يقع النظام الشمسي بين مداري كوكب المريخ والمشتري حزام الكويكب الرئيسي . يتألف حزام الكويكبات من ملايين الأجسام التي يتراوح قطرها من مئات الكيلومترات (مثل سيريس وفيستا) إلى كيلومتر واحد أو أكثر ، وقد كان منذ فترة طويلة مصدر جذب لعلماء الفلك. في البداية ، تساءلوا لماذا لم تتجمع الأشياء العديدة التي تتكون منها لتكوين كوكب. لكن في الآونة الأخيرة ، كان البشر يتطلعون إلى حزام الكويكبات لأغراض أخرى.
بينما تركز معظم جهودنا على البحث - على أمل إلقاء مزيد من الضوء على تاريخ النظام الشمسي - يتطلع آخرون للاستفادة من ثروته الهائلة. مع وجود موارد كافية لاستمرارنا إلى أجل غير مسمى ، هناك الكثير ممن يرغبون في البدء في التعدين في أسرع وقت ممكن. لهذا السبب ، فإن معرفة المدة التي ستستغرقها سفن الفضاء للوصول والعودة إلى هناك أصبح أولوية.
المسافة من الأرض:
تختلف المسافة بين حزام الكويكبات والأرض اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على المكان الذي نقيس فيه. بناءً على متوسط المسافة من الشمس ، يمكن القول أن المسافة بين الأرض وحافة الحزام الأقرب إليها تتراوح بين 1.2 إلى 2.2 AUs ، أو 179.5 و 329 مليون كيلومتر (111.5 و 204.43 مليون ميل).
كويكبات النظام الشمسي الداخلي والمشتري: يقع حزام الكويكبات على شكل دونات بين مداري كوكب المشتري والمريخ. الائتمان: ويكيبيديا كومنز
ومع ذلك ، في أي وقت ، سيكون جزء من حزام الكويكبات على الجانب الآخر من الشمس ، بالنسبة إلى الأرض. من وجهة النظر هذه ، تتراوح المسافة بين الأرض والكويكب Blt من 3.2 و 4.2 AU - 478.7 إلى 628.3 مليون كيلومتر (297.45 إلى 390.4 مليون ميل). لوضع ذلك في المنظور ، فإن المسافة بين الأرض وحزام الكويكبات تتراوح بين أن تكون أكثر قليلاً من المسافة بين الأرض والشمس (1 AU) ، لكونها نفس المسافة بين الأرض والمشتري (4.2 AU) عندما يكونون في أقرب حالاتهم.
ولكن بالطبع ، لأسباب تتعلق بالاقتصاد في استهلاك الوقود والوقت ، فإن عمال مناجم الكويكبات ومهام الاستكشاف ليسوا على وشك قطع شوط طويل! على هذا النحو ، يمكننا أن نفترض بأمان أن المسافة بين الأرض وحزام الكويكبات عندما يكونان في أقرب نقطة لهما هو القياس الوحيد الذي يستحق النظر.
البعثات السابقة:
إن حزام الكويكبات منخفض الكثافة السكانية لدرجة أن العديد من المركبات الفضائية غير المأهولة تمكنت من التحرك خلاله في طريقها إلى النظام الشمسي الخارجي. في السنوات الأخيرة ، استخدمت البعثات لدراسة أجسام حزام الكويكبات الأكبر هذا أيضًا لمصلحتها ، حيث كانت تتنقل بين الأجسام الأصغر للالتقاء بأجسام مثل سيريس و فيستا . في الواقع ، نظرًا لكثافة المواد المنخفضة داخل الحزام ، فإن احتمالات اصطدام مسبار بكويكب تقدر الآن بأقل من واحد في المليار.
كانت أول مركبة فضائية تقوم برحلة عبر حزام الكويكبات هي بايونير 10 المركبة الفضائية التي دخلت المنطقة في 16 يوليو 1972 (رحلة مدتها 135 يومًا). كجزء من مهمتها إلى المشتري ، نجحت المركبة في الإبحار عبر الحزام وأجرت تحليقًا فوق كوكب المشتري (في ديسمبر من عام 1973) قبل أن تصبح أول مركبة فضائية تحقق سرعة الهروب من النظام الشمسي.
رسم توضيحي لفنان للمركبة الفضائية Dawn التابعة لناسا وهي تقترب من سيريس. الصورة: NASA / JPL-Caltech.
في ذلك الوقت ، كانت هناك مخاوف من أن الحطام يشكل خطرا الىبايونير 10مسبار فضائي. ولكن منذ تلك المهمة ، مرت 11 مركبة فضائية إضافية عبر حزام الكويكبات دون وقوع حوادث. وشملت هذه بايونير 11 و السفر 1 إلى اختصار الثاني 2 و يوليسيس و جاليليو و قرب و كاسيني و ستاردست و آفاق جديدة ووكالة الفضاء الأوروبية رشيد ، ومؤخرا ، فجر مركبة فضائية .
بالنسبة للجزء الأكبر ، كانت هذه البعثات جزءًا من البعثات إلى النظام الشمسي الخارجي ، حيث كانت فرص تصوير ودراسة الكويكبات قصيرة. فقطفجروقربو JAXA هايابوسا لقد درست البعثات الكويكبات لفترة طويلة في المدار وعلى السطح. اكتشف Dawn Vesta من يوليو 2011 إلى سبتمبر 2012 ، وهو يدور حاليًا حول سيريس (ويرسل بيانات الجاذبية حول جاذبية الكوكب القزم) ومن المتوقع أن يظل هناك حتى عام 2017.
أسرع مهمة حتى الآن:
كانت أسرع مهمة قامت بها البشرية على الإطلاق هيآفاق جديدةالمهمة ، التي انطلقت من الأرض في 19 يناير 2006. بدأت المهمة بإطلاق سريع على متن صاروخ أطلس V ، مما أدى إلى تسريعها إلى حوالي 16.26 كم في الثانية (58.536 كم / ساعة ؛ 36373 ميلاً في الساعة). بهذه السرعة ، وصل المسبار إلى حزام الكويكبات في الصيف التالي ، واقترب عن كثب من الكويكب الصغير 132524 APL بحلول 13 يونيو 2006 (145 يومًا بعد الإطلاق).
ومع ذلك ، حتى هذا يتضاءل بالمقارنة معللسفر1 ، والتي تم إطلاقها في 5 سبتمبر 1977 ووصلت إلى حزام الكويكبات في 10 ديسمبر 1977 - بإجمالي 96 يومًا. وبعد ذلك كان هناك ملفالسفر 2المسبار ، الذي تم إطلاقه بعد 15 يومًاالسفر 1(في 20 سبتمبر) ، ولكن لا يزال من الممكن الوصول في نفس التاريخ - والذي يصل إجمالي وقت السفر إلى 81 يومًا.
بالنسبة لـ Voyager 2 ، على حافة نظامنا الشمسي ، لا تعمل طرق التنقل التقليدية بشكل جيد. الائتمان: ناسا
ليس سيئا كما تذهب أوقات السفر. بهذه السرعة ، يمكن للمركبة الفضائية القيام برحلة إلى حزام الكويكبات ، وقضاء عدة أسابيع في إجراء الأبحاث (أو استخراج الخام) ، ثم العودة إلى المنزل في غضون ستة أشهر فقط. ومع ذلك ، يتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار أنه في جميع هذه الحالات ، لم تبطئ فرق المهمة من سرعة المجسات لإجراء لقاء مع أي كويكبات.
Ergo ، مهمة إلى حزام الكويكبات ستستغرق وقتًا أطول حيث سيتعين على المركبة أن تبطئ لتحقيق السرعة المدارية. وسيحتاجون أيضًا إلى بعض المحركات القوية الخاصة بهم من أجل القيام برحلة إلى الوطن. سيؤدي هذا إلى تغيير حجم ووزن المركبة الفضائية بشكل كبير ، مما يعني حتمًا أنها ستكون أكبر وأبطأ وأغلى بكثير من أي شيء أرسلناه حتى الآن.
الاحتمال الآخر هو استخدام الدفع الأيوني (وهو أكثر كفاءة في استهلاك الوقود) والتقاط مساعدة الجاذبية من خلال إجراء تحليق فوق المريخ - وهو بالضبط مافجرفعلت المهمة. ومع ذلك ، حتى مع زيادة جاذبية المريخ ، فإنفجرلا تزال المهمة تستغرق أكثر من ثلاث سنوات للوصول إلى الكويكب فيستا - تم إطلاقه في 27 سبتمبر 2007 ، ووصوله في 16 يوليو 2011 (بإجمالي 3 سنوات و 9 أشهر و 19 يومًا). ليس بالضبط تحول جيد!
الطرق المستقبلية المقترحة:
يوجد عدد من الاحتمالات التي يمكن أن تقلل بشكل كبير من وقت السفر واستهلاك الوقود إلى حزام الكويكبات ، والتي يتم حاليًا النظر في العديد منها لعدد من مقترحات المهام المختلفة. أحد الاحتمالات هو استخدام مركبة فضائية مجهزة بـ محركات نووية ، وهو مفهوم كانت ناسا تستكشفه منذ عقود.
تستخدم مركبة نقل الطاقم (CTV) محركاتها الصاروخية الحرارية النووية لإبطاء وتأسيس مدار حول المريخ. الائتمان: ناسا
في صاروخ الدفع الحراري النووي (NTP) ، تُستخدم تفاعلات اليورانيوم أو الديوتيريوم لتسخين الهيدروجين السائل داخل مفاعل ، وتحويله إلى غاز الهيدروجين المتأين (البلازما) ، والذي يتم توجيهه بعد ذلك عبر فوهة الصاروخ لتوليد الدفع. يشتمل صاروخ الدفع الكهربائي النووي (NEP) على نفس المفاعل الأساسي الذي يحول حرارته وطاقته إلى طاقة كهربائية ، والتي من شأنها بعد ذلك تشغيل محرك كهربائي.
في كلتا الحالتين ، سيعتمد الصاروخ على الانشطار النووي أو الاندماج لتوليد الدفع بدلاً من الوقود الكيميائي ، والذي كان الدعامة الأساسية لوكالة ناسا وجميع وكالات الفضاء الأخرى حتى الآن. وفقًا لتقديرات وكالة ناسا ، فإن مفهوم NTP الأكثر تعقيدًا سيكون له حد أقصى للدفعة المحددة 5000 ثانية (50 كيلو نيوتن / ثانية / كجم).
باستخدام هذا المحرك ، يقدر علماء ناسا أن الأمر سيستغرق مركبة فضائية فقط 90 يومًا للوصول إلى المريخ عندما كان الكوكب في 'المعارضة' - أي على مسافة 55.000.000 كم من الأرض. تم تعديلها لمسافة 1.2 AUs ، وهذا يعني أن السفينة المجهزة بنظام الدفع NTP / NEC يمكنها القيام بالرحلة في حوالي 293 يومًا (حوالي تسعة أشهر وثلاثة أسابيع). بطيئة بعض الشيء ، لكنها ليست سيئة بالنظر إلى وجود التكنولوجيا.
هناك طريقة أخرى مقترحة للسفر بين النجوم تأتي في شكل جهاز دفع التجويف الرنيني بترددات الراديو (RF) ، والمعروف أيضًا باسم محرك EM. اقترح في الأصل عام 2001 روجر ك. شاوير ، عالم بريطاني بدأ ابحاث دفع الأقمار الصناعية المحدودة (SPR) لجعلها تؤتي ثمارها ، تم بناء محرك الأقراص هذا حول فكرة أن تجاويف الميكروويف الكهرومغناطيسية يمكن أن تسمح بالتحويل المباشر للطاقة الكهربائية إلى الدفع.
مفهوم الفنان لمركبة بين النجوم مجهزة بمحرك EM. الائتمان: مركز ناسا لرحلات الفضاء
وفقًا للحسابات المستندة إلى النموذج الأولي لوكالة ناسا (والذي أسفر عن تقدير للطاقة يبلغ 0.4 نيوتن / كيلوواط) ، يمكن لمركبة فضائية مجهزة بمحرك EM أن تقوم برحلة إلى المريخ في غضون عشرة أيام فقط. تم تعديلها لرحلة إلى حزام الكويكبات ، لذا فإن المركبة الفضائية المجهزة بمحرك كهرومغناطيسي ستستغرق ما يقدر بـ 32.5 يومًا للوصول إلى حزام الكويكبات.
مثير للإعجاب ، نعم؟ لكن بالطبع ، هذا يعتمد على مفهوم لم يتم إثباته بعد. لذلك دعونا ننتقل إلى اقتراح جذري آخر ، وهو استخدام السفن المجهزة بمحرك مادة مضادة. المادة المضادة ، التي تم إنشاؤها في مسرعات الجسيمات ، هي الوقود الأكثر كثافة الذي يمكن أن تستخدمه. عندما تلتقي ذرات المادة بذرات المادة المضادة ، فإنها تفني بعضها البعض ، وتطلق كمية هائلة من الطاقة في هذه العملية.
وفقا ل معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC) ، التي تبحث في التكنولوجيا ، سيستغرق الأمر فقط 10 ملليغرام من المادة المضادة لدفع مهمة بشرية إلى المريخ في 45 يومًا. بناءً على هذا التقدير ، يمكن لمركبة مزودة بمحرك مضاد للمادة وبنحو ضعف كمية الوقود أن تقوم برحلة إلى حزام الكويكبات في حوالي 147 يومًا. لكن بطبيعة الحال ، فإن التكلفة الباهظة لإنتاج المادة المضادة - جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن المحرك القائم على هذه المبادئ لا يزال نظريًا في هذه المرحلة - يجعله احتمالًا بعيد المنال.
في الأساس ، يستغرق الوصول إلى حزام الكويكبات وقتًا طويلاً ، على الأقل عندما يتعلق الأمر بالمفاهيم المتوفرة لدينا حاليًا. باستخدام مفاهيم الدفع النظرية ، يمكننا تقليل وقت السفر ، لكن الأمر سيستغرق بعض الوقت (والكثير من المال) قبل أن تصبح هذه المفاهيم حقيقة. ومع ذلك ، مقارنة بالعديد من المهام المقترحة الأخرى - مثل أوروبا وإنسيلادوس - وقت السفر أقصر ، والأرباح واضحة تمامًا.
كما ذكرنا سابقًا ، هناك موارد كافية - في شكل معادن ومواد متطايرة - في حزام الكويكبات لتستمر إلى أجل غير مسمى. وإذا وجدنا يومًا ما طريقة فعالة من حيث التكلفة لإرسال المركبات الفضائية إلى هناك بسرعة ، فيمكننا الاستفادة من هذه الثروة والبدء في الدخول في عصر ما بعد الندرة! ولكن كما هو الحال مع العديد من المقترحات الأخرى ومفاهيم المهمة ، يبدو أننا سنضطر إلى الانتظار في الوقت الحالي.
لقد كتبنا العديد من المقالات حول حزام الكويكبات لـ Universe Today. هنا من أين تأتي الكويكبات؟ و لماذا لا يهدد حزام الكويكبات المركبة الفضائية ، و لماذا لا يعتبر حزام الكويكبات كوكبًا؟ .
تأكد أيضًا من معرفة ما هو ملف أكبر كويكب في المجموعة الشمسية وحول الكويكب الذي سمي باسمه ليونارد نيموي . وهنا 10 حقائق مثيرة للاهتمام حول الكويكبات .
لدينا أيضًا العديد من المقالات الشيقة حول مهمة مركبة Dawn الفضائية فيستا و سيريس ، و كويكب مينين ز.
لمعرفة المزيد ، تحقق من صفحة علوم الكواكب والقمر التابعة لوكالة ناسا على الكويكبات ، و بيانات Hubblesite الإخبارية حول الكويكبات .
يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات الشيقة حول الكويكبات ، مثل الحلقة 55: حزام الكويكب و الحلقة 29: الكويكبات تجعل الجيران سيئين .
مصادر: