أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
فضاءملف خاص

ناسا تخطط لإنشاء قاعدة قمرية دائمة. ما الذي يتطلبه بناؤها؟

تريد الولايات المتحدة بناء قاعدة بشرية طويلة المدى على سطح القمر بحلول عام 2030. إليك كل التقنيات المطلوبة، من محطة فضائية في مدار حول القمر إلى وسيلة لتجنب «حمى القش في الفضاء»

أقوى صاروخ تم بناؤه على الإطلاق موجود على منصة الإطلاق في فلوريدا. عبر الاتصال الداخلي، تستمع حشود من المتفرجين إلى العد التنازلي – «4، 3، 2 …» – ثم يعلو الضجيج من الجزء السفلي من الصاروخ في. تنتقل الاهتزازات أولاً عبر باطن أقدام المراقبين ثم تضرب أجسامهم مثل موجة المحيط. نفاثات البخار والنار تتصاعد من الخرسانة، وفجأة يندفع الصاروخ نحو السماء. يشاهد رواد الفضاء الريف يتقلص أسفلهم عندما يبدؤون رحلتهم إلى القمر.
قد يكون هذا المشهد منذ ستة عقود – أو قد يكون من بضع سنوات في المستقبل. فستبدو عمليات إطلاق بعثات آرتميس Artemis -التي تأمل الولايات المتحدة بإعادتها البشر إلى القمر قريباً- مشابهة جداً لإطلاق أبولّو Apollo في الستينات القرن العشرين. ولكن هذا هو الحد الذي ينتهي عنده التشابه. ويقول ستيف كريش Steve Creech من ناسا: «كان برنامج أبولو رائعاً، ولكن الكثير من دوافعه كان لإثبات أنه يمكننا القيام بذلك. أنا لا أقول إنه لم يكن مهماً، لكن هذه المرة نريد أن نفعل ذلك بطريقة مستدامة وتؤدي إلى خطوات تالية». بعبارة أخرى، هذا لا يتعلق فقط بالعودة إلى القمر. إنها أول ومضات لما يأمل الكثيرون بأن تكون حملة مستدامة لاستكشاف الإنسان للفضاء.
وبالكاد يمكن لخطط ناسا أن تكون أكبر مما هي عليه الآن. فهي تشمل رواد فضاء يقودون عربات على سطح القمر، وقواعد طويلة الأمد مزودة بشبكات الطاقة، وعمليات التعدين. ومع الخطوات الأولى التي تم اتخاذها بالفعل، من المقرر أن يحدث هذا بحلول نهاية العقد تقريباً. كل هذا يبدو طموحاً جداً – وهنا يطرح سؤال: ما التقنيات الجديدة التي ستتطلبها مثل هذه الأعمال البطولية المُغامِرة؟

ما هي أهداف بعثات آرتميس؟
بادئ ذي بدء، ستكون مهمات آرتميس إلى حد كبير تكرارا للمآثر التي تحققت خلال سباق الفضاء. سوف تمر بعثة آرتميس 1 Artemis I)) من على بعد 100 كيلومتر فوق سطح القمر ومداره لعدة أيام، مما يسمح باختبار مركبة أورايون Orion -الكبسولة المخصصة لحمل رواد الفضاء- في الفضاء. ستشمل بعثة آرتميس 2 (Artemis II)، المخطط لها في عام 2024، تحليقاً بطاقم بالقرب من القمر. وبعد ذلك، في عام 2025، فإن المهمة الثالثة في البرنامج لرؤية مُخصَّصة لرؤية البشر يهبطون ويمشون على القمر مرة أخرى، بما في ذلك أول امرأة تقوم بذلك. «أعتقد أن رؤية النساء، والملونين، والجيل القادم، يمشون على القمر يمكن أن يثير الكثير مما أثاره في ستينات القرن العشرين، فيمكن أن يلهم الناس للتوجه إلى العلم، ويدفع تطوير أحدث التقنيات»، كما يقول لوري غارفر Lori Garver، النائب السابق لمدير وكالة ناسا.
من هنا، الخطة هي أن تتغير الأشياء بشكل جذري. في البدء، تهدف ناسا إلى إنشاء محطة فضائية تعرف بـ غيت واي (البوابة) Gateway تدور في مدار حول القمر. الفكرة هي أن هذا سيسمح لمركبة هبوط قابلة لإعادة الاستخدام بالتنقل بين المدار والسطح، مما يجعل الرحلات إلى سطح القمر أرخص وأسهل. وقد تعاقدت الوكالة بالفعل مع شركة نورثروب غرومان Northrop Grumman للفضاء لبناء عنصرين أساسيّين لغيت واي: مكان يعيش فيه رواد الفضاء، يُعرف بـ«موئل» Habitation والقاعدة الأمامية للوجستيات Logistics Outpost، وقسم لتوفير الطاقة والدفع. فستحمل بعثة آرتميس 4 (Artemis IV)، الذي قد تُطلق في النصف الثاني من القرن الحادي والعشرين، هذه المكونات إلى مدار حول القمر. وستكون بعثة آرتميس 5 (Artemis V) -وهي آخر مهمة خططت لها ناسا رسمياً (من دون تاريخ محدد حتى الآن)- أول من يرى البشر يقودون مركبة Rover على سطح القمر. كما ستنقل هذه البعثة وحدة جديدة للتزود بالوقود إلى غيت واي، وهي الوحدة التي تبنيها وكالة الفضاء الأوروبية والشركات الشريكة.
بصرف النظر عن كل تلك البنية التحتية الجديدة، فإن العلم المُطبَّق في هذه المهام سيكون مختلفاً أيضاً. الخطة هي أن تكون عمليات هبوط آرتميس بالقرب من القطب الجنوبي للقمر، وهو أمر ذو أهمية خاصة بسبب وفرة الجليد المائي (انظر: التزحلق خارج الحلبة). سيحتاج رواد الفضاء الذين يبقون على القمر إلى مصدر محلي لمياه الشرب، فالمياه ثقيلة جداً بحيث لا يمكن نقلها
من الأرض. إضافة إلى ذلك، يمكن شطر الماء إلى أكسجين وهيدروجين، الأول حيوي للتنفس والثاني للوقود لتشغيل الصواريخ التي يمكن أن تنطلق من موقع انطلاق القمر إلى المريخ وأماكن أخرى.

 

تهدف ناسا إلى إنشاء محطة فضائية تعرف بـ غيت واي (البوابة) Gateway تدور في مدار حول القمر

 

الجليد المائي للقمر
الجليد المائي للقمر أبرد بكثير من مكعبات الثلج في مجمدتك (فريزر)، ويتوزَّع عبر صخرة القمر. إن فهم كيفية تصرف الجليد، وكيف يمكننا الاستفادة منه على أفضل وجه، سيكون أمراً بالغ الأهمية، وسيتطلب مجموعة من التقنيات الجديدة. ومن المقرر أن تبدأ الأبحاث في وقت لاحق من هذا العام، عندما تحاول مركبة هبوط آلية تسمى نوڤا-سي Nova-C، وهي شراكة بين وكالة ناسا وشركة الفضاء الأمريكية إنتيوتيف ماشينز (آلات بديهية) Intuitive Machines، حفر ما يقرب من متر في «التربة» القمرية لاستخراج الجليد وتحليله.
ستأتي الخطوة التالية عندما يعود البشر إلى القمر كجزء من بعثة آرتميس 3. وسيكون الهدف الأساسي لمهمتهم هو استرداد عينات الجليد وإعادتها إلى الأرض، حيث يمكن تحليلها تحليلا أكثر شمولاً. قد يبدو هذا بسيطاً – لدينا مجمدات، بعد كل شيء. لكننا سنحتاج إلى ابتكار نوع خاص منها. إذ تقول إريكا ألفاريز Erika Alvarez، وهي أحد أعضاء فريق أرتميس التابع لناسا: «يجب أن تظل العينات شديدة البرودة في معظم الأوقات، لذلك يجب أن نتمكن من نقل المجمدات على جميع مركباتنا والبقاء باردة».
لا يقتصر اهتمام العلماء على الجليد في قشرة القمر فحسب، فقد أعلنت الصين مؤخراً أن عينات من القمر -التي عادت إلى الأرض في عام 2020 من خلال مهمة تشانغ إيه 5 (Chang’e-5)- تحتوي على معدن غير معروف سابقاً. يحتوي هذا المعدن على الفوسفات، وهو عنصر غذائي رئيسي للنباتات، والهيليوم 3، والذي يمكن استخدامه كوقود.
في النهاية، تتمثل الخطة ببناء موطن على السطح يسمى معسكر قاعدة أرتميس Artemis Base Camp، بحيث يمكن لرواد الفضاء البقاء على سطح القمر لأيام أو ربما حتى أسابيع، لجمع العينات والبيانات. وعلى الرغم من أنها قد تبدو خطوة صغيرة من قضاء بضع ساعات على السطح إلى البقاء لبضعة أيام، إلا أنها تتطلب قفزة هائلة في التكنولوجيا.

بناء قاعدة قمرية وتزويدها بالطاقة
قبل أن يتمكنوا من البدء ببناء قاعدة، سيحتاج المستكشفون إلى شبكة طاقة. ستكون الطاقة الشمسية ممكنة، لكن ينبغي أن تظل القاعدة عاملة خلال فترات الظلام التي تستمر نحو أسبوعين. إذ يمكن أن تنخفض درجات الحرارة خلال هذه الفترات إلى أقل من -173 °س (279 درجة فهرنهايت). وتقول ماري لين ديتمار Mary Lynne Dittmar من شركة آكسيوم سبيس Axiom Space الخاصة: «يجب أن تكون لديك شبكة يمكنها الحفاظ على نفسها في تلك البيئة، ويمكنها توليد طاقة كافية للقيام بكل شيء بدءاً من دعم الحياة إلى الحفاظ على الأضواء وحتى الدعم التشغيلي». هذا، وتعمل ناسا مع وزارتي الطاقة والدفاع الأمريكيتين لتطوير محطة طاقة نووية صغيرة للقاعدة.
وبعد حل مشكلة الطاقة، تبقى هناك مشكلة بناء القاعدة فعليا. عندما يتعلق الأمر برحلات الفضاء، فإن الكتلة هي كل شيء – ليس من الممكن إرسال معظم المواد لبناء معسكر قاعدة كامل، إلى جانب الأدوات والإمدادات الضرورية ورواد الفضاء أنفسهم، إلى القمر. بدلاً من ذلك، تقوم عدة فرق من الباحثين بتقييم كيفية صنع مواد البناء من الموارد التي ستكون متاحة بسهولة على القمر. قد يعني هذا تعدين الأحجار، وصنع الطوب من الغبار القمري، أو حتى الطباعة ثلاثية الأبعاد بمواد مصنوعة من الغبار.
المشكلة هي أن التعامل مع غبار القمر أمر صعب جدا. نظراً لعدم وجود رياح أو أمطار لتنعيم الجسيمات، فهي شائكة ومشحونة إلكتروستاتيكياً، مما يعني أنها تلتصق بكل شيء، بما في ذلك بدلات الفضاء والأدوات. نعلم من بعثات أبولو أنه من الصعب إبقاء غبار القمر خارج غرف معادلة الضغط – وبمجرد دخوله، يمكن استنشاقه، مما يسبب «حمى القش في الفضاء». تعمل ناسا بالفعل على استراتيجيات التخفيف من الغبار، من الطلاء النانوي للمعدات إلى أنظمة تنقية الهواء الخاصة بالمستوطنات. كل ذلك تذكير بأن الحياة اليومية لرواد الفضاء على القمر ستكون بعيدة كل البعد عن الحياة العادية (انظر: «كيف ستكون الحياة على القمر؟»).
إذن، ما مدى صعوبة بناء منزل على القمر؟ جدا، هذا هو الجواب القصير. فإضافة إلى تصميم كل هذه التكنولوجيا الجديدة، سيتعين علينا التأكد من قدرتها على تحمل الإشعاع القادم من الفضاء. مع عدم وجود مجال مغناطيسي لحمايته، فإن القمر معرض لذلك باستمرار. ربما يكون أحد الحلول هو أن الأشخاص الذين يذهبون إلى إنشاء قاعدة على القمر سيتاح لهم خيار العودة إلى الوطن بسرعة إذا احتاجوا إلى ذلك. فبعد عد تنازلي قصير آخر، يمكنهم إطلاق محركات الدفع الخاصة بهم والعودة إلى أحضان الغلاف الجوي للأرض في غضون ثلاثة أيام قصيرة.

التزحلق خارج الحلبة
كانت مهمات عصر أبولو عالقة في الغالب في منطقة صغيرة مضيافة نسبياً على سطح القمر. الآن، نحن مستعدون للاستكشاف على نطاق أوسع.

1. موقع هبوط العربة الجوالة VIPER
اختارت ناسا فوهة نوبيل لتكون موقع الهبوط لمركبتها الجوالة الآلية VIPER في عام 2024. وستبحث هذه المركبية عن الجليد المائي والموارد الأخرى. ومنطقة نوبيل هي في ظل شبه دائم، مما يجعلها واحدة من أبرد الأماكن في المجموعة الشمسية. ومن المحتمل أن تهبط مهمات أرتميس المأهولة بالقرب من هنا أيضاً.

2. موقع تحطم بيريشيت
في عام 2019، اصطدمت هذه المركبة من شركة سبيس آي إل SpaceIL الخاصة بسطح القمر أثناء حملها شحنة من الحيوانات المجهرية تسمى بطيئات المشية (دببة الماء) Tardigrades، وهناك تكهنات بأنها من الممكن أن تظل على قيد الحياة، إلا أن التجارب اللاحقة تشير إلى أنه لابد وأنها انهرست بتأثير الاصطدام.

3. رواسب التيتانيوم
في عام 2011، أنتجت مركبة الاستطلاع المدارية القمرية Lunar Reconnaissance Orbiter -التابعة لناسا- خريطة للقمر كشفت عن العناصر الموجودة على سطحه. من بين الرواسب المفيدة الأخرى، وجدت أن الصخور في بحر الهدوء Sea of Tranquillity تحتوي على كميات كبيرة من التيتانيوم، بل تحتوي بعض المناطق على 10 أضعاف ما هو موجود في الصخور الأرضية النموذجية.

4. جليد الماء
أظهرت الدراسات المتتالية أن المناطق المظللة والباردة على سطح القمر – مساحة إجمالية تبلغ نحو 40 ألف كيلومتر مربع – يجب أن تحتوي على جليد مائي. ويمكن لرواد الفضاء حصاد هذا لإنتاج الأكسجين للتنفس ووقود الهيدروجين.

 

كيف ستكون الحياة على القمر؟
القطب الجنوبي للقمر، عام 2037. فقد قامت وكالة ناسا ومقاولوها ببناء مؤيل يعمل به طاقم من رواد الفضاء -يتم تدوريهم دوريا، يشبه إلى حد كبير محطة الفضاء الدولية ISS إلى حين إغلاقها في عشرينات القرن العشرين. وهناك شبكة كهربائية تستمد الطاقة من الألواح الشمسية، وهناك العديد من المركبات المتجولة متوقفة في الخارج. عندما ينظر الطاقم من النوافذ، يمكنهم فقط رؤية محطة تعدين الجليد المائي في ظل دائم أسفل الفوهة Crater المجاورة.
الحياة هنا ليست نزهة. بسبب معدل دوران القمر البطيء، سيواجه رواد الفضاء فترات أسبوعين من الظلام الكامل ودرجات حرارة تنخفض إلى أقل من -173 °س (279 درجة فهرنهايت)، يليها أسبوعان من أشعة الشمس على مدار الساعة ودرجات حرارة أعلى من 100 °س (212 درجة فهرنهايت). هذا يعني أن النوم يمكن أن يكون تحدياً، وأن الخروج لإجراء الإصلاحات وتنفيذ التجارب العلمية أمرا خطيرا.
يتعامل الطاقم مع هذا بالتخطيط لمغامراتهم في الهواء الطلق لتتزامن مع الفجر القمري، عندما تكون درجات الحرارة أكثر اعتدالا. فقد تمَّ تصميم بدلاتهم أيضاً خصيصاً لعكس ضوء الشمس ومقاومة الحرارة، إضافة إلى أن بها أنظمة تبريد داخلية. يتفق الجميع على أن أحد أفضل الأشياء هو أن البدلات مصممة خصيصاً لمقاس كل شخص، بدلاً من أن تأتي بأحجام قياسية كما في عصر أبولو.
يزيد التأخير Ttime delay للاتصال بالأرض عن ثانية بقليل، لذا يمكنهم إجراء مكالمة فيديو إلى المنزل متى شاؤوا ورؤية وجوه عائلاتهم. من حين إلى آخر، يقوم سائحو الفضاء الأثرياء بزيارتهم، ويجب على رواد الفضاء أن يبتسموا لالتقاط صورة «سيلفي».

 

بقلم ليا كرين

ترجمة Google translate

تنقيح فريق مجلة العلوم

© 2022, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC.

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى