طائرات الفضاء الأوريغامي قد تحل مشكلة كبيرة في المدار

يمكن أن تصبح عملية بناء مركبة فضائية يوماً ما بسيطة مثل طي ورقة إلى شكل طائرة وترك الديناميكا الهوائية تقوم بالباقي. قام فريق من الباحثين من جامعة طوكيو بمحاكاة إطلاق طائرة ورقية من محطة الفضاء الدولية (ISS) لمعرفة ما إذا كانت ستنجو من العودة إلى الغلاف الجوي.

في ورقة نشرت في Acta Astronautica، أظهر الباحثون كيف يمكن أن يكون الأوريغامي هو الحل لمشكلة النفايات المتزايدة في مدار الأرض المنخفض. بدلاً من الاعتماد فقط على المعادن لبناء المركبات الفضائية، يجادل الفريق بأن ورقة قياسية يمكن أن تؤدي المهمة بسهولة وتحترق في الغلاف الجوي أثناء العودة. من أجل دراستهم، أنشأ الباحثون طائرة ورقية بذيل من الألمنيوم ووضعوها في نفق ريحي لمعرفة كيف ستتصرف في الفضاء. الفكرة بسيطة، وتهدف إلى إظهار كيف يمكن استخدام المواد العضوية لإنشاء بيئة مدارية أكثر استدامة.

تجربة الطائرة الورقية

تتكون طائرة الفضاء الأوريغامي من ورقة طباعة A4 غير مطلية، مع طبقات مطوية عند الأنف لتحويل مركز الكتلة إلى الأمام وضمان الاستقرار الديناميكي الهوائي. "لم تطير مثل هذه المركبات الفضائية في الفضاء بعد،" تقول الورقة. "من غير الواضح ما إذا كانت ديناميكيات طيرانها في الغلاف الجوي النادر في مدار الأرض المنخفض ستكون مشابهة لتلك الخاصة بطائرة الأوريغامي الأرضية العادية، وما إذا كانت الطائرة ستنجو أو تحترق أثناء الدخول إلى الغلاف الجوي." بالطبع، لن تكون المركبة الفضائية مصنوعة بالكامل من الورق. بدلاً من ذلك، يمكن بناء مكونات محددة—مثل جناح أو شراع سحب—من مواد قائمة على الورق.

لاختبار ذلك، أنشأ الباحثون أولاً محاكاة لإطلاق الطائرة الورقية من محطة الفضاء الدولية على ارتفاع 248 ميلاً (400 كيلومتر) وبسرعة 17,448 ميلاً في الساعة (7,800 متر في الثانية). ظلت الطائرة الورقية مستقرة وانزلق عبر الظروف الشبيهة بالفضاء. بدأت في التدوير على ارتفاع أقل يبلغ 74 ميلاً فوق سطح الأرض (120 كيلومتر) وخرجت عن السيطرة. الحركة الدوارة متوقعة عند هذا الارتفاع، وسيتسبب التسخين الديناميكي الهوائي الشديد في احتراق الطائرة الورقية في الغلاف الجوي عند ارتفاع حوالي 55 إلى 58 ميلاً (90 إلى 110 كيلومتر)، وفقًا للورقة.

بعد ذلك، وضع الباحثون نموذجًا ماديًا في نفق الرياح الفائق السرعة وعالي الحرارة في جامعة طوكيو لمعرفة كيف سيتحمل ظروف العودة. تعرض لسرعات Mach 7 لمدة حوالي سبع ثوانٍ، خلال تلك الفترة انحنى أنف الطائرة وأظهرت الأجنحة علامات الاحتراق. لم تتفكك تمامًا، لكن من المحتمل أنها كانت ستفعل ذلك لو أبقوها هناك لفترة أطول، وفقًا للباحثين.

عند العودة إلى الغلاف الجوي، تترك المركبات الفضائية التقليدية وراءها جزيئات معدنية ومواد كيميائية تضر طبقة الأوزون. من ناحية أخرى، تتكون الطائرة الورقية من مواد عضوية لا تشكل تهديدًا بيئيًا. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات. بالنظر إلى مدى صغر الطائرة الورقية، فإنها لا تعكس الرادار بقوة كافية وسيكون من الصعب تتبعها في المدار. يقترح الباحثون تزويدها بجهاز إرسال موقع وملاحة وتوقيت مصغر. كما أنها حساسة للغاية للسحب الديناميكي الهوائي وبالتالي يمكن أن تقضي وقتًا محدودًا في المدار، لذا يمكن استخدامها في مهام قصيرة الأمد مع حمولات صغيرة.

من المحتمل أن لا تكون طائرة الفضاء الأوريغامي مناسبة لمجموعة واسعة من المهام، لكن الباحثين يقترحون أنه يمكن استخدام نسخة منها كاستكشاف سلبي لقياس كثافة الغلاف الجوي أو كمنصة لمهام منخفضة التكلفة وقصيرة العمر في مدار الأرض المنخفض. "بفضل التكلفة المنخفضة للغاية لطائرة الفضاء الورقية، يمكن إجراء عمليات نشر متعددة في نفس الوقت، وتكرارها على فترات منتظمة، مما يوفر قياسات موزعة متزامنة،" أوضح العلماء في ورقتهم.

الخلاصة

قد تبدو فكرة طائرة فضائية تشبه الطفولة وهي تنزلق عبر الغلاف الجوي بسيطة للغاية، لكن استخدام الورق في المركبات الفضائية يمكن أن يساعدنا في حل مشكلة ازدحام المعادن في مدار الأرض المنخفض وتحللها إلى قطع من النفايات الفضائية.