مركبات فضائية مطورة لرحلات إلى المريخ واستكشاف أعماقه

«ناسا» تختبر نوعين منها لإرسالها في الأعوام المقبلة

مركبة صممت على شكل صحن لرحلات المريخ
مركبة صممت على شكل صحن لرحلات المريخ
TT

مركبات فضائية مطورة لرحلات إلى المريخ واستكشاف أعماقه

مركبة صممت على شكل صحن لرحلات المريخ
مركبة صممت على شكل صحن لرحلات المريخ

أنجز باحثون في وكالة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) مركبة صاروخية على شكل صحن جرى أخيرا تركيبها النهائي في قاعدة التجارب الصاروخية في المحيط الهادي في كاواي بهاواي التابعة للبحرية الأميركية. ويطلق على المركبة رمز «إل دي إس دي»، وهو مختصر لعبارة «مركبة الهبوط التباطؤية ذات السرعة فوق الصوتية، في أجواء من الكثافة المنخفضة» Low - Density Supersonic Decelerator LDSD.

* رحلات إلى المريخ
وقد صمم الاختبار التحليقي لهذه المركبة لتحري التقنيات الجديدة التي من شأنها أن تفيد في الرحلات المستقبلية لاستكشاف كوكب المريخ، بما في ذلك تلك التي تنطوي على رحلات مأهولة إلى هذا الكوكب الأحمر.
وسبق الإطلاق التجريبي الأول المقرر في صباح الثالث من يونيو (حزيران) المقبل، ثلاثة أسابيع من الاختبارات والتمارين وعمليات المحاكاة. وقد شيدت «إل دي إس دي» في مختبر الدفع النفاث في باسادينا في كاليفورنيا التابع لـ«ناسا»، قبل شحنها إلى كاواي لغرض تجميعها نهائيا وتحضيرها للإطلاق.
وفي هذا الصدد يقول مارك ألدر، مدير المشروع الخاص بهذا الباحث في المختبر، إنه «منذ وصول المركبة إلى قاعدة التجارب البحرية الصاروخية، ونحن نستعد لإطلاقها بعدما جرت هناك إحدى عمليات التجميع الكبرى في 30 من شهر أبريل (نيسان) الماضي، عندما أقرنا المركبة مع صاروخ «ستار - 48 بوستر».
وخلال التجربة التي ستجري الأسبوع المقبل، سيقوم منطاد بحمل مركبة الاختبار من القاعدة في هاواي، إلى ارتفاع 120 ألف قدم. ومن هناك سيجري إسقاطها ليقوم الصاروخ بدفعها ثانية إلى ارتفاع 180 ألف قدم بسرعة تبلغ أربعة أضعاف سرعة الصوت. وحالما تصبح المركبة هذه التي هي على شكل صحن فوق المحيط الهادئ، ستبدأ بسلسلة من الاختبارات الأوتوماتيكية لنوعين من التقنيات الجديدة المبتكرة.
ولغرض إرسال حمولات واسعة وإيصالها إلى الكوكب الأحمر، وبالتالي تمهيد الطريق للرحلات البشرية المأهولة، تعد التقنيات المتطورة مثل «إل دي إس دي» أمرا حاسما. ومن بين التطبيقات الأخرى التي تسهل هذه التقنية الفضائية الجديدة، تسليم المؤن والمواد الضرورية للرحلات الطويلة الأمد إلى المريخ. وتعد الطبقات العليا من الغلاف الجوي الأرضي بيئة مشابهة تماما لخصائص غلافه الجوي الرقيق.
وتخطط «ناسا» لرحلات طموحة متزايدة إلى هذا الكوكب، ممهدة الطريق إلى رحلات استكشافية بشرية علمية أكثر تعقيدا، التي تتطلب مركبات فضائية أثقل وزنا وأكبر حجما للهبوط بسلام، ومثل هذه التقنية الجديدة ستمكن من القيام بها.

* استكشاف أعماق المريخ
وتلقت وكالة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) وشركاؤها الدوليون الموافقة على المضي قدما في تشييد مركبة هبوط جديدة على كوكب المريخ، بعدما أنجزت أخيرا مراجعة أساسية ناجحة خاصة بتصميم الرحلة.
ومهمة «ناسا» هذه تسمى «إن سايت»، وهي مختصر لعبارة: استكشاف الأعماق عن طريق الأبحاث الزلزالية، وعمليات المساحة والانتقال الحراري Interior Exploration Using Seismic Investigations Geodesy and Heat Transport InSight، من شأنها الغور في باطن سطح المريخ لدراسة تركيبه الداخلي. ومن شأن هذه الدراسة معرفة كيفية تشكل الكواكب التي تشبه الأرض، وتطور طبقاتها، وتركيب نواتها الداخلية، وغلافها وقشرتها. كما ستجمع المعلومات عن هذه المناطق الداخلية من سطح الكوكب باستخدام معدات لم تستعمل قط من قبل.
وسيجري إطلاق «إن سايت» من قاعدة فاندنبيرغ التابعة لسلاح الجو الأميركي الواقعة في وسط ساحل ولاية كاليفورنيا قرب لومبوك، وذلك في مارس (آذار) من عام 2016. وهذه هي الرحلة الأولى بين الكواكب التي سيجري إطلاقها من كاليفورنيا التي ستساعد وكالة «ناسا» في مهمتها المقبلة لإرسال بشر إلى الكوكب الأحمر في الثلاثينات من القرن الحالي.
وكان فريق «إن سايت» قدم نتائج تصميم الرحلة قبل أسابيع إلى هيئة المراجعة في وكالة «ناسا»، التي أقرت بموجب ذلك الشروع بالمرحلة المقبلة من عمليات التحضير.
ولغرض التحري عن جوف الكوكب الأحمر، ستقوم المركبة التي ستكون ثابتة لا تتحرك، بحمل ذراع روبوتية التي ستنشرها حال هبوطها، مع عدد وأدوات أسهمت بها كل من فرنسا وألمانيا.
وتشترك وكالتا الفضاء الفرنسية والألمانية «سي إن إي إس» و«دي إل آر» على التوالي مع «ناسا»، عن طريق تأمين جهازين علميين أساسيين لـ«إن سايت»؛ إذ ستقوم «سي إن إي إس» بصنع التركيب الداخلي لمعدات التجارب الزلزالية بالاشتراك مع «دي إل آر»، ووكالات الفضاء في كل من سويسرا والمملكة المتحدة. وستقوم هذه المعدات بقياس الموجات الأرضية وحركتها داخل جوف الكوكب، كما تولدت وحصلت أثناء الزلازل التي اجتاحت الكوكب، وفي أعقاب اصطدام الشهب والنيازك على سطحه.
وستتوجه مركبة الهبوط هذه الثلاثية القوائم إلى موقع قرب خط الاستواء في المريخ، لتأمين المعلومات طيلة فترة الرحلة التي ستستغرق 720 يوما، أي نحو سنتين. وستقوم «إن سايت» بتبني تصميم من رحلة مركبة الهبوط السابقة «فينيكس مارس لاندر» التي أنجزتها «ناسا» بنجاح، والتي تفحصت خلالها الثلج والجليد الموجود على التربة في أقاصي شمال المريخ، وذلك في عام 2008.
وستكون رحلة «إن سايت» أطول بمدة 630 يوما من رحلة «فينيكس»، مما يعني أنها ستتحمل مجموعة واسعة من الأحوال البيئية والمناخية على سطح الكوكب.
وبموجب الصور التي ستلتقطها المركبة لما يحيط بها، ستقوم الذراع الروبوتية بوضع المقياس الزلزالي على سطح الكوكب قبل وضع غطاء واقٍ فوقها بغية تخفيف تأثيرات الريح والحرارة على عمل الأجهزة الحساسة. وستقوم الذراع بوضع مسبار الدفق الحراري في موقع لكي يقوم بالحفر في الأرض إلى عمق يصل إلى ثلاثة أو خمسة أمتار تقريبا.
ويتألف فريق «إن سايت» العلمي الدولي من باحثين من النمسا، وبلجيكا، وكندا، وفرنسا، وألمانيا، واليابان، وبولندا، وإسبانيا، وسويسرا، والمملكة المتحدة، والولايات المتحدة.



لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»