مُحرّك الليثيوم-البلازما التابع لناسا يصل إلى 120 كيلوواط في اختبار دفع

إنجاز في الدفع يتطلع إلى ما وراء مهام اليوم

اختبر مهندسو ناسا نظام دفع كهربائي من الجيل التالي يستخدم بخار معدن الليثيوم كوقود، ووصل إلى 120 كيلوواط من القدرة، وهو رقم قياسي جديد في الولايات المتحدة وفقًا لملخص Universe Today للعمل. هذا الإنجاز لن يرسل رواد الفضاء غدًا في مركبة أسرع إلى المريخ، لكنه يمثل خطوة مهمة نحو نوع الدفع عالي القدرة الذي ستحتاجه المهام البشرية المستقبلية إلى الفضاء البعيد.

يختلف الدفع الكهربائي عن الصواريخ الكيميائية بطريقة قد تبدو غير بديهية. فبدلًا من تقديم دفعة قصيرة وعنيفة من الدفع، فإنه يوفر قوة دفع ألطف تتراكم سرعتها تدريجيًا مع الوقت. ولهذا السبب تُعد هذه التقنية جذابة جدًا للمهام طويلة الأمد. قد يبدأ التسارع بشكل متواضع، لكن التشغيل المستمر يمكن أن ينتج في النهاية سرعات هائلة مع استخدام دافع أقل بكثير من الأنظمة التقليدية.

تشير المصادر إلى أن الدفع الكهربائي يمكن أن يوفر ما يصل إلى 90 في المئة من الوقود الذي تتطلبه الصواريخ الكيميائية. هذه الكفاءة هي أحد الأسباب التي تدفع الوكالات إلى مواصلة الاستثمار فيه، حتى عندما تكون أنظمته متطلبة تقنيًا وأقل وضوحًا للجمهور. في السفر الفضائي، الكفاءة ليست رفاهية. قد تكون هي التي تحدد ما إذا كانت المهمة ممكنة أصلًا.

لماذا تهم 120 كيلوواط

يكتسب معيار الاختبار الجديد أهميته جزئيًا بسبب صلته بالمهام القائمة. قارنت Universe Today نتيجة 120 كيلوواط بمركبة ناسا Psyche، التي تحمل أقوى محركات دفع كهربائية بُنيت حتى الآن للطيران، وهي في طريقها إلى الكويكب 16 Psyche. ويُقدَّر أن مستوى القدرة الذي اختُبر في نظام الدفع الجديد أعلى بنحو 25 مرة من قدرة Psyche.

هذا لا يعني أنه جاهز ليحل فورًا محل عتاد المركبات الفضائية الحالية. لكنه يعني أن ناسا تدخل نطاقًا أعلى بكثير من اختبارات الدفع الكهربائي، وهو بالضبط المجال الذي تحتاج فيه مفاهيم الاستكشاف البشري المستقبلية إلى تقدم. إن مقاييس القدرة مهمة للغاية في الدفع الكهربائي لأن فائدة هذه الأنظمة للمركبات الكبيرة تعتمد على قدرتها على العمل فوق المستويات المستخدمة اليوم في المهام الروبوتية بفارق كبير.

قال James Polk، وهو عالم أبحاث أول في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، إن الفريق لم يثبت فقط أن المحرك يعمل، بل وصل أيضًا إلى مستويات القدرة التي كانوا يستهدفونها. وبالقدر نفسه من الأهمية، قال إن لديهم الآن منصة اختبار قوية لمعالجة تحديات التوسيع على نطاق أكبر.

المهام من فئة المريخ ستحتاج إلى أكثر بكثير

على الرغم من أهميته، فإن 120 كيلوواط لا تزال أقل بكثير مما ستتطلبه على الأرجح مهمة بشرية إلى المريخ. قالت Universe Today إن ناسا تقدّر أن مثل هذه المهمة ستحتاج إلى 2 إلى 4 ميغاواط من القدرة عبر عدة محركات دفع، مع أكثر من 23,000 ساعة تشغيل. هذا النطاق يبرز مدى بدائية العمل حتى الآن. فالاختبار الواعد ليس خطة نشر.

لكن الفجوة بين نتيجة اليوم والاحتياجات المستقبلية ليست سببًا للتقليل من شأن هذا الإنجاز. بل هي السبب الذي يجعل الإنجاز مهمًا. فالتقدم في الدفع الفضائي يُبنى عبر قفزات في القدرة القابلة للإثبات. وقبل أن يمكن الوثوق ببنية متعددة الميغاواط للطاقم البشري، يجب على المهندسين التحقق من الأنظمة الفرعية والوقود وظروف التشغيل والتحمل على مراحل أصغر، لكنها لا تزال طموحة.

ويُعد استخدام بخار معدن الليثيوم جزءًا مما يجعل هذا العمل لافتًا. فمقاربات الدوافع الجديدة يمكن أن تغيّر هوامش الأداء والمفاضلات التصميمية بطرق تصبح حاسمة مع توسع الأنظمة. وتصف المصادر الاختبار بأنه قد يكون تغييرًا لقواعد اللعبة، ورغم أن هذه العبارة يجب التعامل معها بحذر دائمًا، فإن الفكرة الأساسية عادلة: إن بنية الدفع هي أحد القيود الجوهرية على سرعة وكفاءة حركة البشر عبر النظام الشمسي.

الدفع الكهربائي يتعلق بتصميم المهمة، لا بالسرعة فقط

غالبًا ما تركز الأوصاف الشائعة للمحركات المتقدمة على السرعة القصوى، ولسبب وجيه. تتخيل المقالة مركبة مستقبلية إلى المريخ تصل إلى أكثر من 400,000 كيلومتر في الساعة بعد أسبوع من التسارع المستمر. لكن الأهمية الأعمق للدفع الكهربائي تكمن في تأثيره على تصميم المهمة. فالدفع عالي الكفاءة يمكن أن يقلل كتلة الوقود، ويوسع خيارات الحمولة، وربما يحسن مرونة المهام التي ستكون مكلفة أو بطيئة بشكل مفرط لولا ذلك.

ينطبق ذلك على المهام العلمية الروبوتية بقدر ما ينطبق على الاستكشاف البشري. يمكن لدفع كهربائي أكثر قدرة أن يساعد المركبات الفضائية على السفر لمسافات أبعد، أو إعادة التموضع بفعالية أكبر، أو حمل أدوات يصعب دعمها تحت قيود دفع أقل. وبهذا المعنى، لا تتعلق هذه التقنية بالمريخ فقط، بل بتوسيع مساحة التصميم للاستكشاف عبر النظام الشمسي.

طريق طويل، لكنه مهم

الاختبار القياسي لا يمحو العقبات الهندسية المقبلة. فلا تزال أنظمة القدرة متعددة الميغاواط، وأعمار التشغيل الطويلة جدًا، وإدارة الحرارة، والموثوقية، والتكامل الكامل للمهمة، تمثل تحديات كبرى. ومع ذلك، يُظهر تقدم ناسا أن هذه التحديات تُواجه على المستوى الصحيح: عبر العتاد والقياس والتحقق التدريجي، لا عبر التصورات الفنية البعيدة وحدها.

ولهذا يبرز هذا الاختبار. فهو ليس مجرد قصة مستقبلية أخرى عن المريخ، بل مثال على العمل العملي المطلوب لتحويل طموحات الفضاء البعيد إلى أنظمة جديرة بالثقة. وبإثبات محرك دفع كهربائي ببخار الليثيوم عند 120 كيلوواط، دفعت ناسا أحد أجزاء هذه البنية إلى الأمام.

إذا واصلت الاختبارات المقبلة السير في الاتجاه نفسه، فقد يصبح الدفع الكهربائي إحدى التقنيات الممكِّنة التي تجعل السفر الأسرع والأكثر كفاءة إلى المريخ وما بعده أقل افتراضًا وأكثر قابلية للتشغيل. أما الآن، فمن الأفضل فهم هذا الإنجاز بوصفه محطة هندسية متينة على طريق لا يزال طويلًا.

لماذا هذه القصة مهمة

• اختبرت ناسا نظام دفع كهربائي ببخار الليثيوم عند مستوى قياسي بلغ 120 كيلوواط.
• النتيجة أعلى بكثير من مستويات القدرة الحالية للدفع الكهربائي في الطيران كما ورد في المصدر.
• يُنظر إلى الدفع الكهربائي عالي القدرة بوصفه متطلبًا أساسيًا لمهام بشرية مستقبلية إلى المريخ.

هذه المقالة مبنية على تغطية Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.