تقريبا في كل أسبوع ، تصل مركبة فضائية إلى نهاية عمرها ، وتفقد طاقتها ، وتسقط باتجاه الأرض ، وتحترق في الغلاف الجوي على طول الطريق. لكن في بعض الأحيان لا تتفكك أجزاء من المركبة الفضائية تمامًا وتنجو من الرحلة ، مما يؤدي إلى اصطدام عنيف بسطح الأرض. مع وجود المزيد والمزيد من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض ، ستصبح هذه الحوادث أكثر تكرارًا ، لذلك دعمت ESA Discovery & Preparation في وكالة الفضاء الأوروبية ، مؤخرًا دراسة استكشفت التحكم جزئيًا في إعادة دخول Re-Entry المركبات الفضائية عبر الغلاف الجوي لحمايتنا من الأذى.

 

نظرًا لأن معظم سطح الأرض مغطى بالمياه ، فإن معظم الحطام الفضائي يغرق بشكل غير مرئي في قاع المحيط. ولكن على الرغم من عدم وجود حادثة مسجلة لشخص اصطدم بحطام فضائي ، فإن الزيادة في عدد الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض تتطلب اتخاذ إجراءات فورية. نظرت هذه الدراسة الأخيرة ، التي أجرتها شركة إيرباص Airbus ، في كيفية تصميم المركبات الفضائية خصيصًا لإعادة دخول الغلاف الجوي بأمان ، مما يقلل المخاطر على الأشخاص والممتلكات.

 

يجب أن تكون بعض أجزاء المركبة الفضائية قادرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة للقيام بعملها ، لذلك ليس هناك خيار لجعل القمر الصناعي بأكمله قابلاً للتدمير عند الاصطدام بالغلاف الجوي. تعتمد خيارات إعادة الدخول الآمنة Safe Re-Entry أيضًا بشكل كبير على حجم المركبة الفضائية. لذلك نحن بحاجة إلى التفكير خارج الصندوق حول كيفية إنهاء المهام بأمان.

 

نظرًا لأن المركبات الفضائية الكبيرة تشكل خطرًا أكبر ، فقد تم التحكم بالفعل في نهاية عمرها الافتراضي End of Life ؛ حيث يتم إجبارها علي الدخول بطريقة تسقط فيها أي قطع متبقية من الحطام في منطقة محددة. يوجهنا هذا إلى أن أكبر مكان غير مأهول على هذا الكوكب – منطقة جنوب المحيط الهادئ غير المأهولة South Pacific Ocean Uninhabited Area ، والمعروفة أيضًا باسم “مقبرة المركبات الفضائية Spacecraft Cemetery“. تعمل إعادة الدخول المتحكم بها Controlled Re-entry على تقليص الوقت اللازم لإعادة الدخول ليصل الوقت إلى أيام قليلة فقط ، مقارنة بـمدة مقدارها 25 عامًا لإعادة الدخول بشكل طبيعي Natural Re-Entry أو لإعادة الدخول الغير المتحكم به Uncontrolled Re-Entry .

 

المشكلة هي أن التحكم في إعادة دخول المركبة الفضائية يتطلب الكثير من الوقود وبالتالي فهو مكلف. عملية إخراج المركبة الفضائية الكبيرة من مدارها De-Orbiting وبالتالي حجمها يجعلها عالية الخطورة نسبيًا ، تفسر وجود الوقود الإضافي ، ولكن من المرجح أن تحترق المركبات الفضائية متوسطة الحجم Medium-Sized Spacecraft بالكامل في الغلاف الجوي ، وبالتالي هي تشكل خطرًا أقل.

.

مصطلحات

 

• إعادة دخول Re-Entry .

 

• إعادة الدخول بشكل طبيعي Natural Re-Entry .

 

• إعادة الدخول الغير المتحكم به Uncontrolled Re-Entry (إعادة الدخول غير المنضبط).

 

• إعادة الدخول المتحكم بها Controlled Re-entry .

 

• إعادة الدخول المتحكم بها بالكامل Fully Controlled Re-entry .

 

• إعادة الدخول شبه المتحكم بها Semi-Controlled Re-Entry (إعادة الدخول شبه الخاضعة للرقابة).

.

في هذه الدراسة ، استكشفت شركة إيرباص Airbus خيارًا آخر لإخراج مركبة فضائية متوسطة الحجم من مدارها: “إعادة الدخول شبه المتحكم فيها Semi-Controlled Re-Entry” أكثر أمانًا من إعادة الدخول غير المتحكم به ولكنه أرخص من إعادة الدخول المتحكم بها بالكامل Fully Controlled Re-Entry .

 

تصميم مركبة فضائية بحيث تتم إعادة الدخول بشكل كامل التحكم قد يكون مشكلة ، حيث إنه يفرض العديد من القيود ويمكن أن يؤدي إلى أن تكون المهمة أقل صداقة للبيئة بشكل عام. كان الهدف من هذه الدراسة هو إيجاد حل وسط بين التخلي التام عن التحكم Control واستخدام الكثير من الطاقة لإجبار إعادة الدخول لتكون في منطقة محددة للغاية.

 

أثناء عملية إعادة الدخول شبه المتحكم بها Semi-Controlled Re-Entry ، يتم توجيه مركبة فضائية لتنفيذ عملية إعادة الدخول للغلاف الجوي عبر عدد محدد من المدارات Orbits ، بحيث يمكن للمشغلين التنبؤ بمكان سقوط أجزاء من المركبة الفضائية. لكن سيكون الجزء الأول والأخير من الإدخال غير متحكم به أو خارج نطاق السيطرة ، ولكن سيتم التحكم في الجزء الأوسط بعناية. تتطلب هذه العملية قوة دفع أقل 1000 مرة – وبالتالي وقودًا أقل بكثير – من إعادة الدخول المتحكم بها (الخاضعة للرقابة) Controlled Re-Entry ، ولكنها أقل خطورة بكثير من إعادة الدخول الغير متحكم بها (غير المنضبط) Uncontrolled Re-Entry .

 

استكشف فريق إيرباص Airbus كيف سيؤثر التحكم الجزئي في إعادة الدخول على التصميم العام للمركبة الفضائية. مع الحاجة إلى قوة دفع Thrust أقل بكثير ، يمكن للأقمار الصناعية استخدام أنظمة الدفع الكهربائية Electrical Propulsion Systems بدلاً من أنظمة الدفع الكيميائي Chemical Propulsion Systems الأكثر قوة والتي تكون مطلوبة في عملية إعادة الدخول المتحكم بها بالكامل Fully Controlled Re-Entry . والأنظمة الكهربائية Electrical Systems أرخص بكثير وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة Energy Efficient .

 

بشكل عام ، وجد هذا التحقيق العلمي أنه في كثير من الحالات ، تعتبر إعادة الدخول شبه المتحكم بها Semi-Controlled Re-Entry وسيلة فعالة للغاية لتقليل المخاطر التي يجلبها الحطام الفضائي Space Debris ، إضافة إلي تقليل التأثير على تصميم المهمة الرئيسية وتقليل الآثار البيئية بشكل عام. ووجد التحقيق العلمي أيضًا أن إعادة الدخول شبه المتحكم فيها واقعية من الناحية الفنية باستخدام التقنيات المتوفرة حاليا.

 

تعتبر عملية إعادة الدخول شبه المتحكم فيها أمرًا رائعًا بالنسبة للمركبات الفضائية متوسطة الحجم Medium-Sized Spacecraft ، حيث يمكن أن تكون مخاطر الإصابات أقل بخمس مرات عند استخدام أنظمة الدفع الكهربائية Electrical Propulsion Systems . ولكن عند الحاجة للوصول إلي هذه المقدار من تخفيض الخطورة ، ستظل الأقمار الصناعية الكبيرة بحاجة إلى استخدام الدفع الكيميائي Chemical Propulsion ، وبالتالي فإن التكلفة وتوفير الطاقة الناتجين من إعادة الدخول شبه المتحكم بها ستكون أقل أهمية مقارنة بإعادة الدخول المتحكم بها. بالنسبة لجميع أحجام المركبات الفضائية ، تظل عملية إعادة الدخول المتحكم بها Controlled Re-Entry هي الخيار الأكثر أمانًا.

 

يقترح الفريق أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث في إعادة الدخول شبه المتحكم بها قبل أن يتم تنفيذها في بعثات فضائية مستقبلية. تتمثل إحدى الخطوات المهمة بشكل خاص في زيادة مستوى الأتمتة Automation والتحكم الذاتي Autonomy في عمليات إعادة الدخول Re-Entry Operations لزيادة خفض التكاليف.

 

هذه الدراسة ليست الطريقة الوحيدة التي ستساعد وكالة الفضاء الأوروبية ESA في جعل الفضاء أكثر أمانًا واستدامة. من خلال برنامج الفضاء النظيف Clean Space programme ، تتناول الوكالة التأثير البيئي لبعثات الفضاء ، وتعزيز التقنيات الخضراء Green Technologies ، وتقليل إنتاج الحطام الفضائي ، واستكشاف عملية خدمة وصيانة المركبات الفضائية في المدار In-Orbit Servicing of Spacecraft . يدعم برنامج Discovery & Preparation عددًا من الدراسات التي تساهم في أهداف الفضاء النظيف Clean Space .

.

مراجع

 

1- Design for demise: bringing spacecraft down safely and efficiently – ESA – 11 May 2020.

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

مواضيع ذات صلة

• المسار الأرضي لمدار القمر الصناعي Satellite ground track

.