حل جديد لمتلازمة كيسلر باستخدام دفع البلازما ثنائي الاتجاه

تُعد متلازمة كيسلر واحدة من أخطر التحديات التي تواجه مستقبل استكشاف الفضاء، إذ يؤدي تراكم الحطام في المدار الأرضي المنخفض إلى احتمالية فقدان القدرة على إرسال صواريخ جديدة بسبب خطر الاصطدام. وبينما لم نصل بعد إلى هذه المرحلة الحرجة، يحذر العلماء من أن حدوثها حتمي ما لم يتم تطوير حلول عملية لإزالة الحطام الفضائي. في هذا السياق، قدّم كازونوري تاكاهاتشي من جامعة توهوكو في اليابان مقترحًا مبتكرًا يستخدم مجالًا مغناطيسيًا شبيهًا بتلك المستخدمة في مفاعلات الاندماج النووي لتوليد شعاع بلازما قادر على إبطاء الحطام مع الحفاظ على استقرار موقع النظام عبر دفع معاكس.

أنظمة إزالة الحطام الفضائي

تنقسم الأنظمة المقترحة لإزالة الحطام الفضائي إلى نوعين رئيسيين:

• أنظمة التلامس المباشر: مثل الشباك أو الأذرع الروبوتية، والتي تواجه صعوبة كبيرة لأن معظم الحطام يدور بشكل غير منتظم، مما قد يؤدي إلى تدمير القمر الصناعي الذي يحاول الإمساك به.

• أنظمة غير تلامسية: مثل الليزر أو الحزم الأيونية أو شعاع البلازما، والتي تعمل على إبطاء الهدف عن بُعد دون ملامسته.

لكن استخدام شعاع البلازما يخلق مشكلة أساسية بسبب قانون نيوتن الثالث؛ إذ يؤدي إطلاق البلازما نحو الهدف إلى دفع القمر الصناعي العامل في الاتجاه المعاكس، مما يقلل فعالية النظام بمرور الوقت. لحل هذه المعضلة، قدّم تاكاهاتشي عام 2018 تصميمًا يعتمد على دافع ثنائي الاتجاه يولد قوة معاكسة تعادل القوة الموجهة، ليحافظ على استقرار موقع النظام أثناء تشغيله.

تحسين الدفع عبر المجالات المغناطيسية

رغم أن التجارب الأولية عام 2018 كانت واعدة، فإن قوة الدفع لم تكن كافية لإبطاء الأجسام الكبيرة. لذلك، طور تاكاهاتشي نسخة محسنة باستخدام مجال مغناطيسي من نوع Cusp، يُستخدم عادة في مفاعلات الاندماج لمنع البلازما من ملامسة جدران الحجرة المغناطيسية. عند تجربة هذا النظام، تحقق تحسن بنسبة 20% في قوة الدفع مقارنة بالتصميم القديم، حيث وصلت القوة إلى 17.1 ملي نيوتن عند نفس مستوى الطاقة.

وعند زيادة القدرة التشغيلية إلى 5 كيلوواط (مقارنة بـ3 كيلوواط في الاختبار السابق)، ارتفعت القوة إلى 25 ملي نيوتن، وهو مستوى قريب من الـ 30 ملي نيوتن المطلوب لإبطاء حطام يزن طنًا واحدًا خلال 100 يوم. كما تميز النظام باستخدام غاز الأرجون بدلًا من الزينون، مما يقلل التكاليف.

التحديات المتبقية

رغم النتائج الإيجابية، هناك عقبات لا تزال قائمة قبل اعتماد هذه التقنية في المدار:

• أجريت الاختبارات في غرفة تفريغ على مسافة 30 سم فقط، بينما في الواقع ستكون هناك حاجة لمسافات أطول بكثير.

• سيتعين على النظام التكيف مع حركة الحطام أثناء تباطؤه، والحفاظ على شعاع البلازما موجّهًا نحوه.

• يتطلب النظام وقودًا مضاعفًا مقارنة بالحلول الأخرى، نظرًا لتشغيل دافعين في اتجاهين متعاكسين على مدار مئات الأيام.

يمثل نظام الدفع بالبلازما ثنائي الاتجاه خطوة مبتكرة نحو حل أزمة متلازمة كيسلر التي تهدد مستقبل استكشاف الفضاء. ومع استمرار الأبحاث في جامعة توهوكو، قد نشهد قريبًا أنظمة عملية قادرة على توجيه أشعة بلازما لإبطاء الحطام الفضائي وإزالته من المدار، مما يفتح الطريق أمام استخدام أكثر أمانًا واستدامة للفضاء.