الدفع النووي: التكنولوجيا التي قد تُغيّر مستقبل رحلات الفضاء
لقد كانت المحركات النووية تعتبر خطوة رئيسية في تطوير الفضاء لعقود من الزمن. تكنولوجيا.
لقد بلغت الصواريخ الكيميائية التقليدية أقصى حدودها: فهي تُوفر دفعًا قويًا، لكنها تستهلك كميات هائلة من الوقود، ويُستخدم معظمه للتغلب على جاذبية الأرض. وهذا يجعل البعثات بين الكواكب مكلفة للغاية وصعبة.
وبدورها، يمكن لمحطات الطاقة النووية أن تغير الوضع من خلال توفير قدر أكبر من الكفاءة وتقليص كتلة الوقود المطلوبة.
يعتمد مبدأ تشغيل هذه الوحدات على استخدام الطاقة الناتجة عن تفاعلات الانشطار النووي. بخلاف المنشآت الكيميائية، حيث يُولَّد الدفع بحرق الوقود، فإن مصدر الطاقة هنا هو المفاعل النووي.
هناك طريقتان رئيسيتان. في الأولى، يُسخّن المفاعل سائلًا عاملًا، مثل الهيدروجين السائل، ثم يُقذف عبر فوهة، مُولّدًا قوة دفع. تُسمى هذه المحركات بالمحركات الحرارية النووية.
تُعبَّر كفاءتها بالدفع النوعي، وهو ضعف كفاءة المحركات الكيميائية. هذا يسمح للمركبة بالتسارع بشكل أسرع ونقل حمولات ثقيلة إلى مدارات بعيدة دون استهلاك كبير للوقود.
يتضمن النهج الثاني استخدام مفاعل لتوليد الكهرباء، والتي بدورها تُشغّل محركًا مناسبًا، مثل محرك أيوني. تُسمى هذه الأنظمة بالأنظمة النووية الكهربائية.
تُوفر هذه المحركات نبضًا نوعيًا عاليًا للغاية، ما يسمح لها بالوصول إلى سرعات عالية في الفضاء السحيق. إلا أن عيبها الرئيسي هو ضعف قوة الدفع. إذ تتسارع المركبة ببطء، لذا فهي غير مناسبة للإطلاق من الأرض، وتتطلب إطلاقها إلى الفضاء باستخدام الصواريخ التقليدية.
تتوفر اليوم أنواع مختلفة من تصميمات المحركات الحرارية النووية. وأكثرها تطورًا هو المحرك ذو الطور الصلب، حيث يكون الوقود على شكل قضبان قوية تتحمل درجات الحرارة العالية.
في الوقت نفسه، تُعتبر محركات الطور السائل والغازي أكثر واعدةً، لكنها لا تزال بعيدةً عن التطبيق. في الحالة الأخيرة، يكون الوقود النووي على شكل بلازما، مما يسمح نظريًا بتحقيق كفاءة قياسية.
المشكلة هي أن مثل هذه التركيبات معقدة للغاية في التصنيع وتتطلب مواد يمكنها تحمل الظروف الحرارية القاسية.
تُسهم المحركات النووية في حل المشكلات التي تُعيقها حاليًا الصواريخ الكيميائية. فهي قادرة على تقليص مدة الرحلة إلى المريخ إلى النصف تقريبًا، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لتسريع وتيرة البحث العلمي. إضافةً إلى ذلك، تُقلل هذه التركيبات من الاعتماد على نوافذ الإطلاق النادرة ومسارات الإطلاق التي تعتمد على مناورات الجاذبية، مما يُبسط تخطيط البعثات.
وعلى المدى الطويل، يمكن أن تصبح هذه المركبات الفضائية بمثابة الأساس لأنظمة النقل للرحلات إلى الكواكب البعيدة والأقمار الصناعية، كما ستتيح إمكانية إنشاء أجهزة أكبر للبحث واستكشاف الفضاء.
معلومات