مهمة إنقاذ سويفت الفضائية: تحدي الزمن والجاذبية

قبل عشرة أشهر فقط، طلبت وكالة ناسا من ثلاث شركات إنجاز مهمة لم يسبق لها مثيل: تصميم وإطلاق قمر صناعي لإنقاذ مهمة فلكية بالغة الأهمية تقدر قيمتها بـ 500 مليون دولار، كانت مهددة بالسقوط نحو الأرض. والأكثر من ذلك، كان عليهم تحقيق ذلك في أقل من عام وبميزانية محدودة. تحدٍّ هائل استجابت له شركة Katalyst Space Technologies، الناشئة منذ عام 2020، بتقديم الحل الأكثر إقناعًا. يقول شون دوماجال جولدمان، مدير قسم الفيزياء الفلكية في ناسا: لقد عادوا برد كان معقولًا من الناحية الفنية والبرمجية، ثم قلنا: نعم، فلنفعل ذلك. في أغسطس الماضي، تم منح Katalyst عقدًا بقيمة 30 مليون دولار لبناء واختبار وإطلاق قمر صناعي صغير، أُطلق عليه اسم Link، لتعقب وإمساك سويفت (Swift) باستخدام ثلاثة أذرع آلية، ثم دفعه إلى مدار تشغيلي آمن لاستئناف مهامه العلمية. لكن القول أسهل من الفعل.

إنقاذ جوهرة الفضاء: مرصد سويفت في خطر

يحلق مرصد سويفت في مدار أرضي منخفض، حيث لا تزال الطبقات الخارجية من الغلاف الجوي تمارس بعض التأثير الديناميكي الهوائي على الأقمار الصناعية. انطلقت المركبة الفضائية في نوفمبر 2004 في مهمة اكتشاف انفجارات أشعة جاما، أقوى الانفجارات في الكون المعروف. وعلى الرغم من عمره، لا يزال علماء الفيزياء الفلكية يعتمدون على أدوات سويفت متعددة الأطوال الموجية لتحديد وتحديد موقع انفجارات أشعة جاما من أجل متابعة عمليات الرصد بواسطة مراصد أخرى.

لكن هناك عقبة كبيرة؛ يفتقر سويفت إلى أي أدوات دفع للحفاظ على مداره، مما أدى إلى انخفاض ارتفاعه تدريجيًا بسبب السحب الديناميكي الهوائي. انطلق المرصد في مدار على ارتفاع 363 ميلاً (585 كم) تقريبًا فوق الأرض، بينما يحلق الآن على ارتفاع 225 ميلاً (363 كم). سيزداد معدل الانحلال مع انغماس المركبة الفضائية في طبقات أكثر كثافة من الغلاف الجوي حتى يحترق سويفت أخيرًا أثناء إعادة الدخول. يفقد سويفت ارتفاعه بشكل أسرع مما كان متوقعًا بسبب فترة النشاط الشمسي غير العادي في السنوات الأخيرة، حيث تعمل الشمس النشطة على نفخ الغلاف الجوي للأرض، مما يزيد من السحب للأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض. وعلى الرغم من أن معظم سويفت سيحترق قبل أن يسقط على سطح الأرض، إلا أن أهميته العلمية لا تقدر بثمن.

يؤكد دوماجال جولدمان: هذا ليس مجرد مركبة فضائية عادية؛ إنه مرصد يتمتع بقدرات فريدة في مجال الفيزياء الفلكية، وعلى غرار ما يوحي اسمه، إنه مرصد سريع يمكنه الدوران بسرعة عبر سماء الليل للعثور على الظواهر الفلكية العابرة. لذلك، قررنا إنقاذ هذا المرصد نظرًا لتميزه البالغ. ولكن بعد ذلك واجهنا تحديًا مختلفًا يتمثل في أن الوقت كان ينفد.

يقدر مهندسو ناسا أن سويفت سيهبط إلى ما دون ارتفاع 186 ميلاً (300 كيلومتر) هذا الخريف، ربما في شهر أكتوبر تقريبًا. عند هذا الارتفاع، سيكون سويفت منخفضًا جدًا بحيث لا تتمكن Katalyst من الاقتراب منه بأمان بسبب تأثيرات السحب المتزايد. منحت ناسا شركة Katalyst أقل من عام لتصميم وبناء القمر الصناعي، وكان من المقرر إطلاق مهمة إنقاذ سويفت قبل نهاية يونيو/حزيران. ويضيف دوماجال جولدمان: لكي أكون صادقًا، لم يعتقد أحد أن ذلك سيكون ممكنًا. ولم يعتقد أحد أننا سنصل إلى الحد الذي وصلنا إليه بالفعل اليوم. لا تزال هناك مخاطر أمامنا، لكنني ممتن للغاية ومتفائل قدر الإمكان بأننا سنواجه هذه التحديات بفضل الأشخاص الذين عملوا عليها.

تم اختبار إطلاق ثلاثة محركات دفع ذات تأثير هال تعمل بوقود الزينون على مركبة الفضاء لينك التابعة لشركة كاتاليست داخل غرفة مفرغة حرارية في مركز غودارد لرحلات الفضاء بولاية ميريلاند. (الائتمان: كاتاليست لتقنيات الفضاء)

لينك ينطلق: تفاصيل المهمة الصعبة

أصبحت مركبة الخدمة الفضائية Katalyst Link جاهزة الآن للإطلاق، وهو احتمال لم يكن أمرًا مسلمًا به قبل بضعة أشهر فقط. قامت شركة Katalyst بشحن القمر الصناعي Link من مصنعها في كولورادو إلى مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في ماريلاند لإجراء بطارية من اختبارات الفراغ الحراري والاهتزاز هذا الربيع لمحاكاة البيئات التي سيراها في الفضاء وأثناء الإطلاق. بعد ذلك، تم شحن القمر الصناعي إلى منشأة Wallops Flight Facility التابعة لناسا في فيرجينيا لتكامله مع صاروخ Pegasus XL التابع لشركة Northrop Grumman.

يعد صاروخ Pegasus XL مركبة إطلاق فريدة من نوعها تطلق من الجو، حيث يتم إطلاقه من طائرة تجارية معدلة على ارتفاع حوالي 39000 قدم، ثم يقوم بإشعال سلسلة من ثلاثة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب للصعود والتسارع في المدار. بعد 45 مهمة ناجحة منذ عام 1990، يُعد هذا هو صاروخ بيجاسوس الأخير المقرر أن يطير. اختارت Katalyst سيارة Pegasus XL إلى حد كبير بسبب قدرتها على الحركة، حيث يتواجد سويفت في مدار غير عادي يأخذ المرصد بين خطي عرض 20 درجة شمالًا وجنوبًا في كل رحلة حول الأرض، مما يجعل من الصعب الوصول إليه من منصة الإطلاق في كيب كانافيرال بولاية فلوريدا دون إطلاق مخصص على صاروخ كبير الحجم وأكثر تكلفة. تتلاءم المركبة الفضائية لينك، التي يقل وزنها عن نصف طن عند الإطلاق، بشكل مريح مع واجهة الحمولة الصافية لصاروخ بيجاسوس.

ستقوم الطائرة الحاملة L-1011 التابعة لشركة Northrop Grumman بنقل صاروخ Pegasus الذي يبلغ طوله 58 قدمًا (18 مترًا) مع القمر الصناعي لخدمة Link إلى موقع فوق المحيط الهادئ الاستوائي النائي بالقرب من Kwajalein Atoll في جزر مارشال. بدأت الرحلة التي تستغرق عدة أيام إلى كواجالين من قاعدة بيجاسوس التكاملية في فيرجينيا يوم الخميس، ومن المقرر إطلاق المهمة في 27 يونيو.

تحقيق المستحيل في وقت قياسي

عادةً ما يستغرق الأمر عدة سنوات حتى يتم تصميم وتصنيع واختبار وإطلاق قمر صناعي بهذا التعقيد. فكيف تمكنت ناسا و Katalyst و Northrop Grumman من القيام بذلك في أقل من عام؟ لقد فعلوا ذلك عن طريق التخلص من القواعد التقليدية. يمكن أن تستغرق العملية البيروقراطية العادية لوكالة ناسا للحصول على مقترحات لمهمات جديدة شهورًا أو حتى سنوات. ويوضح دوماجال جولدمان: لم نرسل التماسًا لأنه لم يكن لدينا الوقت لذلك. في العادة، هذا ما سنفعله، لكن طلبات تقديم العروض هذه تستغرق وقتًا حتى يستجيب المجيبون ونقوم بمراجعتها. وبدلًا من ذلك، نظرنا إلى الأشخاص المتعاقدين معنا بالفعل للقيام بتطوير التكنولوجيا، وطلبنا من ثلاثة فرق متعاقدة إجراء دراسة حول ما يمكنهم فعله.

كانت شركة Katalyst تعمل بالفعل في مهمة عرض تجاري لمنصة خدمة Link الخاصة بها. وعند اختيارها من قبل ناسا لمهمة إنقاذ سويفت، قامت Katalyst بسرعة بتحويل هذا الاستثمار الخاص لتلبية احتياجات الوكالة. ومن أجل القيام بذلك، عرف قادة الشركة أن عليهم قبول بعض المخاطر الإضافية. قامت Katalyst سريعًا بإصدار طلبات للموردين لجميع الأجزاء المطلوبة لتجميع مركبة Link الفضائية. وفي بعض الحالات، عندما وجدوا أن مورديهم لا يستطيعون التسليم في الوقت المناسب، قرروا تصنيع الأجزاء بأنفسهم. كما قام المهندسون بتبسيط حملة اختبار المركبة الفضائية Link للوفاء بالموعد النهائي لناسا. يقول كيران ويلسون، الباحث الرئيسي في شركة Link في Katalyst: نحن في وضع غير عادي حيث يملي الجدول الزمني مقدار المخاطرة التي نحن على استعداد لقبولها، وليس العكس. الساعة تدق على نزول سويفت، لذلك يتعين علينا إيجاد توازن بين الاختبار وحل المشكلات الذي يمنح المهمة أفضل فرصة للنجاح.

تم دمج المركبة الفضائية Link مع صاروخ Pegasus XL التابع لشركة Northrop Grumman. (حقوق الصورة: ناسا/رون بيرد)

الطريق إلى النجاح: المخاطر والتوقعات المستقبلية

تُعد Link هي المهمة الفضائية الثانية التي طورتها Katalyst بعد العرض التكنولوجي الذي أطلقته Atomos Space في عام 2024، وهي شركة استحوذت عليها Katalyst العام الماضي. يقول ويلسون: عندما بدأنا البرنامج، أعتقد أن الجميع أدركوا أن الخطر الأكبر هو أننا لم نكن مستعدين للإطلاق في الوقت المناسب، وأن سويفت ستسقط بشكل أسرع مما يمكننا النهوض منه. لقد تمكنا من إيقاف هذا الخطر خلال الأشهر القليلة الماضية من خلال بناء مركبة فضائية واختبارها والاستعداد لتشغيلها. الآن، هناك الكثير من المخاطر المتبقية في البرنامج. لا يزال يتعين علينا وضع المركبة الفضائية في المدار وتشغيل المركبة الفضائية هناك بنجاح، وكما رأينا جميعًا من قبل، يعد هذا أمرًا صعبًا للغاية.

ومن المفيد أيضًا أن تمتلك شركة Northrop Grumman جميع أجزاء صاروخ Pegasus XL في المخزن. تم طلب آخر صاروخين من طراز Pegasus في الأصل من قبل شركة Stratolaunch، وتخلت شركة ستراتولونش عن الصواريخ بعد وفاة مؤسسها المشارك لشركة Microsoft بول ألين في عام 2018، وكان لشركة نورثروب الحرية في بيعها لعملاء آخرين، فباعت واحدة إلى Space Force في عام 2021، والأخرى إلى Katalyst العام الماضي.

مهما حدث بعد إطلاق Link، تعتقد ناسا وشركاؤها أنهم كتبوا نموذجًا جديدًا لكيفية القيام بمهمة فضائية سريعة الاستجابة. ويقول روبرت لامونتين، نائب الرئيس للشراكات الإستراتيجية في شركة Katalyst: قد يسميها البعض الأولى من نوعها، وهي مركبة فضائية روبوتية يمكنها الذهاب والتقاط قمر صناعي غير جاهز. إنها مهمة تجارية، أولًا وقبل كل شيء، تحقق هدفًا تشغيليًا وواقعيًا. إنها ليست مجرد عرض توضيحي، ونحن نقوم بذلك كخدمة… إنه في الواقع مخطط تفصيلي للشراكات التجارية والحكومية. ويختتم دوماجال جولدمان بقوله: من وجهة نظر برمجية، فأنا أعتبر هذا نجاحًا بالفعل، فقط من حقيقة أننا سنقوم بتجربته.