ناسا وRocket Lab تهدف إلى إثبات القدرة على الذهاب إلى المريخ مقابل 1/10 من السعر

زوج من المركبات الفضائية من صنع Rocket Lab على وشك الشروع في رحلة من خطوتين, الخطوة الأولى هي قطع مسافة 55 ساعة و2500 ميل من كاليفورنيا إلى موقع الإطلاق في كيب كانافيرال,  الخطوة الثانية؟ 11 شهرًا فقط و230 مليون ميل إلى المريخ.

التفاعل بين الرياح الشمسية والغلاف الجوي

الهدف من مهمة Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (ESCAPADE) هو دراسة التفاعل بين الرياح الشمسية والغلاف الجوي للمريخ. قام مختبر علوم الفضاء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي (SSL) بتطوير الحمولات العلمية للمهمة، لكن حافلة الأقمار الصناعية – المنصة الفعلية التي ستسافر عبر الفضاء وتستضيف تلك الحمولات في مدار حول المريخ – كلها هي Rocket Lab. ومن المقرر حاليًا إطلاق المهمة في موعد لا يتجاوز شهر أكتوبر عند الإطلاق الأول لصاروخ New Glenn التابع لشركة Blue Origin، وفقًا لوكالة ناسا.

صاروخ SpaceX’s Falcon 9

في حين أن الشركة مشهورة بصاروخها الإلكتروني، الذي يحتل المرتبة الثانية بعد صاروخ SpaceX’s Falcon 9 من حيث أرقام الإطلاق، فإن غالبية إيراداتها تأتي في الواقع من بناء وبيع المركبات الفضائية ومكوناتها. من خلال ESCAPADE، تتطلع Rocket Lab إلى أن تُظهر لوكالة الفضاء والعالم أنها تستطيع إنتاج مركبة فضائية عالية الأداء للغاية قادرة على السفر عبر النظام الشمسي.

بناء حافلة الأقمار الصناعية

أثبتت الشركة نفسها مرة واحدة عندما قامت ببناء حافلة الأقمار الصناعية لمهمة العمليات التكنولوجية لنظام تحديد المواقع القمري المستقل وتجربة الملاحة (CAPSTONE) التابعة لناسا إلى القمر في عام 2022. واستغرقت تلك المركبة الفضائية ما يقرب من خمسة أشهر في الفضاء السحيق قبل دخول المدار القمري. لكن الوصول إلى المريخ يستغرق وقتًا أطول بكثير، وتاريخيًا، كان أيضًا مكلفًا للغاية. بعثتان حديثتان أرسلتا مركبات مدارية حول الكوكب الأحمر، وهما Mars Reconnaissance Orbiter في عام 2005 وMAVEN في عام 2013، كلفتا وكالة ناسا أكثر من نصف مليار دولار.

برنامج البعثات الصغيرة

لذلك، في عام 2019، أنشأت وكالة الفضاء برنامج البعثات الصغيرة المبتكرة لاستكشاف الكواكب (SIMPLEx) لتمويل بعثات المركبات الفضائية الصغيرة إلى الفضاء السحيق. ومثل برامج ناسا الأخرى التي تم إنشاؤها في السنوات الأخيرة، يعد هذا أيضًا جهدًا من جانب الوكالة لتبني المخاطر. بدلًا من إنفاق 550 مليون دولار على مهمة في الفضاء السحيق، حددت ناسا هدفًا بإنفاق عُشر ذلك المبلغ فقط، ومنحت كل مهمة من رحلات SIMPLEx حدًا أقصى لسعر 55 مليون دولار، باستثناء الإطلاق. ESCAPADE هي واحدة من ثلاث مهمات اختارتها الوكالة ضمن برنامج SIMPLex، وعلى الأرجح، هي الأولى التي سيتم إطلاقها فعليًا.

المحقق الرئيسي للمهمة

ذهبت هذه الأموال إلى المحقق الرئيسي للمهمة، SSL، الذي تعاقد مع Rocket Lab لحافلتي الأقمار الصناعية. لم تذكر Rocket Lab المبلغ الذي حصلوا عليه من مبلغ 55 مليون دولار، لكن مهندس الأنظمة الرئيسي في ESCAPADE، كريستوف ماندي، قال إن الشركة “أرخص بمرتين من أي شيء آخر”.

المركبة الفضائية

تعتمد المركبة الفضائية، التي تحمل اسم Blue and Gold، على منصة Rocket Lab’s Explorer (التي اكتسبت تراثًا في الطيران خلال CAPSTONE)، والمعروفة بقدراتها العالية على delta-v لدعم مهمات من هذا النوع. كان أحد أكبر التحديات التي واجهها مهندسو Rocket Lab هو تصميم مركبة فضائية يمكنها الانتقال من مدار الأرض إلى المريخ؛ لهذا السبب، تحتوي المركبة الفضائية ESCAPADE على حوالي 70٪ من الوقود من حيث الكتلة. سيجعل هذا الوقود المركبة الفضائية قادرة على التحرك بسرعة 3 كيلومترات في الثانية بمعدل دلتا-v، أو التغير في السرعة، وهي سرعة عالية جدًا بالنسبة لقمر صناعي بهذا الحجم.

Rocket Lab

التحدي الكبير الآخر هو أن Rocket Lab لم تعرف مزود الإطلاق إلا في وقت متأخر نسبيًا من عملية التصميم، عندما اختارت ناسا نيو جلين في فبراير 2023. وقد أثر هذا المجهول على ما يسمى “القيود الدافعة” للمركبة الفضائية، أو العوامل. التي تشكل قرارات التصميم للمهندس.

مركبة الإطلاق

قال ماندي: “تقريبًا كل مركبة فضائية رأيتها على الإطلاق كانت لديها مركبة إطلاق كعائق للقيادة، ولكن لأننا لم نكن نعرف ما ستكون عليه مركبة الإطلاق، فقد فعلنا ذلك بشكل مختلف”. “لذلك بذلنا قدرًا هائلاً من الجهد للتأكد من أن مركبة الإطلاق لم تكن قيد القيادة، وهو أمر غير عادي للغاية.”

مدار المريخ

بدلاً من ذلك، انتهى الأمر بمهندسي Rocket Lab إلى وضع جزء كبير من تصميم المركبة الفضائية على متغير آخر: الحد الأقصى لمقدار الكتلة الذي يمكن للمركبة الفضائية تحمله من خلال مناورة حاسمة تسمى الإدخال المداري للمريخ (MOI)، وهي المناورة التي ستؤديها المركبة الفضائية في الفضاء السحيق. لدخول مدار المريخ.

الكتلة الموجودة في النظام

وقال ماندي: “لذا فإن كمية الكتلة الموجودة في النظام تعتمد على الفيزياء، وليس على شيء من صنع الإنسان، مثل مركبة الإطلاق”. ولكن بمجرد اختيار مركبة الإطلاق، “لم نضطر إلى إعادة التصميم، لأن تصميمنا كان مدفوعًا بمتطلبات أخرى”.

خزانات الوقود

وقد ساعدت هذه القيود في دفع المهندسين إلى الابتكار. بدلًا من الصندوق، فإن المركبتين الفضائيتين هما في الأساس عبارة عن “شطائر دبابة”، كما أسماهما ماندي، مع طابقين متصلين بدعامات، مع وجود خزانات الوقود في المنتصف. عادة، يمثل الهيكل الأساسي للقمر الصناعي حوالي 20-22% من كتلته الإجمالية؛ في ESCAPADE، وبفضل تصميم الساندويتش، يبلغ هذا الرقم 12% فقط. وقال ماندي إن هذه التغييرات لها آثار متصاعدة: كتلة أقل في الهيكل الأساسي تعني وقودًا أقل لذلك، مما يعني حجمًا مختلفًا للخزان، وما إلى ذلك. كما صمم المهندسون المركبة الفضائية بحيث تكون جميع المكونات التي تميل إلى السخونة، مثل كمبيوتر الرحلة والراديو، بالقرب من السطح الواحد للمركبة الفضائية، في حين أن جميع المكونات التي تميل إلى البرودة، مثل نظام الدفع، هم بالقرب من الآخر. وتعني هذه التغييرات أن المركبة الفضائية ستحتاج إلى طاقة أقل، وألواح شمسية أصغر، وسخانات أقل، والعديد من التأثيرات الأخرى.

الأرض والمريخ

بعد الإطلاق، ستقضي المركبة الفضائية أحد عشر شهرًا في السفر إلى المريخ قبل إجراء عملية حرق MOI المهمة. لكن الشمس ستكون بين الأرض والمريخ عندما من المتوقع أن تقوم المركبة الفضائية بعملية الحرق، مما يجعل التواصل معهم في الوقت المناسب مستحيلاً. سيتعين على مهندسي Rocket Lab الانتظار لمدة ثلاثة أشهر أخرى أو نحو ذلك قبل إرسال أمر إلى المركبة الفضائية لبدء دوران مدارها. بعد ذلك ستقوم المركبة الفضائية بجمع البيانات العلمية وإرسالها إلى الأرض لمدة أحد عشر شهرًا تقريبًا.

Blue Origin

رفض ماندي تحديد فترة الإطلاق المحددة للمهمة، قائلًا إن الأمر متروك لشركة Blue Origin لتحديدها، لكنه قال إن الآن هو ذروة الكفاءة لسفر المركبة الفضائية، وتمتد هذه النافذة “خلال عدة أشهر بعد الذروة”. ” إذا أخطأت شركة Blue Origin النافذة، فسيتعين على الشركتين ووكالة ناسا الانتظار لمدة 26 شهرًا أخرى حتى تتمكن المركبة الفضائية ESCAPADE من البدء في كشف أسرار المريخ.