الملخص:
في وقت مبكر من هذا الصباح، قدمت شركة SpaceX مرة أخرى مشهدًا يستحق فيلم خيال علمي. وبعد أكثر من 22 ساعة من الطيران الفضائي و14 دورة حول الأرض، عادت مركبة فضائية عملاقة يبلغ ارتفاعها حوالي 52 مترا إلى الغلاف الجوي وعادت إلى قاعدة ستارشيب في تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية. وعلى مسافة ليست بعيدة عن الأرض، أعادت المركبة الفضائية إشعال المحرك، وأكملت الدوران النهائي والتباطؤ، ودخلت بدقة بين الذراعين الميكانيكيين الضخمين لبرج الإطلاق. بعد ذلك، تم إيقاف المحرك وقامت الذراع الآلية بالإمساك بالمركبة الفضائية بثبات.
هذه هي المرة الأولى التي ينجح فيها البشر في استخدام ذراع آلية لبرج الإطلاق لالتقاط مركبة فضائية عائدة من مدار الأرض. وهذا يعني أيضًا أن SpaceX تقترب خطوة كبيرة من نظام نقل مداري قابل لإعادة الاستخدام بالكامل.
قبل الإطلاق، قال ماسك في برنامج X إن شركة SpaceX ستحاول التقاط المعزز الثقيل للغاية والمرحلة العليا من المركبة الفضائية في نفس الوقت. إذا نجح كلاهما، فهذا يعني العودة الكاملة الأولى لجميع أجزاء الرحلة الرئيسية للصاروخ المداري إلى الأرض.
ووصف ذلك بأنه "الاختراق الرئيسي اللازم لجعل الحياة كائنات متعددة الكواكب".
ومع ذلك، لم تحقق شركة SpaceX "الاسترداد المزدوج" المتوقع هذه المرة. تعرض الصاروخ الثقيل للغاية لخلل أثناء عودته واصطدم في نهاية المطاف بخليج المكسيك. ما صنع التاريخ حقًا هو المرحلة العليا من المركبة الفضائية.
العودة من الفضاء والوقوع في قبضة "عيدان تناول الطعام"
ما مدى صعوبة ذلك؟
على مدى العقد الماضي أو نحو ذلك، أثبتت SpaceX من خلال Falcon 9 أن الصواريخ لا يمكن استخدامها إلا مرة واحدة.
بعد الإطلاق، يمكن لمعزز المرحلة الأولى للصاروخ Falcon 9 إعادة الاشتعال وإبطاء السرعة والهبوط عموديًا، ثم استئناف مهمته بعد الفحص والتجديد. تغير هذه التكنولوجيا بشكل كبير هيكل تكلفة رحلات الفضاء التجارية.
لكن لدى Falcon 9 دائمًا قيود: إذ لا يمكن استعادة صاروخ المرحلة الثانية الخاص به.
تأمل المركبة الفضائية SpaceX في توسيع إمكانية إعادة الاستخدام هذه لتشمل نظام الإطلاق بأكمله.
يبلغ ارتفاع نظام المركبة الفضائية الكامل حوالي 124 مترًا ويتكون من معزز ثقيل للغاية مزود بـ 33 محرك رابتور بالأسفل ومركبة فضائية بالأعلى.
وفقًا للتصميم، فإن المعزز فائق الثقل هو المسؤول عن إرسال المركبة الفضائية إلى الفضاء ومن ثم العودة إلى موقع الإطلاق؛ تستمر المركبة الفضائية في التسارع إلى المدار، أو نشر الأقمار الصناعية أو أداء مهام أخرى، وتعود أخيرًا إلى الأرض.
يمكن إعادة استخدام كلا الجزأين، مما يسمح للنقل الفضائي بالاقتراب تدريجيًا من وضع تشغيل الطيران المدني.
لكن الصعوبة تكمن في أن إعادة مركبة فضائية من الفضاء أكثر تعقيدًا بكثير من استعادة معزز المرحلة الأولى.
تم فصل معزز المرحلة الأولى بسرعة منخفضة نسبيًا وشهد عملية عودة قصيرة نسبيًا. تطير المركبة الفضائية التي تدخل مدارًا أرضيًا منخفضًا بسرعة تبلغ حوالي 7.8 كيلومترًا في الثانية. للسماح لمثل هذا العملاق بالعودة بأمان، يجب حل سلسلة من المشكلات مثل إعادة الدخول بسرعة عالية، والحماية الحرارية، والتحكم في الموقف، والهبوط الدقيق في نفس الوقت.
أصعبها هو الحماية الحرارية.
عندما تعود المركبة الفضائية إلى الغلاف الجوي بسرعة مدارية، يتم ضغط الهواء الأمامي بعنف، مما يشكل تدفق هواء عالي الحرارة للغاية. تعتمد المركبة الفضائية على آلاف البلاطات العازلة التي تغطي الجانب المواجه للريح لحماية جسم الصاروخ المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ من التلف الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة.
يجب ألا تتحمل هذه البلاطات العازلة الاهتزازات الشديدة أثناء الإطلاق فحسب، بل يجب أيضًا أن تختبر بيئة الفضاء والعودة عالية السرعة، ويجب أن تظل سليمة قدر الإمكان.
في الرحلات التجريبية السابقة، قامت SpaceX باختبار موثوقية البلاط العازل، بل إنها أخذت زمام المبادرة لإزالة بعض البلاط لمراقبة أداء المناطق المحلية في ظل درجات الحرارة المرتفعة للغاية.
في هذه الرحلة التجريبية الخامسة عشرة، قامت SpaceX بتحسين طريقة تثبيت البلاط العازل واعتمدت تصميمًا جديدًا للبلاط العازل المنحني في محاولة لتقليل الحرارة المحلية بين الفجوات بين البلاط.
ومن المثير للاهتمام أن المركبة الفضائية قامت أيضًا بنشر 26 قمرًا صناعيًا من نوع Starlink V3 هذه المرة، بعضها مزود بكاميرات خاصة للتحقق من حالة الدرع الحراري الخاص بالمركبة الفضائية من الخارج.
بعبارة أخرى، يجب على الأقمار الصناعية التي ترسلها المركبة الفضائية إلى الفضاء أن تساعد بدورها في التحقق مما إذا كانت المركبة الفضائية يمكنها العودة بأمان.
بعد النجاة من أخطر مرحلة من مراحل العودة، بدأت للتو عملية خطيرة أخرى.
لا تهبط المركبة الفضائية دائمًا وذيلها موجه إلى الأسفل مثل الصاروخ التقليدي. سوف تهبط أولاً في وضع يشبه بطنها تقريبًا في مواجهة الريح، باستخدام هيكلها الضخم لزيادة مقاومة الهواء، وفي الوقت نفسه تضبط وضع طيرانها ومسارها من خلال أربع لوحات أمامية وخلفية.
يُسمى هذا الأسلوب بالتخبط في البطن.
عندما تقترب المركبة الفضائية من الأرض، يتم إعادة إشعال محرك رابتور، ويتم استخدام الدفع لقلب جسم السفينة بسرعة إلى الوضع الرأسي. ثم يقوم بضبط الدفع والموضع بشكل مستمر، ويدخل أخيرًا بين الذراعين الآليين لبرج الإطلاق.
هذا هو "الصاروخ بعيدان تناول الطعام" المألوف لدى العالم الخارجي.
يبدو الأمر وكأنه حركات بهلوانية صعبة، ولكن خلف الكواليس يتضمن العمل المنسق لأنظمة متعددة مثل التحكم في دفع المحرك، والملاحة وتحديد المواقع، وتعديل الموقف، والتحكم في الذراع الآلية.
لماذا يتعين عليك اعتماد هذا النهج الذي يبدو محفوفًا بالمخاطر؟ الأسباب هي الوزن والكفاءة.
ستعمل أرجل الهبوط التقليدية على زيادة الكتلة الهيكلية للصاروخ نفسه وتؤثر على القدرة الاستيعابية. إن السماح لأبراج الإطلاق الأرضية بالقيام بمهام الدعم والتقاط الصور يمكن أن يقلل من الهياكل الإضافية التي تحتاج المركبة الفضائية إلى حملها.
الأهم من ذلك هو أن المركبة الفضائية يمكنها العودة مباشرة إلى برج الإطلاق، مما قد يلغي الحاجة إلى خطوات شاقة مثل الاسترداد والنقل وإعادة الرفع في البحر.
وبالطبع، فإن هذا أيضًا يجعل عملية إعادة التدوير أكثر خطورة. بمجرد انحراف المركبة الفضائية بشكل كبير في الثواني القليلة الماضية، قد لا يتم فقدان المركبة الفضائية فحسب، بل قد يتضرر أيضًا برج الإطلاق الباهظ الثمن.
لذلك، قامت SpaceX بإعداد عقد متعددة للتحقق من الحالة لهذه المهمة وحجزت خطة احتياطية بحرية. ولن يستمر الاستيلاء على الذراع الآلية إلا إذا استوفت كل من المركبة الفضائية والمرافق الأرضية الشروط.
في النهاية، أكملت المركبة الفضائية بنجاح العملية بأكملها بدءًا من الطيران المداري والعودة إلى الغلاف الجوي وإطلاق الاستيلاء على البرج.
في السابق، تمكنت شركة SpaceX من التقاط ذراع آلية لمعزز Super Heavy عدة مرات، لكن المرحلة العليا العائدة من المدار لم يتم التقاطها فعليًا حتى هذا الوقت.
إعادة استخدام المسافة بشكل كامل
لا تزال هناك بعض المستويات النهائية
من الجدير بالذكر أنه خلال نفس عملية الإطلاق، تعرض المعزز الثقيل للغاية لفشل في عملية الاسترداد.
بعد حوالي 6 دقائق من الإطلاق، واجه المعزز خللًا أثناء عودته وفشل في استيفاء شروط العودة إلى برج الإطلاق. ثم ألغى نظام التحكم في الطيران عملية الالتقاط وسمح لها بالطيران إلى منطقة محددة مسبقًا في خليج المكسيك.
شرح المسك على
اقترح اتجاهين محتملين للتحسين: تحسين أداء واتساق محرك رابتور، وضبط توقيت إيقاف تشغيل المحرك للاحتفاظ بمزيد من الوقود الدافع الراجع. ومع ذلك، فإن السبب النهائي لا يزال يتطلب تحليلاً كاملاً لبيانات القياس عن بعد.
يكشف هذا أيضًا عن التحدي الأساسي المتمثل في إعادة الاستخدام الكامل: يجب أن يزيد الصاروخ من كفاءة الحمل مع ترك ما يكفي من الوقود الدافع للعودة.
يعني ترك المزيد من الوقود الدفعي احتمال تقليل الحمولة؛ قد يؤدي ترك كمية قليلة جدًا من الوقود الدافع إلى فقدان المحرك لقدرته على الاسترداد بسبب التقلبات في أداء المحرك.
ولكن بالمقارنة، فإن التكنولوجيا التي تم التحقق منها من قبل الطبقة العليا من المركبة الفضائية هذه المرة هي أكثر تقدمًا.
في السابق، أثبتت شركة SpaceX أنه يمكن إعادة استخدام صاروخ المرحلة الأولى. المشكلة الحقيقية التي يجب التغلب عليها هي السماح للمرحلة العليا بالعودة سليمة بعد إكمال المهمة المدارية.
وبطبيعة الحال، فإن إعادة التدوير الناجحة وإعادة الاستخدام الكامل لا يزالان مفهومين مختلفين.
بعد ذلك، لا تزال شركة SpaceX بحاجة إلى إثبات أن: المركبة الفضائية المستردة يمكنها الطيران مرة أخرى، ويمكن للبلاط العازل أن يتحمل عدة عمليات إعادة دخول لدرجة الحرارة العالية، وأن المحرك ونظام التحكم في الطيران يتمتعان بموثوقية عالية بما فيه الكفاية، وأن عملية الفحص والتجديد وإعادة تعبئة الوقود الدافع تتسم بالكفاءة الكافية.
وإلا، حتى لو كان من الممكن استعادتها بنجاح في كل مرة، وإذا كانت تكلفة الصيانة لا تزال مرتفعة وفترة الإعداد لا تزال طويلة، فسيكون من الصعب على المركبة الفضائية تحقيق عملية عالية التردد حقًا.
إعادة تدوير السفن الفضائية
ليست عمليات الإطلاق الفضائية فقط هي التي تغيرت
تحاول شركة SpaceX تغيير المنطق الأساسي لصناعة الطيران: إذا كان لا بد من التخلص من الطائرة في كل مرة تحلق فيها، فما هي تكلفة النقل الجوي اليوم؟
واجهت الصواريخ مشاكل مماثلة لفترة طويلة.
لقد أحدث فالكون 9 تحولًا اقتصاديًا في رحلات الفضاء التجارية من خلال إعادة الاستخدام على المستوى الأول. تأمل Starship أن تخطو خطوة أخرى إلى الأمام وتجعل نظام التسليم بأكمله قابلاً لإعادة الاستخدام.
إذا تمكنت السفن الفضائية المستقبلية من إكمال الفحص والتزود بالوقود وإعادة الإطلاق في فترة زمنية أقصر، فيمكن توزيع تكاليف تصنيع الصواريخ على المزيد من المهام، ومن المتوقع أيضًا أن تنخفض تكلفة النقل المداري الواحد بشكل أكبر.
قد تكون الفائدة الأكثر مباشرة هي شبكة Starlink الخاصة بشركة SpaceX.
بالإضافة إلى استكمال عملية الاسترداد، نجحت هذه الرحلة التجريبية أيضًا في نشر 26 قمرًا صناعيًا من نوع Starlink V3. وفقًا للبيانات الصادرة عن SpaceX، فإن سعة الشبكة التي توفرها هذه الأقمار الصناعية تعادل تقريبًا 10 مهمات إطلاق قمر صناعي Starlink V2 Mini لـ Falcon 9.
بمجرد أن تحقق السفن الفضائية عمليات عالية التردد في المستقبل، ستتمكن SpaceX من وضع أقمار صناعية أكبر حجمًا وعالية الأداء في المدار بتكاليف نقل أقل.
بعيدًا عن ستارلينك، تتطلب مفاهيم مثل مراكز البيانات الفضائية، والبنية التحتية المدارية واسعة النطاق، والنقل في الفضاء السحيق أيضًا قدرات حمل قوية ومنخفضة التكلفة.
الأهداف الأخرى هي القمر والمريخ.
اختارت وكالة ناسا مركبة ستارشيب كأحد حلول أنظمة الهبوط المأهولة على سطح القمر لبرنامج أرتميس. ولكن قبل تنفيذ مهمة الهبوط على سطح القمر فعليًا، يجب على SpaceX أيضًا حل المشكلات الفنية مثل نقل الوقود الدفعي إلى المدار، وتخزين الوقود الدفعي المبرد على نطاق واسع، والرحلات إلى الفضاء السحيق.
وهذا يعني أنه تم التقاط المركبة الفضائية بواسطة ذراع آلية لأول مرة، وهو أمر بعيد كل البعد عن النهاية.
من أول رحلة تجريبية شاملة في عام 2023، إلى أول التقاط للمحرك فائق الثقل في عام 2024، إلى الالتقاط الناجح للمركبة الفضائية العائدة من المدار اليوم، تعمل SpaceX تدريجيًا على تحويل تلك الأفكار الهندسية التي تبدو مجنونة إلى واقع.
ولكن بالنسبة للمستقبل الذي يتطلع إليه " ماسك "، فإن نقطة التحول الحقيقية ربما لم تأت بعد.
عندما تتمكن نفس المركبة الفضائية من التحليق في الفضاء للمرة الثانية أو الثالثة أو حتى أكثر، وعندما لا يعد استرداد الصواريخ خبرًا عالميًا للعلوم والتكنولوجيا، بل يصبح عملية يومية لعمليات الإطلاق الفضائية، فإن SpaceX تكون قريبة حقًا من المستقبل الذي تريد تحقيقه.
التعليقات