تقنية الدفع التجريبية قد تصل إلى كوكب سيدنا الغامض خلال 10 سنوات

في 14 نوفمبر 2003، رصد علماء الفلك ما كان في ذلك الوقت أبعد كائن معروف يدور حول الشمس. أطلقوا عليه اسم سيدنا تيمناً بإلهة المحيطات في الثقافة الإينويت. إنه كوكب قزم بارد يميل إلى اللون الأحمر، ينجرف بعيداً عن الشمس بمليارات الأميال خلال مداره الذي يمتد إلى 10,000 عام قبل أن يقترب نسبياً من نجمنا. سيحدث أقرب اقتراب له في يوليو 2076، ويرغب علماء الفلك في الاستفادة من هذه الفرصة النادرة من خلال إرسال مهمة إلى هذا الكائن الغامض.

تقترح مجموعة من الباحثين من إيطاليا مفاهيم لمهام قد تصل إلى سيدنا في سبع إلى عشر سنوات باستخدام تقنيات متطورة. في ورقة متاحة على موقع arXiv، يوضحون مفهومين تجريبيين للدفع يتضمنان محرك صاروخي يعمل بالاندماج النووي ونظرة جديدة على تقنية الإبحار الشمسي. يمكن أن تقلل تقنيات الدفع هذه من وقت السفر إلى سيدنا بأكثر من 50% مقارنة بالطرق التقليدية للسفر عبر الفضاء، مما يتيح للعلماء فرصة فريدة لجمع أدلة حول التكوين المبكر للنظام الشمسي واستكشاف السحابة النظرية لأورت.

عندما تم اكتشاف سيدنا، كان يبعد حوالي 8 مليارات ميل (13 مليار كيلومتر) عن الشمس. (بلوتو، الكوكب القزم الأكثر شهرة، يبعد بمعدل 3.7 مليار ميل عن الشمس.) يُعرف سيدنا بأنه كائن عابر لنبتون، وهي مجموعة من الكائنات التي تدور حول الشمس أبعد من نبتون. لديه مدار غريب للغاية: في أبعد نقطة له، يكون سيدنا بعيداً بمقدار 84 مليار ميل عن الشمس، أو 900 مرة المسافة بين الأرض ونجمنا. خلال أقرب اقتراب له، سيكون سيدنا حوالي 7 مليارات ميل عن الشمس، أي ما يقرب من ثلاثة أضعاف المسافة بينه وبين نبتون. لا يزال هذا بعيداً، ولكن يكفي لوصول مركبة فضائية إلى هذا الكائن السماوي قبل أن يتلاشى مرة أخرى إلى الظلام البعيد.

سافرت المركبات الفضائية لمسافات أبعد من ذلك من قبل. بدأت مركبات فويجر 1 و2 رحلتها بين النجوم في عام 1977 وسافرت 15 مليار ميل و12.7 مليار ميل حتى الآن. استغرقت فويجر 2 حوالي 12 عاماً للوصول إلى نبتون. بناءً على التكنولوجيا الحالية، يقدر العلماء أنه سيستغرق حوالي 20-30 عاماً للوصول إلى سيدنا خلال أقرب اقتراب له، باستخدام الزهرة والأرض والمشتري ونبتون كمساعدات جاذبية. وهذا يعني أن نافذة الإطلاق للوصول إلى سيدنا تقترب بسرعة، دون وجود خطط واضحة حتى الآن.

بدلاً من ذلك، يقترح الباحثون وراء الدراسة الجديدة طرقاً بديلة للوصول إلى هناك بشكل أسرع. الأولى هي محرك الدفع المباشر بالاندماج النووي (DFD)، الذي يتم تطويره حالياً في مختبر الفيزياء البلازمية بجامعة برينستون. سيولد محرك الصاروخ المدعوم بالاندماج الطاقة والدفع من تفاعل اندماج نووي محكوم، مما يوفر طاقة أكبر من الصواريخ الكيميائية.

“يقدم DFD بديلاً واعداً للدفع التقليدي، حيث يوفر نسبة دفع إلى وزن عالية وتسارع مستمر”، يكتب الباحثون في الورقة. “ومع ذلك، فإن جدوى ذلك لا تزال تخضع لتحديات هندسية رئيسية، بما في ذلك استقرار البلازما، وتبديد الحرارة، وطول العمر التشغيلي تحت إشعاع الفضاء العميق.” يضيفون أنه، على الرغم من تحقيق تقدم في الدفع القائم على الاندماج، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان يمكن أن يدعم المهام طويلة الأمد ويوفر الطاقة للأدوات الموجودة على متن المركبة.

يبني المفهوم الثاني على تقنية الإبحار الشمسي الموجودة، والتي لا تزال تجريبية في حد ذاتها. يتم تشغيل الأشرعة الشمسية بواسطة الفوتونات من الشمس، حيث تستغل الطاقة الناتجة عن الضوء وتستخدمها لدفع المركبات الفضائية إلى الأمام. يقترح الباحثون تغليف الأشرعة الشمسية بمادة، وعند تسخينها، تطلق جزيئات أو ذرات وتوفر الدفع في عملية تُعرف باسم الامتصاص الحراري.

يمكن أن تصل الأشرعة الشمسية، بمساعدة جاذبية المشتري، إلى سيدنا في سبع سنوات بسبب قدرتها على التسارع المستمر دون الحاجة لحمل وقود ثقيل، وفقاً للورقة. تأتي الفكرة مع مجموعة من التحديات الخاصة بها. “بينما تم دراسة الإبحار الشمسي بشكل مكثف لتطبيقات الفضاء العميق، فإن جدواها لمهمة سيدنا تتطلب تقييمًا من حيث السلامة الهيكلية على المدى الطويل، وكفاءة الدفع، وتوافر الطاقة لعمليات العلم.”

على الرغم من ميزة زمنية طفيفة، ستسمح مهمة الأشرعة الشمسية فقط بمرور سريع عبر سيدنا، بينما يمكن لمحرك DFD إدخال مركبة فضائية في مدار الكوكب القزم لمهمة أطول. ستوفر أي من المهمتين لنا أول ملاحظات مباشرة للمنطقة التي لم يتم استكشافها سابقاً وتساعد العلماء على فهم الحدود الأكبر التي تحتوي النظام الشمسي.