نظام دفع هجين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يفتح آفاق الفضاء السحيق أمام الأقمار الصناعية الصغيرة

طوّر مهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) نظام دفع جديدًا يجمع بين نظامين في واحد، من شأنه أن يوسّع قدرات الأقمار الصناعية الصغيرة على نحو كبير. ومن خلال تمكين كلٍّ من الدافعات الكيميائية والكهربائية من العمل باستخدام دافع واحد، تمهّد هذه التقنية الطريق أمام مركبات فضائية بحجم حقيبة اليد لتنفيذ مهمات معقّدة بين الكواكب، مثل الرحلات إلى المريخ أو حزام الكويكبات.

الدفع ثنائي النمط: الجمع بين القوة والدقة

لطالما انطوى دفع المركبات الفضائية على مفاضلة بين القوة والكفاءة. فأنظمة الدفع الكيميائي توفّر قوة دفع عالية، ما يتيح تسارعًا سريعًا وتغييرات كبيرة في المدار، لكنها تستهلك الوقود بسرعة. في المقابل، تُعدّ أنظمة الدفع الكهربائي، مثل دافعات الرش الكهربائي، أكثر كفاءة بكثير. فهي تستخدم المجالات الكهربائية لتسريع الدافع، مولّدةً قوة دفع لطيفة ولكن مستمرة، وهي مثالية للسفر الطويل الأمد والمناورات الدقيقة.

وبالنسبة إلى الأقمار الصناعية الصغيرة المعروفة باسم CubeSats، كان دمج النظامين غير عملي بسبب قيود الحجم والوزن؛ إذ إن حمل خزانين منفصلين للدافع ليس خيارًا viable. ويعالج ابتكار MIT هذا القيد مباشرةً من خلال إنشاء نظام موحّد يعمل فيه مصدر وقود واحد على تشغيل نوعين مختلفين من المحركات. ويتيح ذلك لقمر صناعي صغير استخدام دافعه الكيميائي لإجراء حروق دفع قوية، ودافعاته الرشّية الكهربائية للإبحار الفعّال على المدى الطويل.

لماذا يهمّ التصميم القائم على الوقود المشترك

قبل

كان على الأقمار الصناعية الصغيرة أن تختار بين الدفع الكيميائي عالي الدفع والدفع الكهربائي عالي الكفاءة، لأن حمل نظامَي وقود منفصلين كان ثقيلًا وضخمًا أكثر من اللازم.

بعد

يمكن لدافع واحد أن يدعم كلاً من حروق الدفع الكيميائية السريعة والإبحار الفعّال بدافعات الرش الكهربائي، ما يمنح CubeSats مرونة أكبر في ملفات المهمات.

ASCENT: الدافع الذي يوحّد نظامين

يكمن جوهر هذا الإنجاز في نوع محدد من الدافع السائل الأيوني يُعرف باسم ASCENT (Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic propellant). وقد طوّرته القوات الجوية الأمريكية أصلًا بوصفه بديلًا أقل سمّية للهيدرازين في الدافعات الكيميائية، وASCENT هو في الأساس ملح يبقى سائلًا في الفضاء.

كيف يعمل ASCENT عبر نمطي الدفع كليهما

1

البدء بسائل أيوني واحد

يعمل ASCENT بوصفه دافعًا واحدًا مخزّنًا، بدلًا من الحاجة إلى أنواع وقود منفصلة لدافعات مختلفة.

2

استخدامه في الدفع الكيميائي

طُوِّر هذا الدافع في الأصل بوصفه بديلًا أكثر أمانًا للهيدرازين في الدافعات الكيميائية.

3

استخلاص الأيونات لتوليد دفع الرش الكهربائي

كما أن خصائصه الأيونية تتيح لدافعات الرش الكهربائي تسريع الجسيمات المشحونة وتوليد قوة دفع دقيقة وفعّالة.

4

التحقق من الأداء في الاختبارات

أظهرت تجارب MIT أن ASCENT يمكنه تشغيل دافعات رش كهربائي بحجم قطعة نقدية صغيرة بكفاءة مماثلة لتلك الخاصة بالدوافع التقليدية المخصّصة.

التطبيقات المستقبلية والإثبات في المدار

إن تداعيات نظام الدفع ثنائي النمط هذا كبيرة. فهو يفتح الباب أمام مهمات علمية أكثر تنوعًا وأقل كلفة باستخدام منصات أصغر. ويمكن لأقمار CubeSats المزوّدة بهذه التقنية أن تسافر إلى وجهات بعيدة، ثم تستخدم قدرتها العالية على الدفع لإجراء تعديلات سريعة أو الدخول في مدار حول أجرام سماوية.

إعداد مهمة Green Propulsion Dual Mode المخطَّط لها

المكوّن	الدور	سبب الأهمية
الدافع الكيميائي	يوفّر مناورات عالية الدفع	يتيح تعديلات سريعة وتغييرات مدارية كبيرة
أربع دافعات رش كهربائي	توفّر دفعًا فعّالًا ودقيقًا	تدعم السفر الطويل الأمد والمناورة الدقيقة
خزان ASCENT واحد	يغذّي نظامَي الدفع كليهما	يقلّل الكتلة والحجم للمركبات الفضائية الصغيرة
إثبات في المدار	يؤكّد صلاحية مفهوم الدافع المشترك في الفضاء	قد يجعل مهمات CubeSats في الفضاء العميق أكثر عملية وأقل تكلفة

وتنتقل هذه التقنية الآن من المختبر إلى الفضاء. وبالتعاون مع NASA، يستعد فريق MIT لمهمة Green Propulsion Dual Mode. وسيُجهَّز أحد أقمار CubeSat بدافع كيميائي، وأربع دافعات رش كهربائي، وخزان ASCENT واحد مشترك. وستشكّل هذه المهمة أول تحقق في المدار لنظام دافع مشترك، ما يمثّل خطوة حاسمة نحو جعل الفضاء العميق أكثر إتاحةً للمركبات الفضائية الصغيرة والفعّالة من حيث التكلفة.