لطالما كان «الإبحار على أشعة الشمس» حلما يراود علماء الصواريخ. وكانت منظمة «بلانيتري سوسايتي» التي تروج لاستكشاف الفضاء قد أعلنت في شهر يناير (كانون الثاني) الماضي أنها تزمع إرسال أول سفينتي فضاء صغيرتين لاختبار تكنولوجيا الأشرعة الشمسية (solar sails) في المدار خلال شهر مايو (أيار) المقبل مع أقمار صناعية صغيرة أخرى، توضع على الصاروخ «أطلس 5». وقال ويليام سانفورد ناي، الرئيس التنفيذي للمنظمة: «نحن نعتقد بشدة في إمكانية أن يحدث هذا كجزء من مهام التنقل بين الكواكب في المستقبل. إلا أن هناك طريقا طويلا لتنفيذ الكثير من المهام».
* أشرعة شمسية
عندما ترتطم الفوتونات الضوئية (الكمّات الضوئية الدقيقة) بسطح لامع فإنها تولد زخما دافعا، وهي الظاهرة التي تنجم مباشرة من معادلات الكهرومغناطيسية التي نشرها عالم الفيزياء جيمس كليرك ماكسويل في ستينات القرن الماضي.
ويبدو جول فيرن في روايته «من الأرض إلى القمر» التي تعود لعام 1865 أول من اكتشف إمكانية التحكم في هذه القوة للسفر عبر النظام الشمسي. ويمكن أن يزيد قصف أشعة الشمس على منطقة كبيرة سرعة سفينة فضاء تدريجيا ولكن بشكل متواصل.
وسيكون حجم سفينة الفضاء المسماة «لايت سيل» LightSail التي ستطلقها منظمة «بلانيتري سوسايتي» بحجم رغيف خبز، أبعادها 4 بوصات × 4 بوصات × 1 قدم (البوصة 2.5 سم، والقدم 30 سم تقريبا) وفي المدار سوف تخضع هذه السفينة لاختبار مدته شهر قبل أن تمد 4 أذرع طولها 13 قدما، وتفكيك 4 قطع مثلثة الشكل مصنوعة من مادة «مايلر» سمكها أقل من 1/ 5.000 بوصة، من أجل تشكيل شراع شمسي كبير بشكل مربع يمتد على مساحة 345 قدما مربعة تقريبا.
* سفن فضائية شراعية
الهدف من رحلة شهر مايو هو التأكد من فعالية نظام الإبحار والأنظمة الأخرى بالشكل المرغوب فيه. مع ذلك، فعند الارتفاع الذي ستحلق عليه «لايت سيل» سيكون الهواء الذي يؤثر على الإبحار أكبر من ضغط أشعة الضوء وستسقط السفينة من المدار وتحترق في غضون بضعة أيام. ولا تستطيع الشركة تحديد هذا الارتفاع لأن الحمولة الأساسية التي ينقلها الصاروخ «أطلس 5» هي الأقمار الصناعية العسكرية. ومن المقرر أن يتم إطلاق سفينة «لايت سيل» أخرى خلال العام المقبل على ارتفاع 450 ميلا يحملها صاروخ «فالكون هيفي» من شركة «سبيس إكسبولريشين تكنولوجيز» أو «سبيس إكس». وستكون هذه الرحلة أول رحلة تستعرض فيها عمليات السيطرة على تقنية الأشرعة الشمسية في مدار حول الأرض. وقال ناي إن «الفكرة هي في التمكن من التحرك كقارب في كل مدار».
وتم صنع سفينتي «لايت سيل» بتكلفة تقل عن 4 ملايين دولار بتمويل من مواطنين مدنيين على حد قول ناي. وبدأت وكالة «ناسا» التفكير في الإبحار الشمسي في سبعينات القرن الماضي في إطار مهمة للالتقاء بمذنب هالي عام 1986. إلا أن تلك السفينة كانت ستصبح ضخمة جدا؛ فحسب التصميم المبدئي كان الشراع مربع الشكل على جانب مساحته نصف ميل تقريبا، مما يجعل المساحة 7 ملايين قدم مربعة ويتم بسط الشراع من مكوك فضاء تابع لوكالة «ناسا».
وتم التخلي عن هذا التصميم مقابل تصميم آخر حظي بثقة أكبر من المهندسين يقوم على تنفيذ عدة عمليات بواسطة أشرعة مستطيلة الشكل عرض كل منها 25 قدما وطولها أكثر من 4 أميال تنتشر مثل ريشات مروحية تدور ببطء بحيث تنتج قوة مركزية كافية للإبقاء على عملية الإبحار منبسطة.
وفي النهاية تم اعتبار عمليات الإبحار الكبيرة قفزة تكنولوجية تتضمن مخاطرة كبيرة. وقال لويس فريدمان، الذي كان مهندسا في مختبر الدفع النفاث «JPL» من قيادة المشروع: «لقد كانت الخطوة جريئة جدا في وقتها». وبسبب التأجيل المتكرر واستنفاد التكلفة على برنامج مكوك الفضاء، اضطرت وكالة «ناسا» لإلغاء مهمة مذنب «هالي» وانتهى الاهتمام بعمليات الإبحار بالأشرعة الشمسية في الوكالة. وأوضح فريدمان قائلا: «لقد كان هناك رد فعل سلبي قوي تجاه الإبحار الشمسي».
منذ عقد تعاونت منظمة «بلانيتري سوسايتي» مع علماء روس في صنع سفينة فضاء تعمل بتقنية الإبحار بالأشرعة الشمسية تسمى «كوزموس 1»، بالحصول على 4 ملايين دولار من الأعضاء. وقال فريدمان، الذي ترك «ناسا» عام 1980 وساعد في تأسيس منظمة «بلانيتري سوسايتي» بصفته مديرا تنفيذيا: «لقد قلت إن الفرصة قد سنحت للقيام بشيء على أرض الواقع». وتم إطلاق «كوزموس 1» في يونيو (حزيران) عام 2005 من غواصة نووية روسية، لكن الصاروخ أخفق وفُقدت السفينة الفضائية قبل التمكن من اختبار نظام الإبحار. وبدلا من محاولة صنع سفينة «كوزموس 1» أخرى، اتجهت المنظمة إلى صنع واحدة أصغر باسم «لايت سيل» مستفيدة من جيل جديد من أقمار اصطناعية أصغر وأقل سعرا تعرف باسم «كيوب سات». وقال ناي: «وسيلة الحصول عليها وصناعتها أسهل؛ فأنت لا تحتاج إلى سفينة فضاء كاملة».
* تصاميم جديدة
كذلك تم إعادة إحياء الاهتمام بالإبحار بالأشرعة الشمسية في «ناسا» التي نجحت في اختبار سفينة «كيوب سات» «نانو سيل دي» بنفسها عام 2011 موضحة بذلك كيفية استخدام شراع في دفع أقمار صناعية معطلة خارج المدار إلى الغلاف الجوي بدلا من زيادة تراكم الخردة الفضائية المحيطة بالأرض. ويمكن أن يتجه قمران «كيوب سات» تابعان لوكالة «ناسا» من خلال الأشرعة الشمسية نحو الفضاء مع أول إطلاق للوكالة لصاروخها الجديد الثقيل «سبيس لانش سيستم» المتوقع أن يتم عام 2018.
وسيتم استخدام الأشرعة الشمسية في القمر «لونار فلاش لايت»، لا بهدف الدفع فحسب، ولكن أيضا لعكس ضوء الشمس على الحفر المحفوفة بالظلال بالقرب من أطراف القمر. ويمكن من خلال هذا إلقاء نظرة على مستودعات الجليد في قاع تلك الحفر. أما القمر الآخر «إن إي إيه سكاوت» فسيزور كويكبات يقع على مسافة قريبة من الأرض. وستبلغ تكلفة كل عملية من عمليات استكشاف الفضاء 15 مليون دولار وهو مبلغ يقل عن تكلفة أكثر المهمات التي تقوم بها وكالة «ناسا».
وقد أرسلت اليابان بالفعل شراعا شمسيا في رحلة بين الكواكب، حيث تم إطلاق سفينة الفضاء «إيكاروس»، وهي اختصار لعبارة «طائرات ورقية بين الكواكب مدعمة بإشعاع الشمس» في مايو 2010 ومرت بجوار كوكب الزهرة في وقت لاحق من ذلك العام.
ويعد روبرت شتيليه من المشاركين في عملية العصف (الشحذ) الذهني في مختبر الدفع النفاث ممن توصلوا إلى مفاهيم أخرى مثل ملاحظة الشمس من خلال «كيوب سات» التي تمنح العلماء مؤشرات على إنذار بحدوث عاصفة شمسية قوية يمكن أن تدمر شبكات الطاقة على الأرض، قبلها بثلاثة أيام.
ويوفر الإبحار بالأشرعة الشمسية النفقات ويخفف حمل الوقود الثقيل ويساعد في خفض تكلفة مهمة مراقبة الشمس إلى أقل من 100 مليون دولار، على حد قول شتيليه، أي أقل من خمس تكلفة الطريقة الأكبر والأكثر تقليدية التي تتم باستخدام المحركات التي تحدد الاتجاه والارتفاع. وهناك إمكانية أخرى تتمثل في صنع سفينة فضاء صغيرة شمسية تعمل وفقا للإبحار الشمسي وتتنقل بين الأرض والمريخ، وهو ما يعد تمهيدا لسفن شحن تنقل الإمدادات إلى رواد فضاء يعيشون على كوكب المريخ.
في النهاية يمكن أن تأخذنا تقنية الأشرعة الشمسية حتى النجوم. وقد تكون أشعة الشمس أضعف من أن تصلح وقودا لمثل هذه الرحلات، لكن يمكن أن يقدم جهاز ليزر عملاق موجه نحو شراع ضخم، الطاقة اللازمة. مع ذلك لا يوجد جهاز ليزر ولا شراع شمسي بالحجم المناسب حتى هذه اللحظة، لكن فريدمان يرى أن هذه هي «التكنولوجيا الوحيدة التي يمكن أن تقودنا نحو السفر بين النجوم».
* خدمة «نيويورك تايمز»
