ما بعد محطة الفضاء الدولية
مع اقتراب عمرها من ربع قرن في المدار، تُشارف الآن محطة الفضاء الدولية نهايتَها. ماذا سيأتي بعدها؟ سيستطلع لنا شون بلير ذلك
منذ مطلع القرن الحادي والعشرين، وما قبل، كانت هذه المحطة تحلِّق فوقنا، وتنمو أكبر فأكبر مع مرور السنين. وعندما تسقط عليها أشعة الشمس، يصير هيكلها المترامي الأطراف هو ألمعَ نجوم الغسق أو الفجر.
أُطلق الجزء الأول من محطة الفضاء الدولية ISS قبل 25 عاماً، في 20 نوفمبر 1998. ومنذ ذلك الحين، أضيفت 15 وحدة أخرى إلى وحدة Zarya FGB الأساسية الروسية، ونمت محطة الفضاء الدولية لتصير عملاقاً بوزن يبلغ 400 طن. وبطولها البالغ 109 أمتار، فهي تبدو أطول من ملعب كرة القدم. ظلت المحطة مأهولة باستمرار منذ تاريخ 2 نوفمبر 2000، حيث عاش وعمل فيها أكثر من 260 رائداً من 21 دولة. غير أن هذه المحطة صُممت لتعمل في المدار لـ 15 عاماً فقط. وهي لا يمكن أن تستمر إلى الأبد. إذن ماذا سيكون هناك بعدها؟
لقد أنبأتنا هذه المحطة القديمة أخباراً سلبية في السنوات الأخيرة كسوراً دقيقة أدت إلى تسرُّب الهواء، وخللا في محرك الدفع أدى إلى خروجها عن السيطرة، وعددا أكبر من حوادث الاصطدام الوشيك مع الحطام الفضائي؛ وتسرُّبَ سائل التبريد من مركبتي سويوز وبروغرس، وانقطاعَ الاتصالات في يوليو 2023 كل هذا في خضم الصراع الديبلوماسي المستمر بين روسيا وشركائها الآخرين في المحطة: الولايات المتحدة، ووكالة الفضاء الأوروبية (الوكالة إيسا ESA)، وكندا، واليابان، منذ غزو موسكو لأوكرانيا.
لكن الأخبار غالباً ما كانت تبالغ في خطورة الأعطال المُبلَغ عنها في المحطة. وكما كانت الحال طوال حياتها، فإن طبيعتها الدولية هي مصدر مرونتها. على سبيل المثال، عندما عانت اتصالات الوكالة ناسا انقطاع التيار الكهربائي في يوليو 2023، تقدم مركز مراقبة المحطة في موسكو ليتولى الأمر. وعندما تعرضت سفن الإمداد الروسية لتسرُّبات في سائل التبريد كبسولة سويوز في ديسمبر 2022، ثم سفينة الشحن بروغرس في فبراير حضرت المركبتان Dragon وCygnus الأمريكيتان.
عَد تنازلي لنهاية نارية
لقد وقَّع جميع الشركاء الدوليين في المحطة، باستثناء دولة واحدة، على إبقائها في حالة تحليق حتى أوائل العام 2031، مع التزام حالي لوكالة الفضاء الروسية، روسكوزموس، حتى العام 2028 (على الرغم من الاحتجاج السابق). ومن ناحية عملية، ستكون هناك حاجة إلى الوكالة روسكوزموس إلى حين موعد التخلص من المحطة الفضائية، والتي من المقرر أن تأخذ صورة مدار متحكَّم فيه. واعتماداً على كثافة الغلاف الجوي المتأثرة بدورة النشاط الشمسي، سيسمح لارتفاع المحطة الفضائية بالانخفاض اعتباراً من نهاية العام 2026 فتالياً، ليصبح ”نجم“ المحطة أكثر سطوعاً، كما يُرى من الأرض.
ومع وصولها إلى ارتفاع 333 كم (هبوطاً من ارتفاع 400 كم الحالي) في نهاية هذا العقد، لن تتمكن المحطة من البقاء مأهولة بعد ذلك. وفي أوائل العام 2031، ستوجِّه عمليات إشعال صاروخية من وحدة الخدمة زفيزدا Zvezda التي تديرها موسكو، المحطة للعودة إلى الغلاف الجوي فوق منطقة بوينت نيمو Point Nemo في جنوب المحيط الهادئ. هذه هي أبعد نقطة على الأرض، وقد استخدمت منذ فترة طويلة كمقبرة مائية للمركبات الفضائية. أما خيار ”إعادة نقل مدار“ المحطة إلى ارتفاع أعلى فقد رُفض، لأن اصطدامها بحطام فضائي وهي خارج السيطرة والرقابة سيكون حتمياً في لحظة ما.
يوضح توماس نيل شيسبي Thomas Neil Sheasby، الذي يقود الفريق الهندسي لمجموعة خبراء استكشاف المدار الأرضي المنخفض التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية: ”ببساطة، لقد هرِمت المحطة“.
”تُسخّن وحدات المحطة وتبرّد 16 مرة يومياً. وهناك اهتزازات دقيقة تنجم عن عمليات الرسو وعمليات إعادة التشغيل وتحرك الطاقم فيها كل هذا يؤدي إلى إنهاك المحطة. وفي الداخل توجد معدات صُنعت بحسب الحاجة، وقد صارت مهجورة، وهذا يزيد من صعوبة تأمين قطع الغيار لها“.
”في الفضاء كل شيء يشيخ بسرعة أكبر: هناك ضرر يُحدثه الإشعاع، ولهذا تتلف عناصر معينة مثل محركات الأقراص الصلبة في الحواسيب المحمولة. أضف إلى ذلك التآكل والاهتراء الطبيعي لكل شيء، بدءاً من مراوح الهواء وحتى مضخات المياه. ما نفعله الآن هو تنفيذ تمرين لمعرفة أين يمكننا فعل ذلك، وأين لا تزال لدينا قطع غيار، ثم الخروج بقائمة تسوُّق لما هو في حاجة إلى تحديث وتطوير من الآن وحتى العام 2031“.
ويضيف ريتشارد بريكن Richard Braeken، الذي يقود فريق الصيانة والتكامل الهندسي المستدام في إيسا، أن الوحدة الخاصة بوكالة الفضاء الأوروبية على المحطة وهي مختبر كولومبوس صامدة بنحو جيد: ”يقع مختبر كولومبوس على الجانب ’الجبهي‘ الأمامي من المحطة الفضائية في أثناء تحليقها المداري، مما يجعله عرضة بنحو خاص للحطام الفضائي. لقد زُوِّد هيكله الأساسي بهيكل حماية ثانوي نظام وقاية من النيازك الصغيرة والحطام الفضائي يتكون من ألواح صد وتخميد مفردة ومزدوجة. ولكن من الناحية العملية، لم نواجه أي مشكلات هيكلية على الإطلاق“.
وينطبق الأمر ذاته على الوحدات الأمريكية واليابانية الأخرى، ولكن في سبتمبر 2019 حصلت حادثة تسريب على وحدة الخدمة الروسية زفيزدا. يُعَدّ فقدان بعض الهواء على المحطة الفضائية أمراً طبيعياً في أثناء عمليات الرسو والسير في الفضاء والتطهير المستمر لغازات النفايات. ويبلغ المعيار الإحصائي للفاقد الهوائي اليومي مقدار 0.27 كغم. لكن هذه الخسارة تضاعفت فجأة؛ وبعد عام زادت إلى 1.3 كغم يومياً.
وبتنفيذ عملية إغلاق منهجية للبوابات بين الأقسام، أمكن تحديد الخسارة في وحدة زفيزدا. وأطلقت أوراق شاي سائبة (في فضاء الوحدة) لتحديد مكان التسرب. انسابت هذه نحو نفق النقل المتصل بمنفذ الإرساء الخلفي. حُددت ثلاثة شقوق شعيرية E هنا أكبرها بطول 22 مم وأغلقت. ومع ذلك استمر حدوث بعض الخسارة المرتفعة للهواء، ولذا فقد أخذوا يغلقون نفق النقل الآن في أثناء العمليات العادية. ووفقاً لتقرير المفتش العام للوكالة ناسا، من غير المرجح أن تكون التسريبات ناجمة عن أضرار نيزكية دقيقة مقارنةً بالإنهاك اليومي لجسم المحطة المعدني، وهو الإنهاك الذي عرفته أول مرة رحلات السفر الجوي الأرضي، حيث تؤدي الضغوط الهيكلية إلى حدوث كسور ميكروية دقيقة.
ليس مستغرباً أنه يصعب الحفاظ على رائحة طيبة لمحطة فضائية مأهولة باستمرار
شُغلت محطة الفضاء الدولية، التي يعادل حجمها حجم طائرة بوينغ 747، بصورة مستمرة منذ أكثر من 22 عاماً. فما رائحتها إذن؟ قال رائد الفضاء الأمريكي سكوت كيلي Scott Kelly لمجلة Wired: ”(ذات مرة)، كنت أجول في سجن مقاطعة هاريس [في ولاية تكساس]، وكانت هناك تلك الغرفة التي تفوح منها رائحة محطة الفضاء مزيج من روائح المطهرات والقمامة ورائحة الجسم“. وأضاف أنه في غياب الجاذبية، تميل روائح الجسد مثل إطلاق الريح إلى البقاء (في جو المحطة). وقال رائد الفضاء البريطاني تيم بيك Tim Peake إن رائحتها ”تشبه رائحة شواء بطريقة خاطئة“، في حين ذكرت رائدة الفضاء الإيطالية سامانثا كريستوفوريتي Samantha Cristoforetti وجود ”رائحة غريبة“ كان عليها التكيف معها.
لا يمكن لأي رائحة (على المحطة) أن تكون سيئة جداً، وذلك بفضل نظام مراقبة جودة هوائها: يجري تدوير هواء الوحدة بتشغيل مراوح عبر نظام ترشيح يشمل طبقات من الفحم المنشّط (مثل المادة الماصة للروائح في الأحذية) لإزالة المواد الكيميائية غير المرغوب فيها والروائح الضارة. لقد أمكن تدوير هواء الجزء الداخلي من محطة الفضاء الدولية بصورة أفضل مما حدث على محطة مير الفضائية الروسية. يقال إن تلك المحطة التي تفوح فيها رائحة العفن الفطري قد اشتهرت بوجود العفن والفطريات فيها في الجزء الأخير من عمرها البالغ 15 عاماً. أما محطة الفضاء الدولية، فقد أضيفت طبقات مقاومة للماء إلى تصميمها الداخلي لتساعد على تفادي هذه المشكلة.
وصارت تفصح عن عمرها
فشلت نماذج تقييم الحياة الهيكلية التابعة لناسا في التنبؤ بخطورة هذا الموقع، مما أثار مخاوف بشأن الوحدات الأخرى على الرغم من أن وحدات ناسا حصلت على شهادة السلامة حتى العام 2028، وروسكوزموس حتى العام 2024. ومنذ ذلك الحين، حددت شركة الطيران الروسية إينيرغيا Energia ”شقوقاً سطحية“ في وحدة زاريا التي يقرب عمرها من 25 عاماً أيضاً، مع أنه من غير الواضح ما إذا كانت هذه مرتبطة بأي فقدان للهواء.
وفي تأثير آخر مرتبط بالعمر، تتدهور المصفوفات الشمسية الأصلية للمحطة، مما يقلل من إنتاج الطاقة. واستجابة لذلك، يجري نشر جيل جديد من المصفوفات الشمسية التي تشبه الستائر الدوارة فوق المصفوفات السابقة؛ وقد جرى تركيب 6 من أصل 8 إلى الآن. وتعمل هذه العناصر جنباً إلى جنب مع العناصر غير المظللة في المصفوفات القديمة لتوليد طاقة كهربائية أكثر من أي وقت مضى بحد أقصى يبلغ 250 كيلووات، أي بزيادة قدرها 30%. تخزّن هذه الكمية في بطاريات ليثيوم أيون مطورة لاستخدامها عندما تخرج المحطة من ضوء الشمس.
أما الإضافة التالية للمحطة الفضائية فسيمكن لها أن تدوم فعلياً أكثر من عمر المحطة: من المقرر أن تضيف شركة آكسيوم سبيس Axiom Space، ومقرها في الولايات المتحدة، 4 وحدات جديدة إلى المحطة، بدءاً من العام 2026 مع إطلاق الوحدة Hub One. ستختبر هذه الوحدات المجمعة في السنوات المتبقية من عمر المحطة، ثم تفصل عنها لتصير محطة تجارية مستقلة حرة. تعد محطة آكسيوم واحدة من عدة محطات تابعة للقطاع الخاص مدعومة من خلال اتفاقيات قانون الفضاء الخاص بالوكالة ناسا (انظر محطات الفضاء المستقبلية، في اليسار). ومع تحول الوكالة الأمريكية إلى عمليات الإطلاق المأهولة للقطاع الخاص، فإن الهدف هو تسويق مدار أرضي منخفض كوجهة، وأن تكون ناسا واحدة من عديد من العملاء.
محطات الجيل المقبل
إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، فإن الوجود البشري الدائم في الفضاء سوف يمتد إلى ما هو أبعد من عمر محطة الفضاء الدولية (ومحطة تيانغونغ الصينية). أنجزت شركة آكسيوم، التي يعمل بها خبراء مخضرمون من الوكالة ناسا في السابق، أول مهمة خاصة تماماً إلى محطة الفضاء الدولية، في حين يجري إتمام بناء وحدتين من المحطة في شركة Thales Alenia Space في تورينو وهي شركة رائدة عالمياً، استطاعت بناء وحدات متعددة لمحطة الفضاء الدولية، إضافة إلى غلاف الضغط لوحدة Cygnus الخاصة بنقل التموين إلى محطة الفضاء الدولية.
كما تبني الشركة أيضاً المساهمات الأوروبية في مشروع البوابة القمرية Lunar Gateway، الوريث الروحي لمحطة الفضاء الدولية، والتي تضم جميع الشركاء في محطة الفضاء الدولية باستثناء روسيا. يبلغ حجم هذه المحطة سدس حجم محطة الفضاء الدولية فقط، وتتكون من وحدات صغيرة مدمجة، وستعمل في مدار بيضاوي حول القطب الجنوبي للقمر. سيبقى 4 رواد فضاء هناك مدة تصل إلى 30 يوماً في كل زيارة، وهو الحد الذي تفرضه ضرورة إحضار الهواء والماء الخاص بهم على متن مركبة أورايون Orion الفضائية.
قد تكون البوابة القمرية أصغر حجماً، لكنها ستكون أيضاً أقوى بنية، كما يقول جواو غاندرا João Gandra، مهندس المواد والعمليات في وكالة الفضاء الأوروبية: ”إن أغلفة وحدات الضغط على البوابة القمرية، إلى جانب أغلفة شركة آكسيوم، وأحدث نسخ مركبة سايغنوس (كوكبة الدجاجة) Cygnus، تشبه إلى حد كبير أسلافها على محطة الفضاء الدولية، فهي مصنوعة من سبائك الألومنيوم والنحاس القياسية. الاختلاف الكبير هو أنها الآن ملحومة باستخدام تقنية ’اللحام بالتحريك الاحتكاكي‘ Friction stir welding، وهي تقنية من ابتكار المملكة المتحدة، تعمل على تليين المعادن بدلاً من صهرها، من خلال تطبيق احتكاك لربطها بعضها ببعض؛ وهذا يؤدي إلى لحام أقوى مع أداء أفضل“.
ستكون البوابة القمرية أيضاً أذكى. فنظراً إلى كونها غير مأهولة طوال معظم العام، فهي ستعمل بطريقة تشبه القمر الاصطناعي أكثر من عمل المحطة الفضائية الدولية الحالية، مع مستوى عالٍ من الاستقلالية على متنها. سينفذ نوع الصيانة المتبع في عمليات السير الفضائي حول محطة الفضاء الدولية باستخدام الذراع الآلية الخاصة بالبوابة. ومن المقرر إطلاق أول وحدتين في أواخر العام 2025، لكن المحطة لن تحتوي حتى على غرفة معادلة الضغط قبل نهاية هذا العقد.
شون بلير Sean Blair:محرر أول لقسم التكنولوجيا والملاحة بوكالة الفضاء الأوروبية، في مجموعة EJR-Quartz
محطات فضاء المستقبل
بعد إنزال محطة الفضاء الدولية من مدارها، يجب أن يستمر وصول الإنسان إلى مدار أرضي منخفض من دون انقطاع. وهناك (الآن) عدة محطات فضائية في قيد التطوير، إحداها تحلق في المدار فعلاً
محطة تيانغونغ الفضائية (الصين)
من المقرر أن يستمر بقاء محطة تيانغونغ Tiangong، بوحداتها الثلاث، والمأهولة بنحو دائم، بعد انتهاء وجود محطة الفضاء الدولية. وستنضم إليها وحدة تلسكوب فضائي في العام المقبل. الجدوى: في المدار منذ إبريل 2021، ومن المقرر لها أن تعمل مدة عقد على الأقل. تأمل الصين أن تكون محطتها مركزاً جديداً للتعاون الدولي بعد (انتهاء عمل) محطة الفضاء الدولية.
محطة آكسيوم الفضائية (الولايات المتحدة الأمريكية)
ستستخدم هذه المحطة التجارية، المكونة من أربع وحدات، في التصنيع والتجريب والسياحة الفضائية. الجدوى: مدعومة باتفاقية قانون الفضاء (SAA) الخاصة بالوكالة ناسا، ومن المقرر بناؤها في أثناء التحامها بمحطة الفضاء الدولية. صنع أول وحدتين منها.
أوربيتال ريف (الولايات المتحدة الأمريكية)
بقيادة شركتي Blue Origin وSierra Space، يعتمد ”مجمع الأعمال الفضائي“ هذا على وحدة أساسية قابلة للتوسع. الجدوى: مدعومة من اتفاقية قانون الفضاء الخاصة بالوكالة ناسا، وستطلق باستخدام صاروخ الإطلاق New Glenn التابع لشركة Blue Origin، وستخدمها الطائرة الفضائية Dreamchaser التابعة لشركة Sierra Space (الاثنان لم يحلِّقا بعد).
ستارلاب Starlab (الولايات المتحدة الأمريكية)
محطة تجارية ستديرها شركات Nanoracks، وVoyager Space، وLockheed Martin. ستعتمد على وحدة رئيسة قابلة للنفخ، و”حديقة علوم“ ملحقة بها. الجدوى: مدعومة باتفاقية قانون الفضاء الخاصة بالوكالة ناسا. كانت غرفة معادلة الضغط Bishop من شركة Nanoracks أول إضافة تجارية إلى محطة الفضاء الدولية ISS. من المقرر إطلاقها في العام 2028.
محطة نورثروب غرومان (الولايات المتحدة الأمريكية)
محطة تجارية مكونة من ثلاث وحدات تخدم قطاعات متعددة بما في ذلك أبحاث الجاذبية الصغرى، والتصنيع في الفضاء، والسياحة الفضائية. الجدوى: بدعم من اتفاقية قانون الفضاء الخاصة بالوكالة ناسا، ستعتمد الوحدات على مركبة سيغنوس Cygnus الناجحة. ستطلَق المرحلة الأولى منها في أواخر العام 2028.
محطة ISRO الفضائية (الهند)
ستحلق هذه المحطة المكونة من وحدة واحدة على ارتفاع 400 كم، وهي مخصصة لإقامات بمدة تتراوح بين 15 و20 يوماً، وستخدمها مركبة غاغانيان Gaganyaan الفضائية المأهولة. الجدوى: تدعمها روسيا فنياً، وما زال على مركبة غاغانيان أن تحلق (أولاً). خطط لإطلاق هذه المحطة الفضائية في منتصف عقد الثلاثينات من القرن الحادي والعشرين.
محطة إيرباص لووب الفضائية Airbus LOOP (أوروبا)
محطة فضائية تجارية أحادية الوحدة، بقطر 8 م، وتصميم واسع من ثلاثة مستويات للإقامات الطويلة. مناسبة للإطلاق باستخدام مركبة ستارشيب Starship الفضائية التابعة لإيلون ماسك Elon Musk. الجدوى: تستند المحطة إلى الإرث التكنولوجي الأوروبي العتيد، ولكن المشروع لم يعلن عن عميل له بعد
محطة فاست Vast الفضائية (الولايات المتحدة الأمريكية)
موطن للجاذبية الاصطناعية، والسياحة الفضائية، والتصنيع. ستطلَق على متن الصاروخ Falcon 9 التابع لشركة سبيس إكس SpaceX، وتوفر مركبة الطاقم كرو دراغون Crew Dragon خدمات الصيانة. البداية من أواخر العام 2025. الجدوى: يدعمها الممول جيد ماكالب Jed McCaleb. ستقدم الجاذبية الاصطناعية عليها بيئة اختبار أقل تحبيذا.
البوابة القمرية Gateway (الولايات المتحدة الأمريكية/أوروبا/اليابان/كندا)
ستحلق هذه المحطة في مدار قمري، وستتكون من 5 وحدات، لتخدم كمعسكر أساسي في الطريق إلى سطح القمر. الجدوى: يحتاج إطلاقها إلى منظومة الإطلاق الفضائي SLS، أو صاروخ فالكون هيفي Falcon Heavy. ستطلق الوحدة الأولى منها في أواخر العام 2025. تختبر حالياً مركبة كابستون كيوب سات Capstone CubeSat التابعة للوكالة ناسا المدار الإهليلجي للبوابة القمرية.
