فجر تكنولوجيا الصواريخ القابلة للإستعمال قد أعاد تشكيل المشهد الفضائي، وما كان بمجرد أن يكلف كل مهمة مئات الملايين من الناس وتركوا الحطام مبعثراً عبر أرض المحيط،

ما هو تكنولوجيا الروك القابلة لإعادة الاستخدام؟

وتشير تكنولوجيا الصواريخ القابلة للتداول إلى ممارسات التصميم والهندسة والتشغيل التي تسمح باسترجاع أو تجديد أو تجديد أو تتدفق مرة أخرى، وعلى النقيض من الصواريخ التقليدية المستهلكة التي تُفرَد بعد استخدام واحد، تُبنى نظم قابلة لإعادة الاستخدام لتتحمل الضغوط القصوى المتمثلة في إطلاق وإعادة دخول وهبوط المركبات، مما ينطوي على نظم حماية مسببة للصدمات الحرارية قادرة على التحكم في النفايات.

وهذا المفهوم ليس جديدا، إذ استعيدت أجهزة الدفع بالصواريخ الصلبة في مكوك الفضاء وأعيدت تجديدها، وأعيد استخدام جهازها المداري، وإن كان بالصيانة المكثفة والمكلفة، غير أن الصواريخ الحديثة القابلة لإعادة الاستخدام تهدف إلى تصفية تشغيلية بواسطة الحد الأدنى من التجديد، والاختراق الرئيسي هو الهبوط الدافع، حيث يستخدم المحركات المعززة محركاته الخاصة لتهدئة مواقع العودة الرأسية.

وهناك عدة عناصر تقنية حاسمة في إعادة الاستخدام الحديثة:

  • Throttleable motors:] Engines like SpaceX’s Merlin 1D can throttle deeply to control descent speed without shutting down.
  • Grid fins:] Deployable aerodynamic surfaces provide steerable control during atmospheric re-entry.
  • ساقان مائلتان: ] Deployable shock-absorbing legs allow the booster to land on a prepared surface or a floating platform.
  • Autonomous flight computer:] Real-time guidance algorithms adjust the trajectory to account for winds and drift, ensuring a binpoint landing.

فهم هذه المبادئ الأساسية أمر أساسي لتقدير سبب كون إعادة الاستخدام مثل هذه القوة المعطلة - وهي تحول الصاروخ من تجارة مستهلكة إلى صناعة كثيفة الاستخدام ولكن عالية الاستخدام، مثل الطيران.

The Current State of Reusable Rockets

اليوم، المثال الرئيسي لتكنولوجيا الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام هو شركة " فالكون " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " ، حيث إن " الفالك 9 " قد أكملت مئات البعثات، حيث تطير كثيراً عشرة أو أكثر من الزمن، مما أدى إلى سدّ التكلفة لكل كيلوغرامات " إلى " إلى " إلى " متروك " إلى " .

كما أثبتت مركبة الشيربارد دون المدارية الجديدة التابعة للأرجوان أنها قابلة للانتعاش، حيث أكملت رحلات متعددة بنفس المعزّز والكبسولة، وبينما لم تصمم للبعثات المدارية، فإن الهبوط الدافع الجديد المثبت من شيبرد لنظم الإقلاع الرأسي/الهبوط الافتراضي مهد الطريق أمام صاروخ غلين الجديد الذي تستخدمه الشركة في المدار، والذي يميز مرحلة أولى قابلة لإعادة استخدامها.

وهناك جهات فاعلة أخرى تخطو خطوات: فالصاروخ الصخري يطور الصاروخ النيوتروني القابل لإعادة الاستخدام جزئيا مع مرحلة أولى قابلة لإعادة الاستخدام، وتصميم فريد من نوعه " الهيبو الغارقة " لاستخلاص المرحلة الثانية، وتبحث وكالة الفضاء الأوروبية مفاهيم قابلة لإعادة استخدامها مثل " ثيس " ، وهو نموذج أولي لمرحلة أولى قابلة لإعادة استخدامها مستقبلا، كما أن الوكالات الفضائية الصينية والشركات الخاصة، مثل شركة لادسباس، قد أجرت ثورة.

ورغم هذه النجاحات، فإن قابلية إعادة الاستخدام ليست عالمية، إذ لا يزال العديد من مقدمي الإطلاق يعملون بالصواريخ المستهلكة، بل إن المعززات القابلة لإعادة الاستخدام تتطلب عمليات تفتيش كبيرة بعد الطيران وتجديد من حين لآخر لمكونات مثل المحركات والصمامات والحماية الحرارية، غير أن الاتجاه واضح: فقد انتقلت إعادة الإمداد من التجارب إلى المتوقعة.

التطورات المستقبلية في مجال تكنولوجيا الصخور القابلة للاستعمال

أما الحدود التالية للصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام فتشمل مركبات أكبر، وسرعة الارتداد، وعمق الاستقلال التشغيلي، أما شركة " الفضاء " (Starship) فهي أكثر الأمثلة طموحاً، إذ تُصمم كسيارة ذات مرحلتين إلى المدار الثابت، وتهدف السفينة " ستارا " إلى رفع أكثر من 100 طن إلى المدار المنخفض، وإلى أن تهبط على مدار ثابت " .

إن الصاروخ الأوردي الأزرق New Glenn ] هو صاروخ آخر قابل لإعادة الاستخدام الثقيل يُنتظر أن يُفجر في الأجل القريب، وهو يُعد مرحلة أولى تُستخدم بسبعة محركات من طراز B-4، ويُصمم للهبوط على متن سفينة بدون طيار ويعاد استخدامها حتى 25 مرة، ويُقصد من Glen New for commercial satellite launches, national security payloads, and lunar

(أ) مركبة ذات عجلات متوسطة ذات تصميم مبتكر: مرحلة أولى قابلة لإعادة الاستخدام تهبط على منصة أرضية، مع هيكل مركب يستخدم معرضاً لحماية المرحلة الثانية والتحميل، وتهدف الشركة إلى تحقيق سرعة إعادة الاستخدام في غضون 24 ساعة من إعادة التجديد.

وبالإضافة إلى هذه البرامج الرئيسية، يقوم الباحثون بالتحقيق في المواد المتقدمة مثل المصفوفة الخزفية التي تستخدم للوزن الخفيف والدروع الحرارية الدائمة؛ والدفع الكهربائي الموزع من أجل مراقبة الهبوط بدقة؛ ونظم الاستخبارات الاصطناعية من أجل التخطيط الأمثل للمسارات ورصد صحة المحركات، والهدف هو تحقيق العمليات المماثلة للطائرات : الإطلاق، والأرض، والوقود، وإعادة التشغيل في غضون أيام.

وثمة تطور رئيسي آخر هو [(FLT:0)] في مجال الوقود في الفضاء [(FLT:1]) وبالنسبة للبعثات التي تتجاوز المدار الأرضي المنخفض، مثل رحلات القمر أو المريخ، يجب أن تكون الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام قادرة على نقل الوقود في المدار، ويختبر الفضاء (S SpaceX) بالفعل نقل الوقود في السفينة " ستارسيب " ، وتمول برامج ناسا مظاهرات لإدارة السوائل البكية.

الأثر على البعثات الفضائية

ويجري الشعور بالآثار المتطورة لتكنولوجيا الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام عبر كل مجال من مجالات النشاط الفضائي:

خفض التكاليف وتوسيع الأسواق

وقد أدت تكاليف الإطلاق المنخفضة بالفعل إلى نمو في صناعة السواتل، وقد انخفض سعر إطلاق ساتل صغير من عشرات الملايين إلى بضعة ملايين دولار، مما أتاح بدء التشغيل والجامعات وحتى المدارس الثانوية للوصول إلى الفضاء، ويعرض مقدمو الإطلاق الآن على خطوط متن مخصصة حيث تتقاسم عشرات الحمولات الصغيرة إطلاقا واحدا بسعر ٠٠٠ ٥ دولار للكيلوغرام أو أقل، وهذا التحول الاقتصادي يغذي الطلب على رصد الأرض والاتصالات )مثلا(.

زيادة تواتر الإطلاق وتعقيد البعثة

ويمكن من إعادة الاستخدام أن يتحول بسرعة بين عمليات الإطلاق، مما يجعل من الممكن نشر مجموعة كبيرة من السواتل (مثل آلاف السواتل في ستارلينك) في غضون سنوات قليلة، ويمكن لمقدمي الإطلاق أن يحتفظوا بأسطول صغير من المعززين في التناوب، مما يتيح لهم إطلاقها كل بضعة أيام، كما يدعم هذا الدار بعثات الفضاء العميق التي تتطلب عمليات إطلاق متعددة للتجمع وإعادة الوقود، مثل عمليات السحب المقررة لأجهزة إطلاق الصواريخ من طراز Gateway.

الاستدامة والتأثير البيئي

ومن خلال إعادة استخدام المعدات، يتم تخفيض كمية المواد المنفقة لكل عملية الإطلاق تخفيضاً جذرياً، إذ يستهلك الصاروخ التقليدي المستهلك محركاً أو هيكلاً أو دباباتاً جديدة في كل مرة؛ ولا يحتاج الصاروخ القابل للعادة إلا إلى إعادة ملء أجزاء التعبئة والاستبدال الطفيفة، مما يقلل من النفايات الصناعية، ويقلل انبعاثات الكربون لكل عملية إطلاق (حيث أن تواتر الطاقة المحتوي على صواريخ جديدة قد يستهلك على مراحل متطاولة من العديد من الرحلات الجوية).

الفرص التجارية والعلمية الجديدة

ويمكن أن تؤدي تكاليف أقل وتواترا أعلى إلى إيفاد بعثات كانت باهظة التكلفة في السابق: خدمات آلية للسواتل، وصنع المستحضرات الصيدلانية أو الألياف، والسياحة الفضائية (تجريد واقع مع نظام " الثورين الأزرق " و " نظام فرجيني " )، ومحطات فضائية خاصة مثل " أكسيم " أو " أو " أوروبيتال " .

الأثر على استكشاف الإنسان في أعماق الفضاء

وربما كان الأثر الأعمق هو التمكين من الوجود البشري الدائم خارج الأرض، إذ أن الصواريخ القابلة للتداول تقلل بشدة من تكلفة بناء قاعدة للمريخ أو موقع خارجي للتهوين عن طريق السماح بمرورات متعددة دون التخلص من المعدات الباهظة التكلفة، ويمكن أن تؤدي رؤية الفضاء الخارجي لإعادة الوقود في مدار الأرض، ثم في مستودع لللوان، في نهاية المطاف، إلى القيام برحلات ذهاباً وإياباً إلى القمر، ثم إلى مارسي.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من التقدم السريع، لا تزال تكنولوجيا الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام تواجه عقبات تقنية واقتصادية وتنظيمية كبيرة.

السلامة والقابلية للاعتماد

وكل هبوط يضيف ضغوطا يمكن أن تحط من مكونات المحركات والصمامات والمفاصل الهيكلية، وفي حين حقق الفالكون 9 معدل نجاح ملحوظ في الهبوط (أي ما يزيد على 90 في المائة في السنوات الأخيرة)، فإن الفشل يمكن أن يدمر المعزز ويحتمل أن يمس موقع الإطلاق، ويجب فحص الصواريخ القابلة للاستعمال بدقة بعد كل رحلة، واستبدلت أجزاء حرجة على فترات محددة بحياة الدهون.

تكاليف التجديد والوقت المحدد

ويتوقف الوعد الاقتصادي بالقابلية للانتعاش على إبقاء تكاليف التجديد منخفضة، كما أن رحلات الطيران في أوائل فالكون 9 تتطلب عدة أشهر وأعمالاً هامة (التجاوزات المحركة، وإصلاحات الحوادث، وما إلى ذلك) ونظراً لأن التجربة قد زادت، فإن الانتقال إلى الفضاء الخارجي ينبغي أن يكون أقل من 30 يوماً لبعض المزادات، ولكن يجب تصميم عوامل إعادة الاستخدام السريع حقاً أو ساعات العمل من أجل الحد الأدنى من الصيانة بين الرحلات، وهذا يتطلب وجود مواد مبسطة.

الطلب على الأسواق والقابلية للتأثر الاقتصادي

ولا يدفع العائد إلا إذا كان معدل الإطلاق مرتفعاً بما يكفي لتسليط الاستثمار الأولي في المعدات، وإذا كان الصاروخ القابل للتداول لا يطير إلا حفنة من الأوقات، فقد يكون أكثر تكلفة للرحلة الواحدة من الصاروخ المستهلك الأبسط، ويجب أن ينمو السوق لاستيعاب القدرة التي توفرها المركبات القابلة لإعادة الاستخدام، وفي الوقت الراهن، فإن سوق الإطلاق الساتلية آخذة في الاتساع، ولكن لا يزال يتعين النظر إليها إذا كان بإمكانها الحفاظ على تكلفة الإطلاق التي يمكن أن تؤدي إلى إعادة استخدامها.

المسائل التنظيمية والبيئية

ومع تزايد تواتر الإطلاق، يجب على المنظمين إدارة عمليات إغلاق المجال الجوي، وتخفيض الضوضاء، والآثار المحتملة في الغلاف الجوي، كما أن إدارة الطيران الاتحادية في الولايات المتحدة والهيئات المماثلة في أماكن أخرى تطور عمليات الترخيص للمركبات القابلة لإعادة استخدامها، بما في ذلك إصدار شهادات صلاحية الطيران للمعززين الذين زهروا مرات عديدة، كما أن هناك شواغل بشأن الآثار المترتبة على الانفجار الصوتي والزائد على المجتمعات المحلية القريبة من مواقع الإطلاق الساحلية.

التحديات التقنية من أجل تحقيق قابلية النقل الكامل

وتزداد المراحل العليا التي يمكن استخدامها بالكامل )مثل السفينة " ستارسي " ( صعوبة في استرداد المزادات، إذ تدخل المراحل العليا المدارية وتعود إلى الظهور في سُرعة أعلى بكثير، مما يتطلب حماية حرارية قوية، كما يجب أن تنجو من دورات إطلاق متعددة، وأن تكون أكثر أخف وأكثر كفاءة، وتزيد من تعقيدات إعادة الإمداد بالوقود في المدار: يجب نقل الوقود المبرد في مجهرات، مع إدارة المبردات المغلية.

خاتمة

إن مستقبل تكنولوجيا الصواريخ القابلة للتجدد مشرق، ومدفوع بالنجاحات التشغيلية الحقيقية، وخط أنابيب من الجيل القادم الطموح، ومن موثوقية الفالك ٩ التي ثبتت بوعود السفينة بالسفر بين الكواكب، فإن كل خطوة إلى الأمام ستخفض تكلفة الوصول إلى الفضاء، وستزيد من مجال النمو المتاح، كما أن الأثر على البعثات الفضائية ملموس بالفعل: إطلاقات ساتلية أرخص، وصناعات مدارية متنامية، وطريقا خطيرا نحو التكيف الدائم.