وقد أدى استكشاف الكواكب إلى إطالة أمد حدود الهندسة والعلوم، مما يتطلب تكنولوجيات الدفع الأكثر كفاءة وابتكارية، ومن بين أكثر المرشحين إثارة للاهتمام في مجال السفر الجوي السريع جدا داخل نظامنا الشمسي هو محرك الهرم، وعلى عكس الصواريخ التقليدية التي تحمل الوقود والأوكسيدر، فإن الأهرامات هي محركات للطيران تضغط على الهواء باستخدام الجيل الآجل.

أساسيات مشروع رامجيت

أما الهرم فهو عبارة عن بديل لمحرك الطائرات الذي يعمل على أساس مبدأ الإكراه ، حيث لا يولد أي خلل في تركيبة العجلات العالية، ويزيد من سرعة تشغيلها، ويزيد من سرعة تشغيلها، ويزيد من حدة التدفق الحرفي، دون الحاجة إلى مشغلات ميكانيكية أو تمزقات.

الاحتياجات التشغيلية والنظر في الغلاف الجوي

ونظراً لأن الأوكسجين الجوي في الغلاف الجوي يتوقف على الحرق، فإن هذه المركبات لا يمكن أن تعمل إلا في بيئات ذات ضغط جزئي كاف من الأكسجين أو الغاز الأكسجين المكسد الآخر، وهذا يقيد فوراً استخدامه في الكواكب أو القمر مع وجود كميات من ثاني أكسيد الكربون مجاناً، مثل الأرض، أو في شكل أكسدة بديلة مثل ثاني أكسيد الكربون - رغم أن ضغط ثاني أكسيد الكربون أقل بكثير من الارتفاع.

التحليل المقارن: Ramjets vs Other Propulsion Systems

Ramjets vs. Rocket Engines

ومحركات الصواريخ تحمل الوقود والأكسيد معا، مما يسمح بالعملية في الفراغ، ولكن فرض عقوبة جماهيرية شديدة، وفي جو من الجو، يمكن أن تحقق الأهرامات حافزا محددا أعلى لأنها تستخدم الهواء المحيط كجهاز للتنقيب عن الأوكسيدي، حيث أن قيم الصواريخ غير القابلة للتحرك تتراوح بين 200 و 500 2 ثانية بأعداد عالية من الماشية، مقارنة بـ 300 إلى 450 ثانية للصواريخ الكيميائية.

Ramjets vs. Turbojets and Turbofans

كما أن التربوت والتوربوفان هي أيضاً تهوية، ولكن استخدام المضغطين والمصابين بالدوار، وهي تعمل بكفاءة من تحت الصوت حتى حوالي ماتش 3.

Ramjets vs. Electric Propulsion

إن نظم الدفع الكهربائي )محركات الدفع بالطائرة، ومحركات القاذفات الهالوية( توفر درجة عالية جدا من المقياس )٥٠٠-٥ ثانية( ولكنها ذات دفع منخفض جدا، وهي مثالية لعمليات نقل بطيئة وفعالة بين الكواكب، ولكنها لا يمكن أن تعمل في جو من الجو، وقد توفر شركة راميتس مكانا للرحلات السياحية ذات السرعة العالية، وهي رحلة جوية عالية السرعة لا توفر الصواريخ الكيميائية أو الدفع الكهربائي بكفاءة.

بيئة كوكبية مناسبة لعمليات رامجيت

المكان: رئيس المرشح

ويمتلك الموقع الغلاف الجوي الكثيف لأي كوكب صخري، مع ضغط سطحي يبلغ 90 مرة، ودرجات حرارة تتجاوز 450 درجة مئوية. وفي حين أن ارتفاع درجة الحرارة والارتفاع قد يشكلان تحديات هندسية شديدة، فإن الكثافة المرتفعة تعني أن حتى الهرم الصغير يمكن أن يولد زخما كبيرا.

Titan: Thick Nitrogen and Methane

أما " تيتان " فيتحول إلى جو سميك (1.45 بار على السطح) يتألف أساسا من النيتروجين (95%) والميثان (5%) ويمكن للميثان أن يعمل على الوقود، وعندما يقترن بالأكسجين، فإنه لا يمكن أن يكون هناك أي تضخم في الهواء، وبالتالي فإن وجود الأوكسجين على التيتان يتطلب حمل أكسدة خاصة بها، أو استخدام وقود يبطل مفعوله.

الأرض: الاختبار والإثبات

وقد حدثت جميع التطورات العملية على الأرض، من أوائل الألمانية " القنابل الحلقية " إلى القذائف الحديثة ذات الصوت العالي مثل براه موس، كما أن مركبات اختبار Scramjet، مثل X-43A التابعة للناسا، وطائرة DF-ZF الصينية الأخيرة قد تأكدت من الطيران فوق الصوتي الجوي، وهذه البرامج الأرضية توفر أساسا لتكييف الترامات في مختلف البعثات الكواكبية، مع إدخال تعديلات عليها.

مفاهيم البعثة والمكونات الهندسية المقترحة

Venus Atmospheric Probe with Ramjet Glide

ويشمل أحد المفاهيم مركبة دخول صغيرة تبدأ بضغط صاروخي لتحقيق ماتش ٣ بعد دخول الغلاف الجوي، ثم تنتقل إلى التحليق بواسطة الهرم، وتقفز عبر الغلاف الجوي العلوي في البندقية لآلاف الكيلومترات، وتجمع العينات الجوية وبيانات الاستشعار عن بعد، ومن شأن هذا الهرم أن يوفر التوجيه المستمر اللازم لدراسة المساحة الخاضعة للرقابة ومدة البعثة الممتدة، مقارنة بمقياس الشبهات.

طائرة تيتان لونغ - رانغ

ويمكن لطائرة من طراز تيتان مجهزة بالهراميت أن تحمل أدوات علمية عبر القمر بأكمله في غضون أيام بدلا من السنوات اللازمة لجولة أرضية، وستطلق المركبة من مهبط أو بالون، وتتسارع إلى سرعة الهرم باستخدام معزز للصواريخ الصلبة، ثم تبحر في ماتش ٢-٣، باستخدام الميثان من الغلاف الجوي )بعد انفصال السفينة( ومستودع الأكسجين.

دوال موديل للزواج؟

ولا يُعد مناخ المريخ سوى ١ في المائة كثيف كغلاف الأرض على السطح، مما يجعل الدفع بالهواء صعبا للغاية، غير أنه على ارتفاعات منخفضة جدا )دون ١٠ كيلومترات( وعلى سرعة عالية )ماتش ٥+(، فإن كمية كبيرة من المتناول قد تجمع ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون لدعم الحرق في طريقة الخراط. ][

Gas Giant Atmospheric Probes

إن الكواكب العملاقة المشترية، وزحل، وأورانوس، ونيبتون لها أجواء عميقة غنية بالهيدروجين، وهي وقود ممتاز عندما تحرق بالأكسجين، ولكن الأوكسيدي المهيمن في هذه الجو غائب - وهي الهيدروجين وليس الأوكسيدي، ويمكن نظريا أن يحرق السباكين مع الأكسجين المحمل، ولكن بعد ذلك يخسر ميزة تخزين الهواء الأكسدة.

التحديات التكنولوجية والبحوث الجارية

الإدارة الحرارية

وفي سرعة الارتفاع المفرط، يولد التدفئة الهوائي درجة حرارة سطحية تتجاوز 000 2 درجة مئوية، مما يتطلب نظماً متقدمة للحماية الحرارية، وبالنسبة للفينوس، فإن درجة الحرارة العالية بالفعل هي التي تُعمم المشكلة، والمواد المركبة الحالية من مصادر القدرة على إحداث الاحترار، مثل مركبات الكربون والغطاء التراكمي، تعمل لمدة دقائق، ولكنها تتطلب تجديداً أطول في مجال الطاقة الكهربائية.

الوقود والوقود

وبالنسبة للغلاف الجوي غير المحدود، فإن حمل الأوكسيدي يخفض الفائدة الجماعية للتنفس الجوي، فالبحث يستكشف في الموقع استخدام الموارد (ISRU) في حالة وجود أكسيدات للأوكسجين من بيئات الكواكب، وفي فينوس، يمكن للمرء أن يستخرج الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي العلوي، ويستخدمه في وقت لاحق.

التكدس في الغلاف الجوي الغريب

ويتصرف التراكم في مزيج ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين - الميثان بطريقة مختلفة عن الهواء الإثراء بالأكسجين في الأرض، ودرجة الحرارة المشتعلة أقل، وبطء التفاعلات، والاختبارات الأرضية المكثفة والمحاكاة مطلوبة لتصميم الحقن والمحرقات التي تحافظ على الاحتراق الثابت عبر نطاق الأنفاق المتوقّع لخطوط العرض الماكنة.

المساعدة والتخليص من السرعة المنخفضة

ونظرا لأن التهاب لا يمكن أن ينتج دفعا ثابتا، يجب أن تتضمن أي بعثة تعزيزا للتعجيل بالسيارة إلى السرعة التشغيلية، ويمكن أن يكون هذا صاروخا صلبا أو مهجنا، أو مروحة كهربائية محمولة في فترات لاحقة، ويجب أن يُقي َّد التعقيد والكتلة الإضافيان على المكاسب الناتجة عن زيادة الكفاءة في الترامجيت، وتهدف مفاهيم مثل " الصخرة الهرمية " )وهوب الذي ينتقل إلى الهرم( إلى استخدام نفس الموصلات.

النظم الهجينة والنهج التآزرية

وبدلاً من استخدام محرك محمول، يقوم مهندسون بتصميم محركات مركبية تعمل عبر نطاق واسع من السرعة، ويمكن أن تتضمن هذه المركبات [الصواريخ ذات الدفع العالي] [الصواريخ ذات التردد العالي]، ونموذجاً متطوراً، وهاذا هو: " الصواريخ " (LFjet) الذي يُستخدم في نهاية المطاف في شكل صواريخ ذات سرعة عالية.

التوقعات والاستنتاجات المستقبلية

ولا يزال تطبيق تكنولوجيا الهرم على استكشاف الكواكب في المرحلة المفاهيمية، ولكن الإمكانات هائلة، فمع نضج علوم المواد وديناميات الاحتراق وتكنولوجيات الاتحاد الدولي للإنشاء والتعمير، يمكن أن تتيح هذه التراميات فئة جديدة من البعثات: المسح الجوي السريع البعيد المدى الذي يغطي كامل أسطح الكواكب في جزء من الوقت الذي تتطلبه القاذورات أو البالونات.

وقد يرى العقد القادم بعثات مصممة للعرض التكنولوجي في طبقة الأرض الستراتوسفيرية التي تختبر عملية الهرم/السخرية في ظروف محاكاة فينوس أو التيتان، ومن المرجح أن تعجل الشراكات بين الوكالات الفضائية وبرامج حركات الدفاع، التطور، أما الآن، فإن الترامات تظل أداة مُحكمة، ولكن عندما ندفع قدما نحو النظام الشمسي، فإن سحابها وفاعليتها لا غنى عنها.