لا تأتي الكويكبات مع علامة تحذير بأنها قد تصطدم بالأرض يومًا ما. على الرغم من أننا لا نعرف أيًا منها في الوقت الحالي في المسار الصحيح للقيام بذلك، إلا أننا نجد آلافًا جديدة كل عام، وهناك دائمًا احتمال أن يتمكن أحدهم من ذلك. لقد أثبتنا وجود تقنية قابلة للتطبيق للتعامل مع هذا الاحتمال – حيث نجحت مهمة DART في نقل كويكب صغير باستخدام “المصادم الحركي” – وهو في الأساس قضيب كبير مصمم لدفع الكويكب بعيدًا عن مساره. لكن كان لدى DART عيب واحد كبير، فهو كان يتحرك في نفس اتجاه الكويكب، واقترب منه من الخلف، وفي النهاية اصطدم به بمسبار تم إطلاقه أثناء وجوده في مدار حوله. قد تنجح هذه التقنية إذا كان لدينا ما يكفي من التحذير، ولكنها ستتطلب سنوات من المناورة الميكانيكية المدارية حتى تنجح. والبديل الذي اقترحه الباحثون في جامعة بيهانغ هو استخدام نوع جديد من الشراع الشمسي لإبعاد كويكب يحتمل أن يكون خطيرا عن طريق ضربه وجها لوجه.

إن انحراف الكويكب باستخدام المصادم يعود إلى عامل واحد بسيط – الطاقة. كلما زادت الطاقة المنقولة من الجسم المصطدم إلى الكويكب، زادت حركة الكويكب. والشيء العظيم في الطاقة هو أنها تزيد مع مربع السرعة. بمعنى آخر، كلما اصطدمت بشيء ما بشكل أسرع، زادت الطاقة التي تنقلها إليه.

اصطدم DART بالكويكب المستهدف Dimorphos بسرعة 6 كم/ثانية تقريبًا، وهي سرعة محترمة، ولكنها محدودة بحقيقة أنه كان قادمًا من نفس الاتجاه. وفقًا للورقة البحثية الجديدة، يمكن لمركبة صادمة تستخدم شراعًا شمسيًا أن تقترب من كويكب يقترب من الاتجاه المعاكس – على غرار سائق الطريق السريع في الاتجاه الخاطئ – وتصطدم بهدفه بسرعة حوالي 100 كيلومتر في الثانية – مما ينقل ما يقرب من 230 ضعف القوة لكل كيلوغرام من كتلة الارتطام مقارنة باختبار DART.

يتحدث فريزر عن كيف يمكننا إيقاف كويكب قاتل.

المشكلة هي جعل المركبة الفضائية تتحرك في الاتجاه المعاكس. يدور كل شيء تقريبًا حول الشمس في اتجاه عكس عقارب الساعة، بما في ذلك الأرض. وعلى هذا النحو، عندما ينطلق شيء ما من الأرض، فإنه يتحرك بالفعل في هذا الاتجاه. إن عكس هذا الاتجاه والدخول في مدار في اتجاه عقارب الساعة (الرجعي) يتطلب الكثير من الطاقة، بعبارة ملطفة. الصواريخ الكيميائية ليست قادرة على ذلك – طغيان معادلة تسيولكوفسكي الصاروخية يجعل من المستحيل عليها حمل ما يكفي من الوقود لإكمال تلك المناورة. ولكن من المحتمل أن تتمكن الأشرعة الشمسية من ذلك.

تعمل الأشرعة الشمسية من خلال تسخير ضغط الإشعاع الشمسي، وهو مقدار ضئيل من القوة التي ينشرها الفوتون عندما يصطدم بشيء ما. في جوهرها، فإنها تبحر باستخدام ضوء الشمس بدلاً من الحاجة إلى وقود مثل الصواريخ الكيميائية أو الأيونية التقليدية. في التسعينيات، أدرك المهندس الإيطالي جيانكارلو فولبيتي أنه يمكنك استخدام هذه التكنولوجيا لوضع شراع شمسي في ما أسماه مسار H-reversal – وهي في الأساس طريقة لجعل الشراع يبدأ في الدوران للخلف.

تستخدم هذه التقنية في البداية الشراع كمكابح، مما يؤدي إلى إبطاء الزخم الزاوي للمركبة. وبعد أن تنخفض إلى الصفر، تقوم جاذبية الشمس بعملها، وتسحب المركبة نحو نجمنا في غوص عميق. لكن في مسار فولبيتي، يعود الشراع إلى العمل مرة أخرى خلال أقرب اقتراب للمركبة (الحضيض الشمسي)، ويعود بالمقاليع إلى الخارج في مدار رجعي. يبدو الأمر وكأنه حل رائع لتحريك المرتطم في الاتجاه الصحيح لنقل كمية هائلة من الطاقة إلى الكويكب. هناك مشكلة واحدة فقط، وهي أن الأشرعة الشمسية خرقاء للغاية.

يتحدث فريزر عن نتائج اختبار DART.

لقد نجحنا في اختبار عدد قليل منها في الفضاء – تعد مهمة IKAROS التابعة لـ JAXA وLightSail 2 التابعة لجمعية الكواكب أمثلة على الأشرعة الشمسية التقليدية، والتي تعمل بشكل أساسي مثل المرايا العملاقة. وفي حالتها، فإن الضوء الذي يرتد عنها يغادر في نفس الزاوية التي يصل فيها. يكون الدفع دائمًا متعامدًا مع سطح الشراع. هذا الوضع ليس مثاليًا بالنسبة للمسار المعكوس على شكل حرف H، لأنه يعني أنه يتعين عليك إمالة الشراع بزاوية قصوى بالنسبة للشمس، مما يمثل بالتالي هدفًا أصغر بكثير لضرب ضوء الشمس، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة الشراع.

أدخل الشراع الشمسي الحيود. بدلاً من الفيلم العاكس التقليدي، تستخدم المادة المصنوعة من هذه الأشرعة شبكات بصرية مجهرية لتشتيت الضوء على الجوانب، دون أن يدور الشراع نفسه. وهذا يعني أن الشراع يمكنه إبقاء وجهه بالكامل باتجاه الشمس، حتى في الحضيض الشمسي، لكنه يجبر كل ذلك على الحركة الجانبية. يؤدي هذا إلى تبسيط التحكم في الموقف بشكل كبير ولا يزال يتيح الدفع الكبير اللازم لإنجاز هذه المناورة المدارية الصعبة.

قام الباحثون بمحاكاة عدة أنواع مختلفة من تكوينات الأشرعة الشمسية لمسار الانعكاس H، ووجدوا أن الأشرعة الحيادية من النوع الانعكاسي هي الفائز الواضح. في عمليات المحاكاة الخاصة بهم، هذا النوع فقط هو الذي لم يسقط في الشمس أو يتم إطلاقه في مسار حيث تم دفعه خارج النظام الشمسي بالكامل. لكن العثور على النوع المناسب من الشراع كان مجرد خطوة أولى، حيث عرضت المحاكاة الثانية مثالاً لما قد يحدث مع كويكب مشهور آخر – أبوفيس.

يتحدث فريزر عن مدى روعة الأشرعة الشمسية.

أبوفيس هو كويكب يبلغ عرضه 340 مترًا، ومن المتوقع أن يصل إلى مسافة 38 ألف كيلومتر من الأرض في 13 أبريل 2029. وفي حين أن هذا في حد ذاته لا يستدعي انحرافه، فقد قرر الباحثون رؤية ما يمكنهم فعله بهذا الكويكب المدروس جيدًا. لقد قاموا بمحاكاة شراع عاكس للانحراف في شكلين مختلفين – أحدهما حيث تم ضبطه بزاوية حيود دائمة، والآخر حيث يمكنه التبديل بين زاوية معتدلة للغوص باتجاه الشمس ثم الاتصال به بالقرب من الحضيض الشمسي إلى حوالي 90 درجة.

كلا الإصدارين كانا قادرين على توصيل صاروخ بسرعة 100 كم/ثانية مباشرة إلى أبوفيس في حوالي 200-300 يوم من وقت الإطلاق. وهذا يقلل ما يقرب من عام من وقت مهمة الشراع الشمسي العاكس القياسي، وهو فارق زمني يمكن أن يكون الفرق بين الانحراف والارتطام.

ونأمل ألا نحتاج أبدًا إلى استخدام هذه التكنولوجيا لإبعاد كويكب يحتمل أن يكون خطيرًا. لكن من الناحية الواقعية، سنواجه ذلك يومًا ما. ومعرفة أن هذه التقنية يمكن أن توفر طاقة أكبر بمئات المرات من التأثيرات المدارية المشتركة التي أثبتنا نجاحها حتى الآن أمر مشجع – على الأقل نعلم أن هناك أداة أخرى في حزام أدواتنا للتعامل مع هذه المخاطر، حتى لو لم نضطر إلى استخدامها بأعجوبة.

يتعلم أكثر:

J. Zhang et al – مسار الشراع الانحرافي H-Reversal: الجدوى النظرية، واستراتيجيات التصميم، والتطبيقات

UT – جمعية الكواكب تنشر الشراع الشمسي الخاص بـ LightSail 2. ماذا يحمل المستقبل للأشرعة الشمسية؟

UT – قامت مهمة DART التابعة لناسا أيضًا بتغيير مدار ديديموس حول الشمس

UT – إن انحراف الكويكبات ليس بالأمر السهل وفقًا للبيانات الجديدة الصادرة عن DART