تهدف تقنيات الفضاء الجديدة إلى خفض التكاليف وتوسيع نطاق الوصول إلى المدار وما وراءه. تعرّف على هذه الابتكارات ودور الاختبارات في تجهيزها للإطلاق.
إنه وقت مثير لعشاق الفضاء: فمبادرة ناسا لإعادة البشر إلى القمر تسير بخطى ثابتة من خلال برنامج أرتميس، وهناك صواريخ قيد التطوير لنقل البشر إلى المريخ، وتُوفّر الأقمار الصناعية خدمة الإنترنت إلى أقصى بقاع العالم، وقد انطلقت السياحة الفضائية أخيرًا، وإن كانت بتكلفة باهظة. تنتظر الأقمار الصناعية ومجسات الفضاء والبعثات المأهولة إنجازات تاريخية، والابتكارات الهندسية هي مفتاح تحقيقها.
ستشمل تقنيات الفضاء المستقبلية تطورات في التصنيع وعلوم المواد والدفع والذكاء الاصطناعي لتوسيع قدراتنا في مدار الأرض وفي البعثات بين الكواكب. يُعدّ مهندسو اختبار الطيران والفضاء في طليعة هذه التطورات، إذ تقع على عاتقهم مسؤولية ضمان سلامة وموثوقية المكونات والأنظمة. وخلال عملية التطوير، يجب عليهم التحقق من أن التكنولوجيا تعمل كما هو متوقع، كما يجب عليهم أيضًا التحقق من صحة مكونات محددة سيتم إرسالها إلى الفضاء. تعتمد العديد من الفرق على أجهزة وبرامج شركة NI. تابع القراءة للتعرف على أحدث تقنيات الصواريخ والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية قيد الاختبار حول العالم.
تقنيات الفضاء الجديدة
يعتمد التقدم في مجال الفضاء بشكل كبير على التقنيات التي تخفض التكاليف مع الحفاظ على الموثوقية والسلامة أو تحسينهما. تشمل هذه التقنيات الفضائية الجديدة الأمثلة التالية:
- مكونات مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
يتطلب تصنيع مركبات الإطلاق والأقمار الصناعية هندسة دقيقة، وقد يكون عملية طويلة ومكلفة. تعاونت وكالة ناسا مع شركة Relativity Space، وهي شركة خاصة، لطباعة مكونات محركات الصواريخ بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام سبيكة نحاسية تُسمى GRCop-42. ووفقًا لوكالة ناسا، “حسّنت هذه العمليات الأداء، مع تقليل وزن وتكاليف مكونات غرفة الاحتراق بشكل ملحوظ”. استُخدمت الأجزاء المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في إطلاق صاروخ Terran 1 في مارس 2023، ومن المرجح أن يُستخدم هذا النهج في التصنيع في مهمات فضائية مستقبلية. سيحتاج مهندسو الاختبار إلى التأكد من أن هذه المكونات تفي بنفس معايير المكونات المصنعة بالطرق التقليدية قبل استخدامها بشكل منتظم.
٢. مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام
كان من أهم إنجازات برنامج مكوك الفضاء إثبات جدوى استخدام مركبة مدارية قابلة لإعادة الاستخدام ومعززات صاروخية صلبة. ويجري العمل حاليًا على جعل إعادة الاستخدام ميزة أساسية في مركبات الإطلاق لخفض تكاليف التصنيع. وقد حققت شركة سبيس إكس تقدمًا كبيرًا مع صاروخها الرائد فالكون 9، الذي يعود إلى الأرض ليهبط عموديًا بالقرب من موقع الإطلاق. وتعتزم شركة بلو أوريجين أن يكون معظم نظام نيو شيبارد قابلًا لإعادة الاستخدام. ويجب أن تكون الصواريخ موثوقة وسهلة الصيانة نسبيًا لضمان سلامة إعادة الاستخدام. ويجب على المهندسين اختبار المشكلات التي قد تُعرّض الحمولات أو الطواقم للخطر أثناء التصميم والتحقق، وكذلك خلال العمر التشغيلي للمعدات، حيث يمكن أن تؤدي الأجزاء البالية أو التالفة إلى عواقب وخيمة.
٣. الدفع الذكي
غالبًا ما تستخدم الأقمار الصناعية مواد كيميائية خطرة مثل الهيدرازين لتوفير الدفع في المدار. ويمكن أن يُعرّض هذا الاستخدام الفنيين الأرضيين للخطر، كما يمكن أن تتسرب الملوثات إلى البيئة في حالة تعطل الصاروخ. هناك توجه متزايد نحو استخدام وقود دافع أكثر ملاءمة للبيئة، مع دراسة عدة خيارات. ووفقًا لوثيقة صادرة عن وكالة ناسا، تشمل هذه الخيارات أنظمة تعتمد على سوائل أيونية “خضراء” مثل LMP-103S، وهو مزيج من ثنائي نترات الأمونيوم (ADN)، أو ASCENT، وهو مزيج من نترات هيدروكسيل الأمونيوم (HAN). كما أن الدفع الكهربائي، الذي تستخدمه بالفعل شركات مثل نورثروب غرومان، يتميز بكفاءة أعلى في استهلاك الوقود مقارنةً بالمصادر التقليدية. ويجب على المهندسين إجراء اختبارات شاملة لأنظمة الدفع، إذ يُعد التشغيل الموثوق به أمرًا بالغ الأهمية لقدرة الأقمار الصناعية أو المركبات المأهولة على المناورة في الفضاء.
- الذكاء الاصطناعي
على الرغم من أن المركبات الفضائية الواعية لا تزال في طور الخيال العلمي، إلا أن الذكاء الاصطناعي قادر على المساعدة في حل العديد من المشكلات المصاحبة لرحلات الفضاء. تشير وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) إلى العديد من الاستخدامات المحتملة للذكاء الاصطناعي، بما في ذلك مساعدة مجموعات الأقمار الصناعية على تجنب الاصطدامات، وتحليل كميات هائلة من البيانات، وتمكين المركبات الجوالة أو المجسات من العمل بشكل مستقل عندما يكون التدخل البشري غير متاح إلا بعد دقائق أو ساعات بسبب بُعدها عن الأرض. وكما هو الحال مع المكونات المادية، يجب اختبار برامج الذكاء الاصطناعي على نطاق واسع قبل تحميلها وإرسالها إلى الفضاء، خاصةً إذا كانت مسؤولة عن سلامة رواد الفضاء.
- تقنية النانو
كلما زاد وزن الحمولة، زادت الطاقة اللازمة لإطلاق صاروخ إلى الفضاء. وتؤدي هذه الحاجة المتزايدة للطاقة إلى ارتفاع تكاليف إطلاق الأقمار الصناعية والمجسات الفضائية الأكبر حجمًا. ومن هنا تبرز أهمية تقنية النانو، وهي فرع من فروع الهندسة يهدف إلى تقليص حجم…
حجم المكونات الإلكترونية، مثل الرقائق الدقيقة وأجهزة الاستشعار، عاملٌ حاسم. فعندما تكون “عقول” المركبة الفضائية أخف وزنًا، تنخفض تكلفة إيصالها إلى المدار أو ما بعده. ولهذا السبب، تحظى الأقمار الصناعية الصغيرة (SmallSats) بشعبية واسعة. أما الأقمار الصناعية المكعبة (CubeSats)، وهي نوع فرعي من هذه الفئة، فلا يتجاوز حجمها عادةً 10×10×10 سم، أي أنها صغيرة جدًا لدرجة يمكنك حملها في يدك. ويجعل حجمها الصغير إرسال قمر صناعي مكعب واحد، أو أساطيل كاملة منها، إلى الفضاء أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية. وقد وسّعت هذه التقنية نطاق الوصول إلى المدار الأرضي المنخفض (LEO) للشركات والمؤسسات البحثية التي لا تستطيع تحمّل تكاليف الإطلاق التقليدي. ولا تقتصر فوائد العمل بتقنية النانو على انخفاض التكاليف فحسب، بل إن التصنيع على نطاقات أصغر باستمرار يُتيح زيادة قوة المعالجة على الرقاقة أو جهاز الاستشعار. ويتولى مختبر الأجهزة الدقيقة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا مهمة تطوير تقنية النانو لتطبيقات الفضاء. وتُسفر هذه الأبحاث المتطورة عن أجهزة حقيقية تحتاج إلى اختبارها من قبل المهندسين قبل السماح بإطلاقها.
كيف تدعم NI تكنولوجيا الفضاء من الجيل القادم؟
تساعد حلول إطلاق واستكشاف الفضاء من NI فرق الهندسة على اختبار مركبات الإطلاق وأجهزة وأنظمة الأقمار الصناعية. تشمل خبراتنا إلكترونيات الطيران، والاتصالات، والدفع، والأنظمة الهيكلية، ومكونات هيكل القمر الصناعي، والحمولات، وتجميع الأنظمة وتكاملها واختبارها.
مع نضوج اقتصاد الفضاء، من المرجح أن يزداد الضغط على مهندسي اختبار الطيران والفضاء للوفاء بالمواعيد النهائية الضيقة. صُممت أجهزة وبرامج NI المرنة لتسهيل دمجها في بنى الاختبار الحالية. تُستخدم أدوات NI من قبل العديد من الوكالات والشركات، بما في ذلك ناسا، ونورثروب غرومان، وروكيت فاكتوري أوغسبورغ، وستكون بلا شك جزءًا من ضمان جاهزية تكنولوجيا الفضاء الجديدة للإطلاق في السنوات القادمة.
