حقوق الصورة: ناسا
اكتشف عالم الفلك في وكالة ناسا مارتن لو ما يعتقد أنه سلسلة من مسارات الطيران منخفضة الطاقة التي يمكن أن تتخذها المركبات الفضائية لتقليل الوقود الذي تحتاجه للتنقل حول نظامنا الشمسي. لكل كوكب وقمر خمس نقاط بالقرب منه حيث تتوازن الجاذبية ، تسمى نقاط Lagrange - من خلال ربطها معًا ، قام Lo بوضع مسارات ستستخدم القليل جدًا من الوقود للانتقال من كوكب إلى كوكب. ستكون أول مركبة فضائية تستفيد من عمله مهمة Genesis التابعة لوكالة ناسا ، والتي ستجمع جزيئات الطاقة الشمسية ثم تعيدها إلى الأرض.
يمكن لـ "طريق سريع" عبر النظام الشمسي يشبه مجموعة واسعة من الأنفاق والقنوات المتعرجة حول الشمس والكواكب ، كما تصورها مهندس في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، باسادينا ، كاليفورنيا ، خفض كمية الوقود المطلوبة للمساحة المستقبلية البعثات.
يسمى مارتن الطريق السريع بين الكواكب ، وقد صممه مارتن لو ، الذي تم استخدام برنامجه للمساعدة في تصميم مسار الرحلة لمهمة Genesis التابعة لوكالة ناسا ، والتي تستخدم حاليًا هذا "الطريق السريع في الفضاء" في مهمتها لجمع جزيئات الرياح الشمسية للعودة إلى الأرض .
تم تصميم معظم المهام للاستفادة من الطريقة التي تسحب بها الجاذبية على مركبة فضائية عندما تتأرجح بواسطة جسم مثل كوكب أو قمر. يستفيد مفهوم لو من عامل آخر ، سحب الشمس على الكواكب أو سحب الكوكب على أقماره القريبة. تكاد القوى من اتجاهات عديدة تلغي بعضها البعض تقريبًا ، تاركة مسارات عبر حقول الجاذبية التي يمكن للمركبات الفضائية السفر فيها.
لكل كوكب وقمر خمسة مواقع في الفضاء تسمى نقاط لاغرانج ، حيث توازن جاذبية جسم ما مع الآخر. يمكن أن تدور المركبة الفضائية هناك أثناء حرق القليل من الوقود. للعثور على الطريق السريع بين الكواكب ، رسم لو خرائط لبعض مسارات الطيران المحتملة بين نقاط لاغرانج ، وتغيير المسافة التي ستقطعها المركبة الفضائية ومدى سرعة أو بطء سيرها. مثل الخيوط الملتوية معًا لتشكيل حبل ، شكلت مسارات الطيران المحتملة أنابيب في الفضاء. يخطط Lo لرسم هذه الأنابيب لكل النظام الشمسي.
يعتمد بحث لو على العمل النظري الذي بدأه عالم الرياضيات الفرنسي هنري بوانكار في أواخر القرن التاسع عشر. في عام 1978 ، كانت International Sun-Earth Explorer 3 التابعة لناسا أول مهمة تستخدم مدارات منخفضة الطاقة حول نقطة لاغرانج. في وقت لاحق ، باستخدام مسارات منخفضة الطاقة بين الأرض والقمر ، أرسل وحدات التحكم في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، غرين بيلت ، ماريلاند ، المركبة الفضائية إلى أول لقاء مع المذنب ، المذنب جياكوبيني-زينر ، في عام 1985.
في عام 1991 ، تم استخدام طريقة أخرى لتحليل المدارات منخفضة الطاقة من قبل المهندسين من JPL ووكالة الفضاء اليابانية لتمكين مهمة Hiten اليابانية من الوصول إلى القمر. مستوحى من هذا العمل الرائد والأبحاث التي أجراها العلماء في جامعة برشلونة ، تصور لو نظرية الطريق السريع بين الكواكب.
قام لو وزملاؤه بتحويل الرياضيات الأساسية للطريق السريع بين الكواكب إلى أداة لتصميم المهمة تسمى "LTool" ، باستخدام النماذج والخوارزميات التي تم تطويرها في جامعة Purdue ، West Lafayette ، Ind. تم استخدام LTool الجديد من قبل مهندسي JPL لإعادة تصميم الرحلة مسار مهمة جينيسيس للتكيف مع تغيير في تواريخ الإطلاق. تم إطلاق جينيسيس في أغسطس 2001.
تم تصميم مسار الرحلة للمركبة الفضائية لمغادرة الأرض والسفر إلى مدار نقطة Lagrange. بعد خمس حلقات حول نقطة لاغرانج هذه ، ستسقط المركبة الفضائية من المدار بدون أي مناورات ثم تمر بالأرض إلى نقطة لاغرانج على الجانب الآخر من الكوكب. وأخيرًا ، ستعود إلى الغلاف الجوي العلوي للأرض لإسقاط عينات من الرياح الشمسية في صحراء يوتا.
قال لو: "لن تحتاج جينيسيس إلى استخدام أي وقود على الإطلاق في عالم مثالي". "ولكن نظرًا لعدم قدرتنا على التحكم في العديد من المتغيرات التي تحدث طوال المهمة ، يتعين علينا إجراء بعض التصحيحات بينما تكمل Genesis حلقاتها حول نقطة لاغرانج من الأرض. إن التوفير في الوقود يترجم إلى مهمة أفضل وأرخص ".
وأضاف لو ، "هذا المفهوم لا يضمن سهولة الوصول إلى كل جزء من النظام الشمسي. ومع ذلك ، يمكنني أن أتصور مكانًا يمكننا فيه إنشاء وصيانة منصات علمية حول إحدى نقاط Lagrange للقمر. وبما أن نقاط لاغرانج هي معالم الطريق السريع بين الكواكب ، فقد نتمكن من تحويل المركبات الفضائية من وإلى هذه المنصات ". يقترح فريق في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا ، هيوستن ، بالعمل مع فريق استكشاف ناسا ، أن يستخدم يومًا ما الطريق السريع الكواكب لمهام الفضاء البشرية المستقبلية.
قال دوج كوك ، مدير مكتب التطوير المتقدم في جونسون: "لقد أدى عمل لو إلى اختراقات في تبسيط مفاهيم المهمة للاستكشاف البشري والروبوتي خارج مدار الأرض المنخفضة". "تؤدي هذه التبسيطات إلى عدد أقل من المركبات الفضائية اللازمة لمجموعة واسعة من خيارات المهمة."
تم ترشيح العمل على الطريق السريع بين الكواكب لتصميم مهمة الفضاء لجائزة Discover Innovation من قبل محرري مجلة Discover ولجنة خارجية من الخبراء.
يدير JPL وكالة ناسا من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، باسادينا. لمزيد من المعلومات حول مهمة Genesis ، قم بزيارة الإنترنت على: http://www.genesismission.org/.
المصدر الأصلي: NASA / JPL News Release
