هل الطاقة النووية هي مفتاح استكشاف الفضاء؟ | فضاء

تشهد الطاقة النووية نهضة على الأرض، وفي الفضاء. سواء كنا نتحدث عن القواعد القمرية أو استكشاف الفضاء، فقد تكون الطاقة النووية هي المفتاح لتجاوز حدودنا الحالية.

في 25 أغسطس 2012، عبر المسبار الفضائي الوحيد فوييجر 1 عتبة الفضاء بين النجوم. وفي ذلك الوقت كان يبعد عن الشمس 18 مليار كيلومتر (11 مليون ميل)، وهو ما يتجاوز بكثير جميع كواكب نظامنا الشمسي.

تم إطلاق فوييجر 1 في عام 1977. وبعد مرور 50 عامًا تقريبًا، لا تزال المركبة مستمرة في إرسال المعلومات، وتخترق الفضاء بشكل أعمق. يمكنها أن تفعل ذلك لأنها تعمل بالطاقة النووية.

لطالما كانت الطاقة النووية مصدرًا مثيرًا للجدل للطاقة، وقد شهدت اهتمامًا متجددًا على الأرض لدعم معركتنا ضد تغير المناخ. لكن خلف الكواليس، تواجه الطاقة النووية أيضًا نهضة في الفضاء.

في يوليو/تموز، أعلنت إدارة الطيران والفضاء الوطنية الأمريكية (ناسا) ووكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (داربا) بشكل مشترك أنهما تخططان لإطلاق مركبة فضائية تعمل بالدفع النووي بحلول عام 2025 أو 2026. وتقوم وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بدورها بتمويل مجموعة من الدراسات حول استخدام المحركات النووية لاستكشاف الفضاء. وفي العام الماضي، منحت وكالة ناسا عقدًا لشركة وستنجهاوس لتطوير مفهوم لمفاعل نووي لتشغيل قاعدة قمرية مستقبلية.

وقال الدكتور رامي مسلم، مدير برنامج هندسة المركبات الفضائية في جامعة ليستر: “هناك اهتمام كبير بالتطبيقات النووية الفضائية في الوقت الحالي”. “كلما تعمقنا في استكشاف نظامنا الشمسي وما وراءه، أصبحت الطاقة النووية أكثر جاذبية.”

ليلة قمرية

أحد المشاركين في هذه الطفرة الجديدة هي شركة Zeno Power، وهي شركة أمريكية ناشئة تأسست عام 2018. وقد حصل فريق بقيادة هذه الشركة مؤخرًا على جائزة بقيمة 15 مليون دولار لتطوير ما يسمى بأنظمة الطاقة النووية بالنظائر المشعة لاستخدامها على سطح القمر من قبل وكالة ناسا. تتمتع أنظمة الطاقة النووية الصغيرة وخفيفة الوزن بتاريخ طويل من الاستخدام في الفضاء، ومن المحتمل أن تستخدم النفايات النووية لتشغيل نفسها.

ترغب ناسا والشركاء الدوليون مثل وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في إنشاء قاعدة قمرية وتشغيلها قبل نهاية العقد. ومن المرجح أن تستخدم هذه القاعدة المفاعلات النووية جزئيًا لتوليد الطاقة والحرارة.

تعتبر الطاقة النووية جذابة بشكل خاص للاستخدام على القمر بسبب الظروف القاسية على سطح القمر. يمثل الظلام مصدر قلق خاص للمهام طويلة الأمد. قال تايلر بيرنشتاين، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Zeno Power: “الليلة القمرية تدوم 14 يومًا أرضيًا”. “هناك أيضًا مناطق مظللة بشكل دائم، مثل الحفر. ومن المستحيل توليد الطاقة الشمسية في الظلام، ويمكن أن تصل درجات الحرارة في بعض الأماكن إلى أكثر من 200 درجة مئوية تحت الصفر.

وتأمل برنشتاين أن تكون المفاعلات الأولى جاهزة بحلول عام 2025.

انفجار نووي

ومع ذلك، يعد السفر إلى الفضاء سعيًا محفوفًا بالمخاطر بطبيعته، خاصة مع وجود مواد نووية على متنه. وتنفجر الصواريخ المتجهة إلى الفضاء بانتظام، مما قد يؤدي إلى نشر الحطام النووي عبر الفضاء أو حتى الأرض. هذه حقيقة مثيرة للقلق يواجهها البروفيسور ديل توماس من جامعة ألاباما في هانتسفيل.

يعمل على الدفع بالطاقة النووية. فبدلاً من تشغيل صاروخ من خلال تفاعل كيميائي، يمكننا تشغيله من خلال تفاعل نووي.

حتى الآن، استخدمنا التفاعلات النووية بشكل أساسي لتوفير الكهرباء للمركبات الفضائية، لكن الباحثين مثل توماس يريدون استخدام هذه التفاعلات لدفعها إلى الأمام.

وهذا يحمل إمكانات كبيرة لدفعنا إلى الفضاء، ولكنه يجبرنا أيضًا على إعادة النظر في الطريقة التي نختبر بها محركات الصواريخ. عادة، يتم اختبار هذه المحركات على الأرض، حيث تنفجر أحيانًا أو تتعرض للأعطال. وهذا يعطي المهندسين معلومات أساسية لتحسين تصاميمهم. ومع ذلك، فإن نموذج الاختبار والتثبيت هذا يحتاج إلى التكيف مع الدفع النووي.

وقال توماس لقناة الجزيرة: “إن فشل المحرك النووي في منصة الاختبار ليس فكرة جيدة”. “إن أوضاع فشلها أكثر كارثية من تلك الخاصة بالدفع الكيميائي.”

وبعبارة أخرى، فإن بناء محرك نووي يتطلب من الباحثين أن يكونوا أكثر حذراً، وأن يتأكدوا من عدم حدوث أي فشل. وهذا بدوره يبطئ التنمية.

ويوجد موقف مماثل في إرسال المفاعلات النووية إلى الفضاء لتزويد المركبات الفضائية والقواعد القمرية بالطاقة. وقبل أن نفعل ذلك، يجب عليهم تلبية معايير السلامة العالية، وحتى أن يكونوا مستعدين لتحمل الانفجارات. ولحسن الحظ، لقد اكتشفنا كيفية القيام بذلك. تم إطلاق أول مفاعل نووي إلى الفضاء في وقت مبكر من عام 1965.

وقال مسلم: “يمثل جانب السلامة تحدياً”. “وهذا دائمًا ما يكون في قلب تصميم نظام الطاقة النووية. لكن الخبر السار هو أن لدينا ما يقرب من 60 عامًا من الخبرة في القيام بذلك بأمان.

الأنواع بين الكواكب

وفي المستقبل، قد يتم تشغيل المركبات الفضائية بمحركات نووية. من المحتمل أن ندفعهم إلى مدار حول الأرض باستخدام محركات كيميائية، ثم نقوم بتشغيل دفعهم النووي لدفعهم في مهمات أبعد بكثير من كوكبنا.

قال توماس: “يمكن للدفع الكيميائي أن يخرجنا من الأرض، وحتى إلى القمر”. “ولكن عندما تذهب إلى المريخ وما بعده، فإن الأمر يصل إلى حدوده. سيكون الدفع الذري هو المفتاح لتجاوز هذا الحاجز.

علاوة على ذلك، فإن الدفع النووي سيفتح طرقًا مختلفة لاستكشاف الفضاء. اليوم، الرحلات الجوية إلى أماكن مثل المريخ والكواكب التي تقع خارجه مقيدة بنوافذ زمنية. تقوم منظمات الفضاء مثل وكالة ناسا بحساب المسارات المعقدة التي تقذف المركبات الفضائية بعيدًا عن مجالات جاذبية الكواكب لتوفير الوقود. إذا توفرت محركات نووية ذات قدرة أعلى وأكثر قوة، فلن تكون هذه أولوية عالية، مما يمنحنا المزيد من المرونة عند إطلاق هذه المركبات.

قال توماس: “سوف تسير سيارة فيراري بشكل أسرع من سيارة فولكس فاجن لأنها تمتلك محركًا أقوى”. “هذا هو ما يمثله الدفع النووي للدفع الكيميائي.”

ولكن قبل أن نحصل على الدفع النووي، قد نحتاج إلى بعض الوقت. يرى توماس أن هذه المركبات لن تنطلق فعليًا إلا في عام 2030 تقريبًا.

ومع ذلك، بمجرد حصولنا عليها، فإنها قد تغير قواعد اللعبة. وقال برنشتاين: “ستكون الطاقة النووية والدفع تكنولوجيا أساسية ضخمة لجلب البشر إلى المريخ وما بعده”. “سيكون المفتاح لجعل البشرية كائنًا يعيش بين الكواكب.”