عندما يتعلق الأمر بالعصر الجديد لاستكشاف الفضاء ، فإن أحد نقاط التركيز الأساسية كان على خفض التكاليف. من خلال تقليل التكاليف المرتبطة بعمليات الإطلاق الفردية ، لن تتمكن وكالات الفضاء وشركات الطيران الخاصة من تسويق المدار الأرضي المنخفض (LEO) فحسب ، بل ستنطلق أيضًا في مهام الاستكشاف وربما حتى استعمار الفضاء.
تم اقتراح العديد من الطرق حتى الآن لتقليل تكاليف الإطلاق ، والتي تشمل الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام والصواريخ أحادية المرحلة إلى المدار. ومع ذلك ، قام فريق من المهندسين من جامعة جلاسكو وأوكرانيا اقترح مؤخرا فكرة مختلفة تمامًا يمكن أن تجعل إطلاق حمولات صغيرة ميسور التكلفة - صاروخ يأكل نفسه! يمكن أن يرسل صاروخ 'autophage' هذا بسهولة أقمارًا صناعية صغيرة إلى الفضاء بسهولة أكبر وبتكلفة معقولة.
الدراسة التي تصف كيف قاموا ببناء واختبار محرك 'autophage' ظهرت مؤخرًا فيمجلة المركبة الفضائية والصواريختحت عنوان ' محركات الالتهام الذاتي: نحو محرك صلب قابل للاختناق '. قاد الفريق فيتالي يميتس وباتريك هاركنيس - أستاذ من جامعة أوليس هونشار دنيبرو الوطنية في أوكرانيا ومحاضر أول من جامعة جلاسكو ، على التوالي.
محرك الالتهام الذاتي ، قيد الاختبار في معمل اختبار دنيبرو في أوكرانيا. الائتمان: جامعة غلاسكو
تناول الفريق معًا واحدة من أكثر القضايا إلحاحًا عندما يتعلق الأمر بالصواريخ اليوم. يتعلق هذا بحقيقة أن صهاريج التخزين ، التي تحتوي على الوقود الدافع للصاروخ أثناء صعوده ، تزن عدة مرات حمولة المركبة الفضائية. هذا يقلل من كفاءة مركبة الإطلاق ويزيد أيضًا من مشكلة الحطام الفضائي ، نظرًا لأن خزانات الوقود هذه يمكن التخلص منها وتسقط بعيدًا عند إنفاقها.
كما أوضح الدكتور باتريك هاركنيس ، الذي قاد مساهمة غلاسكو في العمل ، في جامعة غلاسكو مؤخرًا خبر صحفى :
'على مدى العقد الماضي ، أصبحت غلاسكو مركزًا متميزًا لصناعة الفضاء في المملكة المتحدة ، لا سيما في الأقمار الصناعية الصغيرة المعروفة باسم' CubeSats '، والتي توفر للباحثين وصولاً ميسور التكلفة إلى التجارب الفضائية. هناك أيضًا احتمال أن يكون مقر ميناء الفضاء البريطاني المخطط له في اسكتلندا. ومع ذلك ، تميل مركبات الإطلاق إلى أن تكون كبيرة لأنك تحتاج إلى كمية كبيرة من الوقود الدافع للوصول إلى الفضاء. إذا حاولت التقليص ، فإن حجم الوقود الدافع ينخفض بسرعة أكبر من كتلة الهيكل ، لذلك هناك حد لمدى صغر حجمك. ستُترك مع مركبة أصغر ولكنها ثقيلة جدًا ، نسبيًا ، بحيث لا تصل إلى السرعة المدارية '.
في المقابل ، يستهلك محرك الالتهام الذاتي هيكله الخاص أثناء الصعود ، لذلك يمكن تحرير المزيد من سعة الشحن وإدخال حطام أقل إلى المدار. يتكون الدافع من قضيب وقود صلب (مصنوع من بلاستيك صلب مثل البولي إيثيلين) من الخارج ومؤكسد من الداخل. من خلال دفع القضيب إلى محرك ساخن ، يتم تبخير الوقود والمؤكسد لتكوين غاز يتدفق بعد ذلك إلى غرفة الاحتراق لإنتاج قوة الدفع.
يمكن أن يسمح استخدام محركات ذاتية الدفع على الصواريخ بنشر أقمار صناعية صغيرة بتكلفة رخيصة وفعالة ، دون زيادة مشكلة الحطام الفضائي. الائتمان: AMNH.
قال الدكتور هاركنيس: 'إن الصاروخ الذي يعمل بمحرك أوتوفاج سيكون مختلفًا'. 'قضيب الوقود نفسه سيشكل جسم الصاروخ ، وبينما تتسلق السيارة ، يشق المحرك طريقه للأعلى ، مستهلكًا الجسم من القاعدة إلى الطرف. هذا يعني أن هيكل الصاروخ سيتم استهلاكه بالفعل كوقود ، لذلك لن نواجه نفس مشاكل الكتلة الهيكلية الزائدة. يمكننا تحديد حجم مركبات الإطلاق لتتناسب مع أقمارنا الصناعية الصغيرة ، وتقديم وصول أسرع وأكثر استهدافًا إلى الفضاء. '
أظهر فريق البحث أيضًا أنه يمكن خنق المحرك ببساطة عن طريق تغيير السرعة التي يتم بها دفع القضيب إلى المحرك ، وهو أمر نادر في المحرك الصلب. خلال الاختبارات المعملية ، تمكن الفريق من مواصلة عمليات الصواريخ لمدة 60 ثانية في كل مرة. كما قال الدكتور هاركنيس ، يأمل الفريق في البناء على ذلك وإجراء اختبار إطلاق في النهاية:
'بينما لا نزال في مرحلة مبكرة من التطوير ، لدينا اختبار محرك فعال في المختبر في دنيبرو ، ونحن نعمل مع زملائنا هناك لتحسينه بشكل أكبر. تتمثل الخطوة التالية في تأمين مزيد من التمويل للتحقيق في كيفية دمج المحرك في مركبة الإطلاق '.
التحدي الآخر لعصر الفضاء الحديث هو كيفية توصيل الحمولات والأقمار الصناعية الإضافية إلى المدار دون خلق المزيد في طريق الفوضى المدارية. من خلال تقديم محرك يمكنه إجراء عمليات إطلاق رخيصة لا يحتوي أيضًا على أجزاء يمكن التخلص منها ، يمكن أن تكون تقنية autophage هي تقنية لتغيير قواعد اللعبة ، وهي تقنية موجودة هناك مع صواريخ قابلة للاسترداد بالكامل.
تألف فريق البحث أيضًا من ميكولا درون وأناتولي باشكوف - أستاذ وباحث أول من جامعة أولس هونشار دنيبرو الوطنية - وكيفين وورال ومايكل ميدلتون - باحث مشارك وماس. طالب من جامعة جلاسكو.
قراءة متعمقة: جامعة جلاسكو و مجلة المركبة الفضائية والصواريخ