تقرير خاص
الخطة المباشرة لبعثة المريخ(*)
في هذه المقالة يقوم <R. زوبرين> [وهو أحد كبار المدافعين عن
تمويل بعثات مأهولة إلى المريخ] بشرح خطته غير المكلفة نسبيا
لإرسال رواد فضاء إلى الكوكب الأحمر خلال عقد من الزمن.
< R. زوبرين>
“ها هو الفضاء، ونحن عازمون على اقتحامه.”… هذه كلمات قالها الرئيس الأمريكي < F.J. كِنيدي> عام 1962، حين قررت الولايات المتحدة إرسال إنسان إلى القمر في غضون عشر سنوات. بيد أن برنامج الفضاء الأمريكي، خلال معظم السنوات الثلاثين التي أعقبت هبوط مركبات أپولو على القمر، كان يفتقر إلى رؤية واضحة لما يجب أن يكون عليه الهدف التالي للبرنامج؛ لكن الإجابة بسيطة: الهدف هو الاستكشاف البشري للمريخ واستيطانه.
لا يقع هذا الهدف خارج حدود الإمكان، إذ إنه لا يتطلب بناء سفينة فضائية عملاقة مزودة بتجهيزات غير عادية. وفي الحقيقة، فإن جميع التقانات اللازمة لإرسال بشر إلى المريخ متوافرة حاليا. ومن الممكن بلوغ هذا الكوكب الأحمر بسفينة فضائية صغيرة نسبيا تُطلق مباشرة إلى المريخ بوساطة صواريخ معززة booster rockets بالتقانة نفسها التي مكّنت حمل رواد الفضاء إلى القمر قبل أكثر من ربع قرن. ومفتاح النجاح هو سلوك الاستراتيجية نفسها التي اعتمدها أوائل المستكشفين لكوكبنا، وهي: السفر بأقل قدر ممكن من الأمتعة، والتكيف مع الظروف المستجدة. ويمكن أن تصل أول بعثة يقودها ملاحون إلى المريخ في غضون عقد من الزمن. وهذه كيفية تنفيذ الخطة المقترحة ـ التي سأسميها المشروع المباشر لبعثة المريخ Mars Direct project.
في وقت ليس بالبعيد جدا ـ قد يكون عام 2005 ـ سيُطلق من كيپ كاناڤيرال بفلوريدا صاروخ معزِّز وحيد ذو طاقة رفع عالية، قدرته تعادل قدرة صواريخ ساتورن الخمسة التي استخدمت في مرحلة بعثة أپولو. وحين تبلغ السفينة ارتفاعا كافيا في جو الأرض، تنفصل المرحلة العليا من الصاروخ عن المعزز الذي أكمل مهمته، وتشغِّل محركها وتقذفُ مركبة غير مأهولة وزنها 45 طنا متريا لتسلك مسارا إلى المريخ.
هذه المركبة هي مركبة العودة إلى الأرض Earth Return Vehicle ERV التي، كما يدل اسمها، بُنيِت لإعادة رواد الفضاء من المريخ إلى الأرض. ولكن لا وجود لبشر في هذه الرحلة، إذ إن ما تحمله المركبة هو ستة أطنان من الهدروجين السائل، ومجموعة من الضواغط، ووحدة معالجة كيميائية مؤتمتة، وبضع عربات جوالة متواضعة الحجم للبحوث العلمية، ومفاعل نووي صغير طاقته 100 كيلوواط مركَّب على مؤخرة عربة جوالة أكبر من الأخرى تحصل على طاقة تشغيلها بوساطة مزيج من الميثان والأكسجين؛ علما بأن صهاريج الميثان والأكسجين الخاصة بمركبة العودة إلى الأرض، غير مزودة بالوقود.
عند اقتراب هذه المركبة من المريخ، وذلك بعد ثمانية أشهر من الإقلاع، تبطئ من اندفاعها مستفيدة من الاحتكاك بين درعها الواقي من الحرارة وجو الكوكب ـ وهذه تقنية تسمى الكبح الهوائي aerobracking. وإذ ذاك تدخل المركبة في مدار حول المريخ، ثم تهبط على سطحه مستعملة مظلات الهبوط والصواريخ الكابحة retrorockets. وحالما تجثم السفينة على السطح، يقوم العلماء الذين يعملون بالتحكم في البعثة من الأرض بدفع العربة الجوالة الكبيرة إنساليا(1) من بُعْدtelerobotically إلى خارج مركبة العودة، ويحركون العربة بضع مئات من الأمتار بعيدا عن المركبة. ثم يُخرِج هؤلاء المتحكمون في البعثة من المركبة المفاعلَ النووي الذي سيوفر الطاقة للضواغط ووحدة المعالجة الكيميائية.
وفي داخل هذه الوحدة يتفاعل الهدروجين الذي جُلِب من الأرض مع جو المريخ ـ الذي يؤلف ثنائي أكسيد الكربون نسبة 95% منه ـ وذلك لتوليد الماء والميثان. وهذه العملية التي تسمى المثننة methanation، تخلِّصنا من الحاجة إلى تخزين طويل الأمد لوقود الهدروجين السائل القرّي (الكريوجيني) cryogenic، وهذه مهمة شاقة. فالميثان يُسَيَّل ويخزن، كما تحلَّل جزيئات الماء كهربائيا إلى هدروجين وأكسجين. بعد ذلك يُحتفَظ بالأكسجين كي يُستعمل فيما بعد، أما الهدروجين فيستعاد recycled بوحدة المعالجة الكيميائية لتوليد مزيد من الماء والميثان.
وفي النهاية يوفر هذان التفاعلان، المثننة والتحليل الكهربائي، 48 طنا من الأكسجين و24 طنا من الميثان؛ وهذان كلاهما سيُحرقان في نهاية الأمر كوقود داسر (دافع) صاروخي يستعمل في رحلة عودة رواد الفضاء. وللتوثق من أن مزيج الميثان والأكسجين سيحترق احتراقا فعالا، لا بد من توليد 36 طنا إضافيا من الأكسجين، وذلك بفصل الأكسجين والكربون الموجودين في ثنائي أكسيد الكربون الموجود في المريخ. وتستغرق كامل العملية عشرة أشهر نكون في نهايتها قد ولّدنا ما مجموعه 108 أطنان من الوقود الداسر المكون من الميثان والأكسجين. وهذه الكمية من الوقود الداسر اللازم لرحلة العودة أكبر ثماني عشرة مرة من الكمية الأصلية التي استُعملت لتوليدها.
تتطلب الرحلة إلى الأرض 96 طنًا من الوقود الداسر، أما الأطنان الاثنا عشر الزائدة فتُستعمل في تشغيل العربة الجوالة. ومن الممكن أيضا توليد مخزونات احتياطية من الأكسجين الذي يلزم للتنفس ولتحويله إلى ماء باتحاده مع الهدروجين الذي أُحضر من الأرض. إن القدرة على توليد الأكسجين والماء على المريخ تخفِّض كثيرا من كمية المؤن التي يجب حملها من الأرض.
وما إن يعمل كل شيء بنجاح في الموقع المختار على المريخ، يقلع معزِّزان أو أكثر من كيپ كاناڤيرال عام 2007، ويتوجهان ثانية بحمولتهما نحو المريخ. وأحد المعزِّزيْن هو مركبة غير مأهولة للعودة إلى الأرض، وهي تشبه تماما تلك التي تكون قد أُطلقت عام 2005. أما الثاني فمكون من سفينة مأهولة على متنها أربعة ملاحين من الرجال والنساء ومؤونة تكفيهم ثلاثة أعوام. وتحمل السفينة معها أيضا عربة جوالة أرضية مزودة بوقود مضغوط من الميثان والأكسجين، تمكِّن رواد الفضاء من القيام بعمليات استكشاف تتطلب قطع مسافات طويلة في بيئة دافئة.
إن بعثة بشرية إلى المريخ ستسمح لرواد الفضاء بالبحث عن علامات على وجود حياة على هذا الكوكب الأحمر (الشكل العلوي). وطبقا للخطة المباشرة لبعثة المريخ، ستهبط أولا على سطح الكوكب مركبة عودة إلى الأرض غير مأهولة، لتنجز الأعمال التحضيرية لاستقبال رواد الفضاء بعد سنتين من ذلك (الشكل الأوسط). ومن الممكن إرسال بعثات أخرى كل سنتين، مخلفة وراءها شبكة من القواعد شبيهة بما هو ممثل هنا (الشكل السفلي). |
وصول رواد الفضاء
من الممكن خلال الرحلة توليد ثقالة gravity اصطناعية تعادل ثقالة المريخ، وذلك بأن يُمَدَّ أولا حبل بين الوحدة المأهولة ومعزز المرحلة العليا ـ الذي نفد وقوده ـ من الصاروخ. بعد ذلك يُسمح للمجموعة المكوّنة من الحبل والمعزز بأن تدوِّم بمعدل دورة واحدة في الدقيقة مثلا. ويزيل مثل هذا الإجراء أية مخاوف تتعلق بالآثار الصحية للثقالة الصفرية على رواد الفضاء. ثم إن تَعرُّض الملاحين للإشعاع سيكون أيضا في الحدود المقبولة. فإشعاع ألسنة اللهب الشمسية، المكونة من بروتونات طاقاتها تقدر بنحو مليون إلكترون ڤلط، يمكن أن تُعتَرض بدرع واق من الماء أو المؤن سمكه 12 سنتيمترا، كما ستكون هناك كمية من المواد على متن السفينة الفضائية تكفي لبناء ملجأ مناسب من العواصف يُستعمل عند الضرورة. أما جرعة الأشعة الكونية المتبقية، وتقدر بزهاء 50 ريم rems طوال مدة البعثة التي تستمر سنتين ونصف السنة، فتمثل خطرا إحصائيا للإصابة بالسرطان نسبته نحو 11 في المئة، وهو تقريبا الخطر نفسه الناجم عن التدخين طوال هذه المدة نفسها.
وعند الوصول إلى المريخ، تُلقي السفينة المأهولة بالحبل إلى المعزز، وتُكْبح هوائيا، ثم تهبط في الموقع 2005 ـ وهو موقع السفينة التي أطلقت عام 2005. ويتعين على المنارات الموجودة في هذا الموقع أن تمكّن السفينة الجديدة من الهبوط في البقعة الصحيحة تماما، بيد أنه إذا لم يتم الهبوط في الموقع المطلوب، وكان بعيدا عنه عشرات، بل مئات من الكيلومترات، فإن رواد الفضاء يستطيعون، مع ذلك، التوجه إلى الموقع الصحيح باستعمال عربتهم الجوالة. وإذا ما حدث الاحتمال البعيد، وهو هبوط السفينة بعيدا عن هذا الموقع آلاف الكيلومترات، فإن مركبة العودة إلى الأرض الثانية التي أُطلقت مع السفينة غير المأهولة يمكن أن تعمل كنظام للمساندة. وإذا فشل هذا النظام أيضا، فإن المؤن الإضافية الموجودة في السفينة المأهولة تضمن بقاء الملاحين على قيد الحياة إلى حين إرسال مركبة عودة ثالثة ومؤن إضافية عام 2009.
قد يبدو شكل الوحدة السكنية المعدة للهبوط على المريخ، في الفضاء بين الكواكب وعلى المريخ مشابها لهذا الشكل. فقسمها العلوي، المبين هنا، سيحوي مهاجع للنوم لأربعة أشخاص ومختبرا ومكتبة وغرفة لإعداد الطعام وأخرى للتمارين الرياضية. وسيكون الملجأ من عواصف ألسنة اللهب الشمسية واقعا في مركز الوحدة. وسيكون الطابق السفلي (غير المبين هنا) حظيرة للعربات وورشة ومنطقة للتخزين. وخلال الرحلة إلى المريخ، يمكن أن تولد منظومة من الحبال ثقالة اصطناعية. |
ولكن المستوى الحالي للتقانة يجعل احتمالات الهبوط الخاطئ ضئيلة. ولو افترضنا أن رواد الفضاء سيصلون في سفينتهم إلى الموقع 2005 كما في المخطط، فإن المركبة الثانية للعودة إلى الأرض تحط على مسافة عدة مئات من الكيلومترات بعيدا عن هذا الموقع. ومركبة العودة الجديدة هذه، كسابقتها، تشرع في صنع الوقود الداسر، ولكن في هذه المرة من أجل بعثة 2009، التي ستنطلق بدورها مع سفينة إضافية للعودة لكشف موقع ثالث على المريخ.
وهكذا ـ وفقا للخطة المباشرة لبعثة المريخ ـ ستطلق الولايات المتحدة وشركاؤها الدوليون كل سنتين صاروخين معززين لهما طاقة رفع عالية: أحدهما لنقل فريق من أربعة أشخاص للإقامة على المريخ، والآخر لتهيئة موقع جديد للبعثة التالية. ومعدل عمليات الإطلاق ـ وهو عملية واحدة في العام ـ لا يمثل إلا 15 في المئة تقريبا من معدل عمليات الإطلاق التي تقوم بها الولايات المتحدة حاليا للمكوكات الفضائية. وفي الواقع، فإن استراتيجية العيش خارج الأرض التي تنتهجها الخطة المباشرة لبعثة المريخ تستبعد الأفكار الخيالية لإرسال بعثة مأهولة إلى المريخ على متن سفن فضائية عملاقة، وتقدم حلا لا يتجاوز في صعوبته الصعوبات التي رافقت إرسال بعثات أپولو إلى القمر.
سيقيم الرجال والنساء المرسلون إلى المريخ سنة ونصف السنة على سطحه، وسيستفيدون من العربات الأرضية في إجراء عمليات استكشاف واسعة لهذا السطح. ولما كانت كمية الوقود الاحتياطية المخصصة لهذه الشاحنات 12 طنا، فبإمكان رواد الفضاء التجوال مسافة تتجاوز 000 24 كيلومتر خلال إقامتهم، وهذا يوفر لهم الحركة اللازمة لإجراء تنقيب واسع عن أدلة على وجود حياة سابقة أو حالية على المريخ ـ وهذا بحث أساسي لتبيان ما إذا كانت الحياة هي ظاهرة تنفرد بها الأرض أو أنها شائعة في الكون.
ونظرا إلى أنه لن يُتْرك أحد في المدار، فإن الملاحين سيستفيدون من الثقالة الطبيعية والوقاية من الإشعاع التي يوفرها لهم جو المريخ. ونتيجة لهذا، لا حاجة إلى عودة سريعة إلى الأرض؛ وهذه عقدة كانت تصيب خطط البعثات التقليدية المؤلفة من سفينة رئيسية تسير في المدار ومركبات هبوط صغيرة ترسل إلى السطح. وفي نهاية إقامة الرواد على المريخ، سيعودون بطيران مباشر على متن مركبة العودة إلى الأرض. ومع تقدم سلسلة البعثات، فإنها ستترك خلفها مجموعة من القواعد الصغيرة على المريخ، وهذا يجعل مساحات واسعة من هذا الكوكب مفتوحة لمواصلة استكشافه من قبل البشر ولاستيطانه في نهاية المطاف.
وفي عام 1990 ـ الذي قدَّمتُ فيه مع زميلي < A.D .بيكر > (وكنّا نعمل معا لدى الشركة Martin-Marietta، التي هي الآن قسم من الشركة لوكهيد مارتن) إلى ناسا الخطة الأساسية المباشرة لبعثة المريخ ـ اعتبرت هذه الوكالة الخطة متطرفة جدا. بيد أن التشجيع الذي لاقته الخطة منذ ذلك الحين من قبل < M .گريفن> [المدير المساعد السابق لناسا لشؤون الاستكشاف] و<S.D. گولدين> [المدير الحالي لناسا] جعل المجموعة المسؤولة عن تصميم بعثات بشرية إلى المريخ في مركز جونسون الفضائي التابع لناسا، تقرر إلقاء نظرة أخرى على خطتنا.
جمعية المريخ
في عام 1994 أجرى الباحثون في مركز جونسون الفضائي تقديرا لتكلفة برنامج مبني على خطة أكبر بمقدار الضعف تقريبا من الخطة المباشرة لبعثة المريخ، وكانت النتيجة هي 50 بليون دولار. ومن الجدير بالذكر أنه سبق للمجموعة ذاتها عام 1989 تقدير تكلفة الطريقة التقليدية المرهقة لإرسال بعثة مأهولة تعتمد على تجميع سفن فضائية عملاقة في المدار، فتوصلت إلى أن هذه التكلفة هي 400 بليون دولار. وأعتقد أنه إذا أُجري مزيد من الدراسة على تصميم خطتنا، فقد يكون بالإمكان تخفيض التكلفة إلى ما بين 20 و 30 بليون دولار. وبصرف هذا المبلغ على مدى 10 سنوات، فإنه سيمثل إنفاقا سنويا نسبته نحو 20 في المئة من الميزانية السنوية لناسا، أو نحو 1 في المئة من الميزانية العسكرية للولايات المتحدة. إنه ثمن قليل يدفع لكشف عالم جديد.
تنطلق مركبة العودة إلى الأرض من سطح المريخ حاملة على متنها أربعة ملاحين (في اليمين). ويفصل الجدولان (في الأعلى) الحمولات الصافية لمركبة العودة إلى الأرض وللوحدة السكنية المعدة للهبوط على المريخ، كل على حدة. |
ومن أجل حشد الدعم الشعبي للقيام بجهود مكثفة لاستكشاف المريخ بشريا وإنساليا، ولتحفيز إرسال بعثات تتلقى تمويلا من القطاع الخاص، فقد أنشئت جمعية المريخ Mars Societyعام 1998. وتقوم هذه الجمعية، في سياق أول مشروعاتها الخاصة، ببناء قاعدة محاكاة مريخية على فوهة هوتون، الناتجة من صدمة نيزكية، والموجودة في جزيرة ديڤون في القسم الكندي من المنطقة القطبية الشمالية. إن وجوه الشبه المناخية والجيولوجية بين هذه المنطقة والكوكب الأحمر جعلها تستحوذ على اهتمام علماء ناسا فترة من الزمن. وستدعم محطة البحوث القطبية الشمالية الخاصة بالمريخ Mars Arctic Research Station MARS التابعة للجمعية تنفيذ دراسة شاملة للغاية لهذه البيئة، كما أنها ستوفر موقعا للاختبارات الميدانية لتكتيكات الاستكشاف البشري وللنماذج الأولية للتجهيزات، ومن ضمنها وحدات السكن ونظم الحركة الأرضية والنظم الكهربائية الضوئية والأجهزة المتخصصة بالحفر. وتقضي الخطة الحالية بتشغيل قاعدة MARSعلى جزيرة ديڤون بحلول صيف العام 2000. وسوف يكون هذا أمرا ممكنا بميزانية قدرها نحو بليون دولار.
ونأمل أن تمكِّن المصداقية التي وطدها هذا المشروعُ الجمعيةَ من توسيع مصادر تمويلها. وإذا حدث ذلك، فبمقدورها تمويل بعثات إنسالية إلى المريخ، وبعدها بعثات بشرية، وربما يحدث ذلك على أساس اقتسام التكلفة مع ناسا ووكالات حكومية أخرى. بيد أنه من الواضح أن أسرع طريقة لإرسال بشر إلى المريخ هي تقديم شرح للحكومة عن أسباب ضرورة استثمارها في هذا المشروع. ولهذا السبب أطلقت الجمعية حملة تثقيفية موجهة إلى السياسيين وإلى آخرين ممن يشغلون بعض مراكز القوى.
وسيأتي اليوم الذي سيعيش فيه ملايين الناس على المريخ. ترى، ما اللغة التي سيتحدثون بها؟ وما القيم والتقاليد التي سيتمسكون بها عندما ينتقلون إلى بقاع أخرى من النظام الشمسي أو إلى بقاع أبعد منه؟ ولدينا اليوم الفرصة لنكون الآباء والمؤسسين والمشكلين لفرع جديد من العائلة البشرية. وإذا فعلنا ذلك، فإننا نكون قد وضعنا بصماتنا على المستقبل؛ إنه امتياز يتجاوز تقديراتنا.
المؤلف
Robert Zubrin
رئيس جمعية المريخ ومؤسس مجموعة الملاحة الفضائية الريادية Pioneer Astronautics التي تُجري بحوثا تهدف إلى تطوير عملية الاستكشاف الفضائي. وزوبرين هو مؤلف الكتابين: The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why we Must (1996). و Entering Space: Creating a Space – Faring Civilization (1999).
(*) The Mars Direct Plan
(1) نسبة إلى إنسالة robot، وهذه نحت من إنسان-آلي. (التحرير)
