ماذا قد يعنيه الاختبار الأول لشركة ألمانية ناشئة لصناعة الفضاء؟
في 22 نيسان/ أبريل الفائت، انطلقت مهمة «باندواغون-3» Bandwagon-3 لمشاركة الرحلات/ الفضائية التابعة لشركة SpaceX من قاعدة كيب كانافيرال. إلى جانب الحمولة الاعتيادية للأقمار الصناعية، كانت هناك كبسولة من شركة فضاء ألمانية ناشئة Phoenix 1. كانت هذه الحمولة الافتتاحية لشركة ATMOS Space GmbH، وأول اختبار مداري لمُبطئ السرعية الهوائي الديناميكي القابل للنفخ (IAD) الخاص بها.
وللعودة إلى الغلاف الجوي من مدار أرضي منخفض، تستخدم معظم العربات الفضائية إما نظاماً يستند إلى الرخام أو نظام إزالة. تستخدم الدروع الحرارية المستندة إلى الرخام، مثل تلك المستخدمة في مكوك الفضاء، و Sierra Dream Chaser، وX-37، SpaceX Starship ، مواد منخفضة التوصيل ذات انبعاثية سطحية عالية لحماية العربات الفضائية أثناء العودة إلى الغلاف الجوي. تختار أجهزة الإزالة نهجاً مختلفاً، وهو «التحلل الحراري» أثناء إعادة الدخول وتحويل الحرارة الزائدة إلى استهلاك للمواد، حيث يحترق الدرع الحراري ويمتص الحرارة من المركبة الفضائية. وقد تناول تقرير IDTechEx الأخير، «الدروع الحرارية وأنظمة الحماية الحرارية للمركبات الفضائية 2025-2035: التقنيات وتوقعات السوق»، كلا النوعين من أنظمة الحماية الحرارية بالتفصيل.
الحجم الأقصى لمعظم أنظمة TPS محدود بغطاء حمولة الصاروخ.
تُحدث أنظمة IAD تغييراً جذرياً باستخدام تصاميم قابلة للطي تسمح بتخزين مدمج أثناء الإطلاق، ولكنها قادرة على التمدد بشكل كبير قبل العودة إلى الغلاف الجوي.
يُغير هذا التمدد في مساحة السطح بشكل جذري الديناميكا الحرارية الهوائية للعودة إلى الغلاف الجوي، من خلال تقليل معامل المقذوفات، وتسخين الذروة، والحمل الحراري الكلي، والحمل الميكانيكي، ما يسمح بعودة أكثر هدوءاً. استُكشفت أنظمة IAD نظرياً لعقود؛ ومع ذلك، لم تبدأ جهود البحث في جني ثمارها إلا في السنوات القليلة الماضية.
فينيكس تُميز نفسها عن ناسا وLOFTID
اختبرت ناسا نظام IAD الخاص بها في العام 2022، باستخدام LOFTID (اختبار الطيران المداري الأرضي المنخفض لمبطئ قابل للنفخ). أوضح هذا الاختبار أحد أكبر التحديات التي تواجه أنظمة IAD - كيفية نفخ هذه الأجهزة الكبيرة في الفضاء. استخدمت شركة LOFTID نظام نفخ بغاز النيتروجين، والذي بلغ وزنه 135 كلغ عند احتساب الخزانات والغاز والمنظمات. في رحلات الفضاء، الوزن هو الأساس، لذا لكي تكون أنظمة IADs قادرة على المنافسة مع أنظمة TPS الأخرى، يجب تخفيض هذا الوزن بشكل كبير. تزعم شركة ATMOS أنها توصلت إلى حل بديل يغني عن حمل خزانات مضغوطة. وتقوم الشركة بنفخ درعها باستخدام غاز من الطبقة الحدودية في الغلاف الجوي، باستخدام مداخل هواء مركبة من مصفوفة سيراميكية.
يُفصّل تقرير IDTechEx «الدروع الحرارية وأنظمة الحماية الحرارية للمركبات الفضائية 2025-2035: التقنيات وتوقعات السوق» المواد المستخدمة في أنظمة الحماية الحرارية التقليدية (مثل مركبات الكربون-الكربون، وبلاطات السيليكا، والراتنجات الفينولية والسيليكونية) بتفصيلٍ في هذا التقرير، مع بياناتٍ معياريةٍ كميةٍ واعتباراتٍ تصنيعية. يمكن أن تُتيح أنظمة الحماية الحرارية الداخلية (IADs) فرصاً جديدةً جذرياً للمواد، نظراً لاختلاف متطلباتها بشكل كبير مقارنةً بالدرع الحراري الصلب. تخضع أنظمة الحماية الحرارية الداخلية (IADs) لقيودٍ تصميميةٍ فريدة، ويُسلّط تقرير IDTechEx الضوء على دور:
- الهلام الهوائي للعزل الحراري خفيف الوزن
- الألياف الخزفية لحماية الطبقة الخارجية من الحرارة
- حواجز الغازات الرقائقية
- الأقمشة الهيكلية المضفرة
يتناول التقرير أيضاً المتطلبات المحددة للتوصيل الحراري، ويُقدّم أمثلةً على الموردين/المنتجات المستخدمة في أنظمة الحماية الحرارية الداخلية (IADs) حتى الآن.
اعتبرت رحلة فينيكس 1 ناجحة على الرغم من عدم استعادة الكبسولة.
أسفرت تجربة فينيكس 1 عن هبوط على ارتفاع يزيد عن 2000 كيلومتر قبالة سواحل أميركا الجنوبية، لذا لم يكن الاستعادة خياراً متاحاً. مع ذلك، أعلنت شركة ATMOS أنها نجحت في تسجيل جميع بيانات المهمة والحمولة المهمة. ليس من الواضح ما هي حالة الدرع الحراري لفينيكس 1 عند الاصطدام بالمحيط، لكن شركة ATMOS تزعم أن نهجها هو «التكرار والتحديث السريع»، مع وجود خطط جاهزة بالفعل لفينيكس 2 بنظام دفع للتحكم في المسار. يعكس هذا النهج للتطوير السريع عقلية سبيس إكس، حيث تُعتبر الإخفاقات فرصاً للتحسين، مع إعطاء الأولوية لوقت المهمة الفعلي وفرص جمع البيانات. قد تؤثر أنظمة الهبوط المدارية المدمجة (IADs) بشكل كبير على:
- اقتصاديات الإطلاق (المراحل العليا القابلة لإعادة الاستخدام)
- استكشاف الكواكب (مركبات هبوط المريخ عالية الكتلة)
- اللوجستيات الدفاعية (التوصيل السريع للبضائع المدارية)
مقارنةً بأنظمة الحماية الحرارية (TPS) القائمة، لا تزال أنظمة الحماية المتكاملة (IAD) في مراحلها الأولى من التطوير. يتناول تقرير IDTechEx بعنوان «الدروع الحرارية وأنظمة الحماية الحرارية للمركبات الفضائية 2025-2035: التقنيات وتوقعات السوق» كيف وفّرت أنظمة الحماية الحرارية المركبة (PICA) والدروع الحرارية المُبلطة الجزء الأكبر من قدرات مهمات العودة إلى المدار الأرضي المنخفض (LEO) لعقود. ومع ذلك، يُسلّط اختبار فينيكس الضوء على عدة نقاط رئيسية:
- تسارع التطور التجاري لتقنيات الفضاء: على الرغم من أن ناسا كانت أول منظمة تختبر نظام حماية مدمج (IAD) في العام 2022، إلا أن قيام شركة أوروبية ناشئة بتطوير تقنية متميزة واختبارها في ظروف مدارية خلال 4 سنوات من تأسيسها يُبرز المشهد المتغير لصناعة الفضاء، والسرعة التي تحدث بها هذه التغييرات. لم تعد تكنولوجيا الفضاء المتطورة حكراً على الوكالات الحكومية.
بدء دخول أنظمة الدفع الفضائي (IADs) إلى مجال أنظمة الدفع الفضائي (TPS): في وقت يشهد فيه الطلب على السفر الفضائي (لأبحاث الجاذبية الصغرى، والتصنيع في المدار، والأقمار الصناعية، وتطبيقات الدفاع) ازدهاراً كبيرًا، قد تُقدم أنظمة الدفع الفضائي (IADs) قريباً بديلاً عن أنظمة الدفع الفضائي التقليدية (TPS) التقليدية. لا تزال هناك عقبات كثيرة يجب التغلب عليها، ولكن من المنطقي توقع تشغيل بعض البعثات التجارية باستخدام أنظمة الدفع الفضائي (IADs) بحلول نهاية العقد.
يُفصّل تقرير «الدروع الحرارية وأنظمة الحماية الحرارية للمركبات الفضائية 2025-2035: التقنيات وتوقعات السوق» بعض التحديات المتبقية التي تواجه أنظمة الحماية الهوائية (IADs)، بالإضافة إلى دراسة جهات أخرى تستكشف استخدامها. على سبيل المثال، يستكشف تحالف الإطلاق المتحد (ULA) المرحلة الأولى من استعادة المعززات باستخدام نسخة من نظام LOFTID التابع لناسا. تُعدّ مبطئات التسارع الديناميكية الهوائية (MDADs) المنشورة ميكانيكيًا نهجاً بديلاً لزيادة مساحة سطح العودة إلى الغلاف الجوي. يُتيح تقرير IDTechEx التفصيلي فرصةً للبقاء على اطلاع دائم في هذا السوق السريع التطور.^
