تكنولوجيا جديدة تستخدم تربة القمر لتوفير الوقود لبعثات الفضاء

 تخطط وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى لتوسيع نطاق الاستكشاف البشري، بما في ذلك إنشاء بنية تحتية على القمر تمكن من تنفيذ البعثات المأهولة بانتظام. 

ستسمح هذه البنية التحتية لوكالة ناسا وشركائها الدوليين باتخاذ القفزة الكبيرة التالية بإرسال بعثات مأهولة إلى المريخ (بحلول عام 2039 على أقرب تقدير). 

تشغيل بعثات في هذه المسافة البعيدة عن الأرض لفترات طويلة يعني أن فرص إعادة التزويد ستكون قليلة ونادرة. نتيجة لذلك، سيحتاج الطواقم إلى الاعتماد على استغلال الموارد المتاحة محليًا (ISRU)، حيث يتم استخدام الموارد المحلية لتلبية الاحتياجات الأساسية.

إمكانية إنتاج الوقود من تربة القمر

بالإضافة إلى الهواء والماء ومواد البناء، فإن القدرة على إنشاء الوقود من الموارد المحلية أمر ضروري وفقًا للخطط الحالية للبعثات سيشمل ذلك حصاد الجليد المائي في المناطق القطبية وتفكيكه لإنشاء الأكسجين السائل (LOX) والهيدروجين السائل (LH2).

 ومع ذلك، وفقًا لدراسة جديدة بقيادة مهندسين من جامعة ماكجيل، يمكن تصنيع وقود الصواريخ من  تربة القمر أيضًا. قد تتيح نتائجهم فرصًا جديدة للبعثات المستقبلية إلى القمر، مما لن يقيدها بعد الآن بالمناطق القطبية.

 فريق جامعة ماكجيل لصنع وقود الصواريخ من تربة القمر 

قاد فريق البحث سيباستيان ك. هامل، طالب ماجستير في الهندسة الميكانيكية بجامعة ماكجيل وجزء من مختبر الوقود البديل. وانضم إليه زملاء من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة ماكجيل، بالإضافة إلى باحثين من قسم الهندسة الجوية والميكانيكية في جامعة تكساس في إل باسو، ومعهد الأبحاث للمواد المتقدمة في سيول، وجامعة إيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا. نشرت ورقتهم، “التصميم المفاهيمي لمحركات الصواريخ باستخدام وقود مستخرج من التربة القمرية”، مؤخرًا في مجلة أكتا أسترونوتيكا.

أهمية صنع وقود الصواريخ من تربة القمر

إنتاج الوقود من موارد القمر هو واحد من عدة إجراءات مصممة لتقليل تكاليف البعثات إلى الفضاء العميق.

 بينما يمكن تنفيذ بعثات التزويد لمحطة الفضاء الدولية (ISS) في غضون ساعات قليلة، فإن إرسال بعثة إلى القمر سيستغرق حوالي ثلاثة أيام بناءً على تكاليف الإطلاق الحالية، فإن إرسال بعثة إلى القمر سيكلف أكثر من 35,000 دولار لكل كجم (15,909 دولار لكل رطل).

 عندما تأخذ في الاعتبار الوقت الذي يستغرقه الانتقال إلى المريخ باستخدام التكنولوجيا الحالية – من 6 إلى 9 أشهر و تصبح أهمية استغلال الموارد المحلية أكثر وضوحًا.

ستقلل الحاجة إلى إنتاج الوقود في الموقع من متطلبات الكتلة والحمل على السفن وفقًا لمعادلة الصواريخ تولد الصواريخ الدفع عن طريق طرد بعض كتلتها (أي الوقود). كمية الوقود مرتبطة بشكل مباشر بكتلة المركبة الفضائية الكاملة وحملها، مما يجعل الوقود أكبر مصدر لكتلة المركبة الفضائية.

كيف سيتم استخراج صنع وقود الصواريخ من تربة القمر ؟

اقترح هامل وزملاؤه استخدام تربة القمر لاستخراج المكونات المعدنية (التي ستكون الوقود) والأكسجين (الذي سيستخدم كمؤكسد). كما أنهم يحققون في كيفية استخراج الكبريت (الذي يتوفر بكميات كافية، وإن كانت ليست وفيرة مثل المكونات المعدنية) لتوسيع خيارات تكوين محركات الصواريخ. 

تعتبر تقنية استخراج الأكسجين من تربة القمر ضرورية لاستدامة المستعمرات القمرية، وستكون المعادن المستخرجة منتجًا ثانويًا يمكن استخدامه كوقود للصواريخ.

فوائد استخدام الوقود المستخرج من التربة القمرية

واحدة من فوائد هذه العملية هي أنها ستعتمد على تقنيات التعدين الفضائي التي طورتها الشركات الناشئة التي تأمل في الاستفادة من التجارية في مدار الأرض المنخفض والفضاء القمري في العقود القادمة. كما أن العملية تعتمد على “الوقود الضعيف”، مما يعني أن لديها المزيد من المؤكسد مقارنة بالوقود في محرك الصاروخ.