نجح مهندسو وكالة NASA في دفع شفرات الدوار الخاصة بمروحية NASA SkyFall للمريخ القادمة لتتجاوز سرعة الصوت، مما يحل عقبة ديناميكية هوائية حاسمة أمام استكشاف الكوكب الأحمر. وفي غرفة اختبار متخصصة داخل مختبر الدفع النفاث (JPL)، وصلت الشفرات المصنوعة من ألياف الكربون من الجيل القادم إلى سرعة قصوى بلغت Mach 1.08. يثمر هذا الإنجاز الأسرع من الصوت عن زيادة بنسبة 30% في قدرة الرفع، مما يسمح للمركبات الجوية المستقبلية بحمل حمولات علمية أثقل عبر غلاف جوي تبلغ كثافته 1% فقط من كثافة الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر.
يأتي هذا الاختراق في الوقت الذي تستعد فيه الوكالة لمهمة SkyFall الطموحة، والتي تهدف إلى إرسال ثلاث مروحيات متطورة إلى المريخ بحلول أواخر عام 2028. ستسافر هذه الطائرات على متن مركبة Space Reactor-1 (SR-1)، وهي مركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية أعلن عنها مؤخراً مدير وكالة NASA السيد Jared Isaacman. وعلى عكس سابقتها، مروحية Ingenuity التي كانت بحجم علبة مناديل وأنهت مسيرتها التاريخية المكونة من 72 رحلة في يناير 2024، ستكون وحدات SkyFall أكبر وأثقل بكثير.
ولتوليد قوة رفع كافية في هواء المريخ الرقيق، يجب أن تدور شفرات المروحيات بسرعة هائلة. عملت مروحية Ingenuity بسرعة 2,700 دورة في الدقيقة، لكن المهندسين حددوا سرعتها عمداً عند Mach 0.7 لمنع الشفرات من التحطم. وأوضح السيد Jaakko Karras، رئيس اختبارات الدوار في مختبر JPL، أن الأمور قد تصبح غير مستقرة عند الاقتراب من سرعة Mach 1. وأشار إلى أنه رغم تصميم Ingenuity لتجنب تجاوز سرعة الصوت حتى في مواجهة الرياح المعاكسة القوية، احتاج الفريق إلى معرفة ما إذا كانت شفرات الجيل القادم قادرة على تجاوز هذا الحد بأمان لتقديم أداء أعلى.
دفع حدود الديناميكا الهوائية على المريخ
بالتعاون مع شركة AeroVironment، قام فريق مختبر JPL بتبطين غرفة الاختبار التي تحاكي بيئة المريخ بألواح معدنية لحماية المنشأة في حال تفكك الشفرات. وكما أعلنت وكالة NASA يوم الخميس، راقب المهندسون من غرفة تحكم قريبة نظام الدوار ثنائي الشفرات وهو يتسارع إلى 3,750 دورة في الدقيقة، ليصل إلى سرعة Mach 0.98. ثم قاموا بتشغيل مراوح داخلية لتوجيه رياح معاكسة محاكية نحو الشفرات الدوارة، مما دفع أطراف الدوار بنجاح إلى سرعة Mach 1.08 دون حدوث أي انهيار هيكلي.
تُعد هذه الزيادة البالغة 30% في قدرة الرفع نقطة تحول جذرية في استكشاف الكواكب. لم تكن مروحية Ingenuity الأصلية قادرة سوى على حمل كاميرتين خفيفتي الوزن، واعتمدت كلياً على المركبة الجوالة Perseverance كمحطة أساسية للاتصالات. أما مروحيات SkyFall الأثقل وزناً فستعمل بشكل مستقل، مما يتطلب بطاريات أكبر لرحلات أطول وروابط اتصال مباشرة بالأرض أو عبر أقمار صناعية ناقلة. كما ستحمل مستشعرات متطورة قادرة على البحث عن الجليد تحت السطح.
اعتقدنا أننا سنكون محظوظين إذا وصلنا إلى سرعة Mach 1.05، لكننا بلغنا Mach 1.08 في تجاربنا الأخيرة. لا نزال نحلل البيانات، وقد يكون هناك المزيد من قوة الدفع المتاحة.
- Shannah Withrow-Maser، خبيرة الديناميكا الهوائية، مركز أبحاث Ames التابع لوكالة NASA
وبينما تعمل وكالة NASA أيضاً على تطوير مروحية Dragonfly الضخمة التي تزن قرابة طن والمخصصة لقمر Titan التابع لكوكب زحل، فإن تلك المهمة تستفيد من غلاف جوي أكثر كثافة من غلاف الأرض. يمثل المريخ حالة متطرفة فريدة في الديناميكا الهوائية، مما يجعل السلامة الهيكلية لهذه الشفرات الأسرع من الصوت أساساً إلزامياً لجدول الإطلاق في عام 2028.
نهاية عصر الاعتماد على المركبات الجوالة
يشير نجاح اختبارات الدوار الأسرع من الصوت إلى تحول جذري في كيفية استكشاف البشرية للمريخ خلال العقد المقبل. من خلال إطلاق زيادة بنسبة 30% في قدرة الرفع، لا تقوم وكالة NASA بمجرد ترقية مروحية؛ بل إنها تقطع ارتباط المركبة الجوية بالمركبات الجوالة الأرضية البطيئة. كانت مروحية Ingenuity كشافة رائعة، لكنها ظلت مقيدة بمركبة Perseverance من أجل بقائها ونقل بياناتها.
ومع القدرة على حمل بطاريات أثقل ومصفوفات اتصال مستقلة، سيتمكن أسطول مروحية NASA SkyFall للمريخ من تغطية تضاريس شاسعة ووعرة لم يكن بإمكان المركبات ذات العجلات التنقل فيها أبداً. هذا الانتقال من الزحف الأرضي إلى المسح الجوي السريع والمستقل يعني أن المهام المستقبلية يمكنها رسم خرائط للمناطق الغنية بالموارد، مثل رواسب الجليد تحت السطح، بوتيرة غير مسبوقة، مما يضع الأساس الحاسم للمهام المأهولة في المستقبل.
