على المريخ.

تكتسب هذه الدراسة الجديدة أهميتها لأنها تدفع النقاش إلى ما هو أبعد من الدعوات العامة إلى ISRU، نحو مفهوم نظامي أكثر تحديدًا. فهي لا تقدم الغلاف الجوي المريخي بوصفه عائقًا بيئيًا فقط، بل موردًا يمكن ضغطه وتحويله ودمجه في البنية التحتية الأساسية للمهمة. وحتى إذا بدت البنية النهائية التي سيستخدمها المستكشفون في المستقبل مختلفة، فإن الدراسة تضيف إلى مجموعة متنامية من الأعمال التي تركز على جعل بعثات المريخ أقل اعتمادًا على إعادة الإمداد المستمر من الأرض.

ومن المرجح أن يكون هذا هو الرهان الطويل لاستكشاف المريخ: ليس تقنية واحدة خارقة، بل مجموعة من الأنظمة المترابطة التي تحول الظروف المحلية إلى أصول للمهمة. ويُعد MARS-MES مثالًا مبكرًا على هذا التفكير عندما يُدفع إلى مجال الطاقة، حيث سيحدد النجاح أو الفشل 거의 كل جانب من جوانب الوجود البشري على الكوكب.

تستند هذه المقالة إلى تغطية من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.