آيسلندا تخشى من ثورة بركان جديدة

العلماء يوظفون طرق الرصد الزلزالي وتشوه سطح البراكين وظهور الغازات للتنبؤ بقرب حدوثها

صورة أرشيفية للرماد المنطلق من بركان تحت نهر آيافيالايكول الجليدي في آيسلندا عام 2010
صورة أرشيفية للرماد المنطلق من بركان تحت نهر آيافيالايكول الجليدي في آيسلندا عام 2010
TT

آيسلندا تخشى من ثورة بركان جديدة

صورة أرشيفية للرماد المنطلق من بركان تحت نهر آيافيالايكول الجليدي في آيسلندا عام 2010
صورة أرشيفية للرماد المنطلق من بركان تحت نهر آيافيالايكول الجليدي في آيسلندا عام 2010

إلى الشمال من هذه المنطقة، وفي الجانب البعيد من طبقة «فاتناجوكال» الجليدية الصلدة التي لا يمكن اختراقها، تندفع الحمم والمقذوفات البركانية من صدع في باطن الأرض يقع على خاصرة «بارداربونغا» (Bardarbunga)، أحد براكين آيسلندا الكبيرة.
ووفقا إلى المقاييس البركانية يعتبر هذا الثوران سلميا، لأن الحمم تنتشر فقط عبر الأرض المحيطة كفقاقيع غازية تنبعث منها. وبالنسبة إلى الوقت الحالي، فإن هذه الغازات، لا سيما ثاني أكسيد الكبريت الذي يسبب مشاكل تنفسية وغيرها من التعقيدات، تمثل الهم الأساسي الذي يقلق الهيئات الصحية في العاصمة رايكيافيك التي تقع على مسافة 150 ميلا إلى الغرب، وفي الأماكن الأخرى من البلاد.
لكن في وقت قريب، فقد تنفجر قمة بركان «بارداربونغا» التي تقع تحت طبقة من الثلج تبلغ سماكتها نحو نصف ميل، وهذا من شأنه إطلاق أعمدة من الرماد الرملي إلى السماء، مغلقة السفر الجوي عبر أوروبا، نظرا إلى التلف الذي قد يسببه الرماد بالمحركات النفاثة، وبالتالي إطلاق سيل جارف من مياه الثلج المذاب الذي قد يكتسح الطريق الوحيدة التي تربط جنوب البلاد بالعاصمة. وكل هذا قد يحدث.. أو لا يحدث.

* أسرار بركانية
هذا هو السر الغامض للبراكين الذي بعد مضي أربعة أشهر على قيام «بارداربونغا» بإرسال الحمم لا يزال العلماء يتناقشون حول ما الذي سيحدث في المرة المقبلة، إذ لا يعرف أحد الحقيقة. فثوران البراكين هو من بين أكثر أحداث الأرض كارثية، ومعرفة متى سيحصل ذلك قد تشكل عاملا حاسما في إنقاذ الأرواح وخفض الخسائر التي قد تصيب البنية التحتية وغيرها من الممتلكات. وللعلماء أساليب عدة متينة لتقديم يد العون، لكنهم في النهاية يصلون إلى مجرد تحليل إمكانيات تفجر الأحداث بطرق متعددة «إذ من الصعب التنبؤ بالبراكين بها، نظرا لأنها لا تدلنا على إمكانياتها، فقد تقرر فجأة أن تقوم بشيء مختلف تماما»، كما يقول بول إينارسون عالم الجيولوجيا. ويدرس إينارسون الزلازل والهزات الأرضية التي ترافق عادة النشاط البركاني الذي تسببه الصخور الحارة المنصهرة، التي ترتفع من داخل الأرض مسببة ضغطا وشقوقا وتصدعات. والرصد الزلزالي مهم هنا للمساعدة في تقرير ما إذا سيحدث الثوران، ومتى، وكيفية تطوره، لكن العلماء يدرسون أيضا تشوه سطح البراكين وتمسخها، التي هي علامة على تزايد الضغط داخل الأرض، عن طريق استخدام وحدات من نظام «جي بي إس» ورادارات الأقمار الصناعية، كما أنهم يرصدون الغازات وغيرها من الدلائل، مثل ذوبان الثلج والجليد.
وتقول ستيفاني بريجاين، الباحثة الجيولوجية التي تعمل مع الدائرة الأميركية للمسح الجيولوجي في مرصد الزلازل في ألاسكا «على الصعيد المثالي فهذا خليط جميل من البيانات الخاصة بالعديد من العوامل، وقد تكون سهلة أيضا إذا ما تصاعدت جميعها معا، وبصورة دراماتيكية». وتضيف بريجاين إنه خلال العقد المنصرم تنبأ المرصد بنجاح في ثلثي الأوقات عن نشاط وثوران أكثر من عشرات البراكين التي جرى رصدها زلزاليا من أصل 130. وفي آيسلندا، موطن 35 زلزالا نشيطا، لاقى العلماء نجاحا مماثلا كما تقول. وفي آيسلندا علم العلماء أن شيئا ما يحصل في «بارداربونغا» الذي ثار آخر مرة عام 1910. فقد شرعت المقاييس الزلزالية في تسجيل سلسلة من الهزات الأرضية الصغيرة، التي وصل عددها في النهاية إلى الآلاف في الجانب الشمالي من البركان. وكان هذا دليلا واضحا بأن الصخور المنصهرة شرعت تتسرب إلى الشقوق الواقعة على عمق خمسة إلى ستة أميال من السطح.

* تدفق الحمم
وعلى الرغم من أن ذلك كان يحدث في جزء من البركان المغطى بالنهر الجليدي، فإن العلماء كان بمقدورهم معرفة أن الصخور المنصهرة كانت تتجه أفقيا في غالبيتها إلى الناحية الشمالية الشرقية عبر الشق هذا، نظرا لأن مراكز الهزات الأرضية كانت تتحرك أيضا. وفي 29 أغسطس (آب) باتت هذه الصخور في العمق، لكنها في ذلك التاريخ وصلت إلى السطح، إلى الخاصرة الشمالية من بركان «بارداربونغا». وهذه الصخور التي تدعى حمما متى بلغت سطح الأرض انقذفت كينابيع حمراء ساخنة.
واستمر هذا الثوران الذي هو خارج نطاق أو حدود إمكانيات أي إنسان تقريبا، منذ ذلك الحين. وقذف حتى نهاية العام الماضي نحو ملياري ياردة مكعبة من الحمم، وهو ما يكفي إلى ملء نحو ألف ملعب لكرة القدم، التي انتشرت وغطت مساحة تبلغ نحو 30 ميلا مربعا.
واستنادا إلى تقرير نشر في أواسط ديسمبر (كانون الأول) الماضي في مجلة «نيتشر»، فقد أنتجت الصخور المنصهرة المنتشرة في باطن الأرض ما يدعوه علماء البراكين بالسد الذي امتد 27 ميلا قبل ثورانها.
ويقول فرايشتاين سيغموندسون، العالم الجيولوجي في جامعة آيسلندا الذي نسق هذه الدراسة، إن التشكيل الزلزالي، فضلا عن بينات التشوه والتمسخ الواسع الذي حصل، أظهر تزايدا في عدد نوبات هيجان السد، وشرع ينطلق عبر الشق، الذي رغم عمقه فإنه أقل من ياردتين في العرض. ومن شأن هذه الصخور المنصهرة أن تواجه عائقا أو حاجزا ما، مما يُضيق من عرض هذا الشق، وبالتالي يسبب في تنامي الضغط حتى يصبح كبيرا، ليتغلب على هذا العائق، ويمضي في تحركه. «ويمكن التفكير بذلك على أنه جدول ماء شبه جوفي يصب في سد حتى يتمكن في النهاية من تحطيمه، أي هذا السد»، كما يقول سيغموندسون.

تصدع عميق

ومن أسباب القلق الكبيرة ما يحصل في كالديرا (الفوهة البركانية الكبيرة) لـ«بارداربونغا» الذي هو عبارة عن واد عميق عريض في قمة الجبل المليء بالصخور المنصهرة التي تصلبت بعد ذلك، والتي هي نتيجة نشاطات بركانية سابقة. فقد أظهرت قياسات «جي بي إس» والبيانات الزلزالية أن هذه الصخور المتصلبة التي تعمل كسدادة واقية شرعت تغطس، ربما نتيجة تسرب الصخور الساخنة المنصهرة في الأسفل عبر الشق شمالا. وهذا الهبوط والتداعي سريع للغاية، بمعدل قدم واحد يوميا، والسؤال هو: إلى متى يمكن لهذه السدادة أن تتحمل وتبقى، قبل أن تتصدع كليا بفعل الضغط؟
«لكن يبدو أن الوضع برمته ثابت نسبيا حتى الآن»، كما يقول إينارسون، «غير أنه من المؤكد أن السدادة قد لا تقاوم طويلا، وهذا ما يخشاه الناس. وإذا ما تحطمت السدادة فستندفع الصخور الساخنة في الأسفل، لتجد لها طريقا جديدا سهلا إلى السطح، وتتحد مع الثلج، وتتحول إلى بخار وصخور متفجرة، مما قد يسبب ثورانا وسحابة كبيرة من الرماد قد تعرقل حركة السفر الجوي، كما فعل ثوران بركان آخر في آيسلندا عام 2010. وقد تكون آثار ذلك كارثية على المنطقة المحيطة، حيث الثلج الذائب المنساب من فوهة البركان الكبيرة التي تصدعت جوانبها (كالديرا) سيسبب فيضانات واسعة.
وهذا ما حصل مرات عدة عبر تاريخ آيسلندا الجيولوجي، وتسبب في نشوء دلتا «سكافتافيل» الواسعة المخيفة، التي تشبه سطح القمر، لأن مياه الفيضانات جلبت كميات كبيرة من الرمال البركانية السوداء نزولا من الجبال. وقد تتعرض هذه الدلتا للفيضانات مجددا اعتمادا على متى يحصل الفيضان الذي قد يأخذ مسارا شمالا أو غربا، مع إمكانية وصوله إلى السدود الكهرومائية العديدة المقامة هناك وتدميرها، والتي تولد غالبية الطاقة الكهربائية في البلاد.

* خدمة «نيويورك تايمز»



الذكاء الاصطناعي نجح في إنجاز محرك صاروخي متطور في 3 أسابيع

الذكاء الاصطناعي نجح في إنجاز محرك صاروخي متطور في 3 أسابيع
TT

الذكاء الاصطناعي نجح في إنجاز محرك صاروخي متطور في 3 أسابيع

الذكاء الاصطناعي نجح في إنجاز محرك صاروخي متطور في 3 أسابيع

نجح نظام ذكاء اصطناعي يسمى «نويرون Noyron» في تصميم وتصنيع واختبار أحد أكثر محركات الصواريخ تحدياً في صناعة الطيران والفضاء: محرك دفع هوائي مبرد.

محركات «آيروسبايك»

من الناحية النظرية، يحافظ تصميم محرك الدفع الهوائي cryogenic aerospike thruster (محرك آيروسبايك)على كفاءة عالية عبر مجموعة واسعة من الارتفاعات، مما يجعلها مثالية للصواريخ التي يمكنها الانتقال من سطح الأرض إلى المدار على متن سفينة فضائية واحدة. هذا النوع من المركبات -المسمى مرحلة واحدة إلى المدار (بدلاً من المحركات الصاروخية المختلفة لمختلف المراحل)- هو أحد الأهداف «المقدسة» لاستكشاف الفضاء بسبب كفاءته وبساطته وفاعليته من حيث التكلفة.

إنجاز الذكاء الاصطناعي غلب «ناسا»

وعلى عكس مهندسي وكالة «ناسا» الذين قضوا سنوات في تصميم وتصنيع واختبار محرك هوائي مبرّد في التسعينات من القرن الماضي، نجح الذكاء الاصطناعي في إنجاز ذلك في دقائق معدودة.

كنت قد تحدثت مع لين كايزر، المؤسس المشارك لشركة «ليب 71»، Leap71، حول نظام «نويرون»، في أكتوبر (تشرين الأول) الماضي، عندما أخبرني بأن الهدف النهائي له ولشريكته جوزفين ليسنر، هو إنشاء نظام ذكاء اصطناعي هندسي متعدد الأغراض في العالم الحقيقي، يشابه «جارفيس» الخيالي الذي يعمل مع توني ستارك في أفلام «الرجل الحديدي»، Iron Man.

ونجح المصممون، الخريف الماضي، في اختبار «تي كيه إل-5»، TKL-5، وهو محرك صاروخي مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد (الطباعة التجسيمية) بقوة 5 كيلونيوتنات، أنتجته الشركة باستخدام الإصدار الأول من نظام « نويرون». وقد استخدموا جميع البيانات التي حصلوا عليها في أثناء تطوير الصاروخ مجدداً لإعادتها بهدف تطوير نظام جديد هو Noyron 2.0.

ابتكار محرك بدلاً من تحسين النموذج الموجود

وقال لي كايزر، عبر البريد الإلكتروني: «كان معظم الشركات تركز على تحسين المحرك الحالي، ولكن نظراً لأن هدفنا هو إتقان نموذج الذكاء الاصطناعي الحسابي، فقد قررنا اتِّباع استراتيجية لتوسيع كمية البيانات التي سنحصل عليها».

اقترح ليزنر أن يركزوا على ابتكار محرك مختلف جذرياً -وصعب للغاية- مثل فوهة «آيروسبايك». وعلى النقيض من «فوهة الجرس» التقليدية التي نعرفها جميعاً، فإن فوهة «آيروسبايك» توجِّه العادم الأسرع من الصوت على طول سنبلة مخروطية الشكل تمتد إلى الخارج. ويتناقص الشكل نحو الخلف، مما يضمن تدفق غازات العادم على طول سطحه، والتمدد بشكل طبيعي. ويتكيف هذا الشكل الخارجي مع تغيرات الضغط الجوي ويوفر أداءً متفوقاً في أثناء صعود المركبة الفضائية، من مستوى سطح البحر إلى فراغ الفضاء.

حلم «آيروسبايك»

يقول لي كايزر: «تحتاج المحركات التقليدية إلى طول فوهة مختلف، اعتماداً على الارتفاع الذي تحلِّق فيه». وعلى الأرض، يمكن للمحركات أن تكتفي بفوهة قصيرة، ولكن في فراغ الفضاء يجب أن تمتد الفوهات وتصبح طويلة جداً، «وإلا فإن الغاز سوف يتجه جانباً ولن يُنتج قوة دفع»، وهذا يجعل فوَّهات الفراغ للمراحل العليا من رحلات الفضاء طويلة وثقيلة، مما يزيد من تكلفة إطلاق كل صاروخ استخدمته البشرية على الإطلاق، من «ساتورن 5» إلى «ستارشيب سبيس إكس». ولأنك لا تستطيع تحسين الفوهة إلا لنظام جوي واحد، فإن المحرك على مستوى سطح البحر يبدأ بقوة كبيرة، ولكنه يصبح أقل كفاءة بعد ذلك عندما يبدأ العادم في التحرك جانبياً في الغلاف الجوي الأعلى والأخف وزناً.

ولهذا السبب تحتوي الصواريخ الحالية على مرحلتين أو ثلاث مراحل، مما يُعقِّد تصميمها وتكلفتها. ويتم تجنب كل هذا بواسط «آيروسبايك».

ولكن على الرغم من المزايا الواضحة لهذا المحرك، كما يشير كايزر، فإن «عدداً قليلاً فقط من الفرق نجحت في إطلاقه في العقود الأربعة الماضية». والمشكلة الرئيسية هي التبريد.

ويقول: «نظراً إلى أن سبايك يقع في وسط غاز العادم الساخن الذي تبلغ درجة حرارته 5430 درجة فهرنهايت (3000 مئوية)، فإنه من الصعب جداً تبريده بشكل صحيح، إذ حتى السبائك المعدنية عالية الحرارة القادرة للغاية لها نقاط انصهار تبلغ نحو 2732 درجة فهرنهايت (1500 مئوية) وتَضعُف قبل ذلك بكثير». من الصعب تصميم سبايك الطيران لأنه يتطلب قنوات تبريد داخلية معقدة وهندسة دقيقة، مما يجعل من الصعب تصنيعه باستخدام الطرق التقليدية.

محاولات إنتاج المحرك

وجرت محاولات لإنتاجه في الستينات من القرن الماضي، ثم تابعت وكالة «ناسا» وشركة «لوكهيد مارتن» الفكرة مرة أخرى لإنتاجه لبرنامج طائرة الفضاء دون المدارية «إكس 33». وقد أُلغي عام 2001 بسبب التحديات الفنية والميزانية. وقد حاول كثير من الشركات الأخرى وفشلت، لا سيما «فايرفلاي Firefly»، وهي شركة ناشئة أفلست عام 2017 وعادت مؤخراً إلى الحياة بعد إلغاء تصميم «آيروسبايك» الخاص بها.

ومع ذلك، نجح البعض، بما في ذلك شركة «Pangea Aerospace» الإسبانية، التي اختبرت بنجاح محرك «آيروسبايك» الخاص بها «DemoP1» الذي يعمل بالميثان والأكسجين في نوفمبر (تشرين الثاني) 2021. وتخطط هذه الشركة لتوسيع نطاقها إلى محرك بقوة 300 كيلونيوتن.

وجاء أحدث جهد قبل إنتاج محرك «نويرون» من «Polaris»، من شركة «Raumflugzeuge» الألمانية التي نجحت في تصميم وإشعال محرك «آيروسبايك» في أثناء اختبار طيران للنموذج التجريبي «MIRA-II» فوق بحر البلطيق.

الذكاء الاصطناعي ينقذ الموقف

وفق ليسنر، تمكن المصممون من توسيع فهم «نويرون» للفيزياء لمعالجة التعقيد الفريد لهذا النوع من المحركات. وابتكر الذكاء الاصطناعي الخاص بـ«Leap71» تصميماً ذاتياً يجري فيه تبريد المسامير بواسطة قنوات معقدة مغمورة بالأكسجين المبرد، فيما يجري تبريد الجزء الخارجي من الغرفة باستخدام وقود الكيروسين.

بعد الانتهاء من تصميم الإصدار الجديد، أنشأ المصممون تصميماً لـ«آيروسبايك» في ملف CAD، جاهز للطباعة ثلاثية الأبعاد في قطعة واحدة صلبة من النحاس. ويقول كايزر إن هذا شيء لم يقم أحد به من قبل وقد تعاقدوا مع شركة ألمانية.

كما عمل المصممون مع معهد «فراونهوفر» لتكنولوجيا الليزر، الذي أجرى المعالجة الحرارية لتقوية المعدن، فيما كانت شركة ألمانية ثالثة مسؤولة عن تنظيف المسحوق المتبقي تماماً من التجاويف الداخلية للمحرك.

نجاح الاختبارات

بعد التصنيع، أرسلت «Leap71» المسمار الهوائي إلى فريق «Race 2 Space» في جامعة شيفيلد، الذي ساعد على تحضير المحرك للاختبار في مرافق الهندسة المحمولة جواً في ويستكوت، بالمملكة المتحدة، وهو مخبأ خرساني يعود إلى حقبة الحرب العالمية الثانية يمكنه احتواء أي انفجارات إذا حدث خطأ ما.

كان عليهم في الأساس إجراء الاختبار بشكل أعمى. «كنا متأكدين نسبياً من النظرية وراء ذلك، ولكن لا يمكن اكتشاف كثير من الأشياء إلا في أثناء الاختبار، مثل المقاومة في قنوات التبريد، بسبب خشونة سطح الطباعة ثلاثية الأبعاد»، كما يقول كايزر. كل شيء تقريباً في هذا المحرك كان جديداً وغير مُختبَر.

على الرغم من المخاطر المحتملة، نجح فريق الاختبار في إشعال المحرك في المحاولة الأولى 18 ديسمبر (كانون الأول) 2024.

يرى ليسنر أن هذا الإنجاز «يعد بمثابة تصديق رائع على نهج الذكاء الاصطناعي القائم على الفيزياء». والواقع أنه من الجدير بالذكر أن شركة برمجيات الذكاء الاصطناعي المكونة من شخصين أنفقت نحو ثلاثة أسابيع في المجموع لتصميم أحد أصعب محركات الصواريخ التي يمكن تخيلها.

* مجلة «فاست كومباني» - خدمات «تريبيون ميديا».

اقرأ أيضاً