الاتجاهات الناشئة في عمليات الدفع الكهربائي لبعثات إزالة الحطام الفضائي

التحدي المتنامي للدببة المدارية

ومنذ فجر عصر الفضاء، تراكمت آلاف السواتل، وأجسام الصواريخ، والجزأ في مدار الأرض، ووفقا لما ذكرته وكالة الفضاء الأوروبية، يجري حاليا تعقب أكثر من 500 36 جسم يزيد عن 10 سنتيمتر، كما أن الملايين من القطع الصغيرة تشكل مخاطر اصطدام بالمركبات الفضائية العاملة، وترك هذا الحطام دون أن يُفحص، يمكن أن يؤدي إلى سلسلة من الاصطدامات المعروفة باسم " غلاف قمر كاسيلير " ، مما يجعل الوصول إلى إزالة الطاقة الكهربائية في المدارات أمرا غير قابل للتحكم فيه.

مزايا الإنتاج الكهربائي لإلغاء الحطام

وتوفر نظم الدفع الكهربائي عدة مزايا أساسية على المحركات الكيميائية التقليدية لبعثات إزالة الحطام، والأهم من ذلك هو الدافع المحدد ] - وعادة ما تحقق المدافع الكهربائية قيماً من المبيدات تتراوح بين 500 و 000 3 × 1 × أو أكثر، مقارنة بـ 200-450 راكب للمحركات الكيميائية، مما يسمح لمركبات إزالة الحطام بأن تحمل أقل نفعاً للتغير الكلي في السرعة، مما هو عليه،

وثمة فائدة رئيسية أخرى هي التحكم في الدفعات قبل المحاكمة . ويمكن للقوى الكهربائية أن تصطدم بطائفة واسعة وأن تعمل بدوافع قصيرة، مما يتيح للمناورات الدقيقة اللازمة لإعادة إحياء الحطام وتثبيته، كما أن عمرها التشغيلي الطويل - عشرات الآلاف من الساعات - تتيح أيضا لإحدى المركبات الفضائية أن تقوم بحرق متعدد الأنهار بدلا من أن تحترق على مدى أشهر.

الآثار التجارية والآثار على مستوى المنظومة

وفي حين أن الدفع الكهربائي يغلي كفاءة عالية، فإن اتجاهه المنخفض (الذي يمتد عادة إلى نطاق الطاحونة) يعني أن المناورات تستغرق وقتا أطول من الدافع الكيميائي، وهذا يتطلب تخطيطا دقيقا للبعثات، ولا سيما بالنسبة لللقاءات التي تصيب الحطام والتي تراعي الوقت، غير أن الكتلة المتحركة المخفضة يمكن أن تقلل من تكاليف الإطلاق أو تسمح بحافلة أصغر حجما، كما أن الدفع الكهربائي يتطلب أيضا تكييفا قويا للطاقة ونظما لإدارة السلف.

أنواع تكنولوجيات التبريد الكهربائي من أجل التنمية الزراعية

القاعة: ثارث

وتولد مدافع التأثيرات في القاعة دفعة عن طريق جذب الإلكترونات في حقل مغناطيسي وتسريع الآيون عبر إمكانات كهربائية، وهي توفر توازنا جيدا بين كثافة القوى وكفاءة الدفع، وتنتج عادة ما يتراوح بين 10 و 500 ميغاواط مع تركيز يتراوح بين 500 1 و 500 2 متر.

Ion Thrusters

ويعجل المدافعون باليون باستخدام الشبكات الكهروستاتية، ويحققون أعلى دفعة محددة لأي نوع من أنواع الدفع الكهربائي الناضج - يتجاوز في كثير من الأحيان 000 3 شخص. وفي حين أن الدفع يقل عن محركات الهالونات في مستويات مماثلة من الطاقة (مثلاً 20 إلى 100 ميل نانوغرام)، فإن المدخرات الجماعية يمكن أن تكون كبيرة، كما أن التدفقات الطويلة التي تلتقطها شركة Xenon Thruster (NEXT) و 000 50 محركة الأوروبية (T6).

Electrospray Thrusters

وتستخدم أجهزة الدفع بالكهرباء أو باليون صفائف من المرارة لاستخراج قطرات أو أكوام محملة من سائل أو مدفع معدني متحرك، ويمكن بناءها في وحدات مدمجة قابلة للتكدس (العملية المصغرة) لسواتل إزالة الحطام الصغيرة أو لمراقبة الموقف أثناء عمليات التقاطها، وقدرتها على توجيه القاذورات على مستويات الرش دون المتوسط، مما يتيح تحقيق الدقة في الجسمين الفرعيين.

الاتجاهات الناشئة في مجال الانطلاق الكهربائي من أجل إزالة الحطام

نظم الإشهار الهجينة

ولا توجد تكنولوجيا وحيدة للدفع تفي بجميع مراحل بعثة إزالة الحطام، إذ تكتسب البنايات الهجينة التي تجمع بين الدافعين الكهربائي والكيميائي زخما: إذ يوفر عامل الدفع الكيميائي الدافع العالي اللازم لتربية المدار والتغييرات السريعة في الطائرات، بينما يتولى مدافع الكهرباء النقل المطوّل والمتطوّع بكفاءة، والتقاء، وحرق المدارات، على سبيل المثال، تستخدم بعثة الدفع المتجهة إلى الفضاء الأوروبية (أساسية) نظاماً ثنائياً.

مصادر الطاقة المتقدمة والكهرباء الشمسية

ولا يمكن أن يكون الدفع الكهربائي قادراً إلا على الإمداد بالطاقة، وتشمل الاتجاهات الناشئة صفائف شمسية ذات وزن فوق سطح الضوء (مثل البطانيات المرنة المتدفقة) التي توفر 10-30 كيلوواط في المركبة الفضائية، مما يتيح لمحركات الدفع العالي الصاعقة أو الدفعات المتعددة الأيوني أن تعمل في وقت واحد، كما أن الجيل القادم من خلايا الطاقة الشمسية ذات الكفاءة تزيد على 35 في المائة (خلايا الدفع المتعدد الأطراف الثالثة) تزيد عن تحسيناً

Autonomous Navigation and AI —Driven Maneuver Planning

ويتطلب نقل الحطام الفضائي إعادة فرزه مع أشياء كثيرا ما تهب بشكل غير متوقع وتفتقر إلى أجهزة تعاونية، أما مدة الحرق الكهربائي الطويلة التي تستغرقها فترة الحرق فيكون غير عملية إذا كان كل حرق ينبغي أن يُحسب مسبقا من الأرض، بل إن البعثات الحديثة تُدمج [[تقديرات الأشعة المتطورة]]]]، ونظم التلقيح الخافضة للصدمات، ونظم الصواريخ [المحطة الثالثة عشرة]

Plume — Debris Interaction Mitigation

ومن الشواغل المستمرة في مجال الدفع الكهربائي في العمليات القريبة أن الأيونيات العالية السرعة من المدافع يمكن أن تؤثر على الحطام المستهدف، أو أن تغير موقفه أو تبعده، وأن البحوث التي تجري في إطار مبادرة " ارتفاع مستوى الطاقة " ، أو أن تكون تحت سطحية، أو أن تبدل، أو أن تتحول إلى تسارع في اتجاه التحول إلى تضخم مكثف، أو تؤدي إلى تضخم في الوصلات السطحية إلى تضخم منخفض.

تجديد الوقود في المدارات وتمديد الحياة

وقد تؤدي القدرة على إعادة تزويد ناقلات الكهرباء بغطاء فضائي للدفع الكهربائي إلى خفض كبير في التكلفة لكل جسم مزيل، والفكرة هي إطلاق منصة واحدة لتقديم الخدمات تجمع الحطام، وتزودها ناقلة بالوقود، وتستمر العمليات، وتسمح عمليات نقل الأسطول المائي للوقود (المعدد المائي سابقا) وتركيب مركبات التموين الفضائي (MEP) باتخاذ خطوات مبكرة لإعادة الإمداد بالوقود في المدار.

المستقبل المستقبل: التوقعات المتعلقة باستئصال الحطام

سائقو السياسات التنظيمية

ومن شأن المبادئ التوجيهية الدولية، مثل المبادئ التوجيهية لتخفيف الحطام الفضائي التي وضعتها الأمم المتحدة، أن توصي بالتخلص من السواتل في غضون 25 عاما من نهاية الحياة، غير أن الامتثال يظل طوعيا، وأن تراكم الحطام المتروك مستمر، وأن تُحدث أنظمة وطنية جديدة - مثلا قاعدة السنوات الخمس التي تعتمدها لجنة الاتصالات الاتحادية في إزالة الحطام - تُنشئ سوقا لخدمات الإزالة النشطة، وقد التزمت وكالات مثل وكالة الفضاء الأوروبية بتكييف الضغط على المدار الثابت بالنسبة للأرض)١(.

Scaling through Distributed Architectures

وبدلا من إرسال مركبة فضائية كبيرة لإزالة العديد من الأجسام الكبيرة، يتمثل اتجاه ملحا في استخدام [(FLT:0]) سواتل صغيرة موزعة ) ويمكن أن تؤدي عمليات التلفزة الساتلية الصغيرة المجهزة بموجات متحركة متداخلة من الكهروسفير إلى إحداث أهداف متعددة متوسطة الحجم.() ويمكن أن تُستخدم أجهزة الوصل البرمجية الحسنة (الحواجز الميكانيكية لأجهزة المستخدمة في مجال التحكم في المداري)

أوجه التآزر مع التصنيع الداخلي والجمعية

ولا يقتصر الدفع الكهربائي الطويل الأجل على إزالة الحطام فحسب، بل يتيح أيضاً التجمع المداري للهياكل الأكبر حجماً، ونظراً لأن الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام تقل تكاليف الإطلاق، فإن القدرة على نقل لبنات البناء إلى مكان ذي كفاءة في الدفع الكهربائي بالطاقة الشمسية تصبح جذابة، وقد تُعاد فيما بعد استخدام نفس تكنولوجيا الدفع التي تُستخدم فيها الأحجار والحطام من الحطام لبناء قنوات كبيرة أو إعادة تزويد أجهزة الدفع بالوقود.

وباختصار، ينتقل الدفع الكهربائي من تكنولوجيا النشء إلى حجر الزاوية في إزالة الحطام النشط، ومع استمرار التقدم في الدفعات في القاعات والأيون والكهرباء؛ والشبكة العالمية لسواتل الملاحة المتمتعة بالحكم الذاتي؛ ونظم الطاقة، من المرجح أن يشهد العقد القادم الموجة الأولى من البعثات التشغيلية التي تزيل الحطام الخطر بصورة نشطة، ولن تحمي هذه النظم الموجودات الفضائية القائمة فحسب، بل ستضع أيضا مرحلة بيئة مدارية مستدامة - واحدة توفر فيها كفاءة الدفع الكهربائي للأجيال المقبلة الدقة والسلامة.

External Links:

] ESA - حول الحطام الفضائي
NASA - OSAM-1