أطلق مختبر الدفع النفاث JPL التابع لوكالة ناسا تقنية الساعة الذرية للفضاء السحيق Deep Space Atomic Clock، ستغير هذه التقنية الجديدة شكل الملاحة الفضائية للمركبات.
أُطلقت منصة اختبار القمر الصناعي للفضاء في أواخر حزيران 2019، على متن صاروخ Falcon Heavy التابع لـ SpaceX، تُعَد هذه التقنية أحد أبرز فروع التكنولوجيا المُتوقع أن تشكل حجر الأساس في نُظم الملاحة الفضائية ذاتية القيادة اعتمادًا على نظام انتقال شبيه بنظام تحديد المواقع العالمي GPS.
تسعى ناسا إلى مستقبل تستطيع فيه المركبات الفضائية التحليق باستقلالية وأمان إلى القمر أو المريخ. نستطيع اليوم إرشاد المركبة الفضائية من طريق تحديد موقعها من الأرض، وإرسال بيانات الموقع عبر نظام إرسال لا سلكي ثنائي الاتجاه إلى الفضاء، قد يستغرق الأمر من دقائق إلى ساعات لإيصال هذه التوجيهات؛ ما يعني أن الملاحة الفضائية لا تتأثر ببُعد المسافة التي ستقطعها أي مهمة فضائية عبر النظام الشمسي، لأن المركبة تظل قادرةً على تلقي التوجيهات من الأرض، لكن ذلك قد يمثل قيدًا على أعضاء البعثة المُرسَلة إلى كوكب آخر مستقبلًا؛ فكيف سيتنقل رواد الفضاء بعيدًا عن الأرض دون القدرة على التحكم المباشر في المكان الذي سيذهبون إليه؟ وكيف سيستطيعون الهبوط بدقة على سطح الكوكب مع وجود تأخير زمني في التواصل، ما سيؤثر على قدرتهم على ضبط مسارهم في الغلاف الجوي؟ هنا تأتي أهمية ساعة الفضاء السحيق الذرية، وهي جهاز بحجم محمصة الخبز الكهربية، وتُعَد أول أداة شبيهة بنظام تحديد المواقع العالمي GPS، وهي صغيرة ومستقرة كفاية لتسافر على متن أي مركبة فضائية.
تتيح هذه التقنية أن تتعرف المركبة الفضائية على موقعها الحالي دون الاعتماد على البيانات القادمة من الأرض.
انطلقت الساعة في حزيران على متن صاروخ SpaceX Falcon Heavy إلى المدار الأرضي لمدة سنة واحدة تجريبية؛ إذ ستُختبَر قدرتها على مساعدة المركبات الفضائية على تحديد موقعها في الفضاء، وإذا نجحت التجربة، فسيمهد ذلك الطريق لمستقبل مليء بالتنقلات الفضائية وحيدة الاتجاه، يستطيع فيه رواد الفضاء استخدام نظام تحديد المواقع الفضائي المشابه لنظام GPS على سطح القمر لمعرفة طريقهم، وأن يحلقوا في بعثات إلى كوكب المريخ والكواكب الأخرى في أمان.
قالت جيل سوبرت Jill Seubert نائب مدير الأبحاث: «عادةً يتحكم في المركبات الفضائية التي تستكشف الفضاء ملاحون أرضيون، لكن ساعة الفضاء السحيق الذرية قد تغير هذا الواقع؛ إذ ستتيح الملاحة الذاتية المستقلة، أو المركبات الفضائية ذاتية القيادة».
لا يوجد نظام GPS في الفضاء السحيق
لا تُعَد الساعات الذرية الفضائية أمرًا جديدًا، فعادةً يحدد كل جهاز GPS وكل هاتف ذكي موقعه بواسطة ساعة ذرية موجودة على القمر الصناعي الذي يدور حول الأرض، إذ ترسل الأقمار الصناعية إشارات من الفضاء، ويحدد المُستقبِل موقعك ويحتسب الزمن الذي استغرقته الإشارات للوصول إليك.
لكن لا تمتلك المركبات المحلقة في المدار حول الأرض نظامًا لتحديد المواقع تستخدمه لتحديد طريقها في الفضاء، وكذلك فالساعات الذرية على الأقمار الصناعية لنظام GPS ليست دقيقةُ كفاية لإرسال التوجيهات إلى المركبة الفضائية، إضافةً إلى أن توقفها عن العمل لأقل من ثانية قد يؤدي إلى انحراف المسار لأميال، لذلك يستخدم الملاحون هوائيات أرضية عملاقة لإرسال إشارات إلى مركبات الفضاء، التي تعيد إرسالها إلى الأرض، فتقيس ساعات بالغة الدقة المدة التي تستغرقها الإشارة في الرحلة الثنائية والمسافة التي قطعتها وسرعة انتقالها، وبذلك يستطيع الملاحون إرسال التوجيهات إلى المركبة الفضائية لإرشادها إلى وجهتها.
قالت سوبرت: «يشبه ذلك مفهوم الصدى؛ إذ يمكنك من احتساب الوقت الذي يستغرقه ارتداد صوتك عن الجبل تقدير بُعد ذلك الجبل عنك».
يعني الانتقال ثنائي الاتجاه أنه أيًّا كان بُعد الرحلة الفضائية، ستظل مضطرةً إلى انتظار إشارة التوجيه لتتمكن من عبور المسافات الشاسعة بين الكواكب، ومن الأمثلة الشهيرة لذلك العربات الجوالة على سطح المريخ مثل Curiosity، إذ استغرق فريق التحكم 14 دقيقة للهبوط بأمان، هذا التأخير الزمني هو متوسط زمن الانتظار، إذ تستغرق الإشارة الأحادية 4-20 دقيقة لتنتقل بين الكوكبين، اعتمادًا على موقع كل من المريخ والأرض في مداريهما.
إنها طريقة بطيئة وشاقة للتنقل في الفضاء السحيق، إذ ترتبط الهوائيات العملاقة لشبكة الفضاء السحيق لناسا تمامًا مثل خط هاتف نشط، وتحلق المركبة الفضائية في أثناء عملية التبادل هذه عشرات آلاف الأميال في الساعة، وقد تبلغ مكانًا مختلفًا تمامًا بحلول الوقت التي تتعرف فيه على موقعها.
طريقة أفضل للتنقل
مع أن الساعة الذرية صغيرة كفاية لتُحمَل في بعثة فضائية، فهي مضبوطة بدقة لتعطي توجيهات صحيحة، ما قد يلغي الحاجة للأنظمة ثنائية الاتجاه.
سيرسل الملاحون الإشارات من الأرض إلى المركبة الفضائية، هنا ستتولى الساعة الذرية الموجودة على متن المركبة العمل، إذ تحتسب الوقت الذي استغرقته الإشارة للوصول إليها، ومن ثم تستطيع تحديد موقعها وبُعدها عن وجهتها، مصدرةً لنفسها التوجيهات المستقلة.
قال الباحث تود إلي Todd Ely: «سيتيح وجود ساعة ذرية على متن المركبة الفضائية التنقلات الراديوية، ستوفر هذه التنقلات -مع التنقلات البصرية- طريقةً أدق وأأمن لانتقال رواد الفضاء ذاتيًّا».
توجد العديد من التطبيقات لطريقة التنقل الأحادية في المريخ وما بعده، إذ قد تتواصل هوائيات DSN مع رحلات متعددة في نفس الوقت، من طريق إرسال إشارة بث واحدة إلى الفضاء، قد تحسن التقنية الجديدة دقة الـ GPS الأرضي، إذ تستطيع مركبات فضائية متعددة مزودة بساعات الفضاء السحيق الذرية أن تدور حول المريخ، مكونةً شبكة تشبه نظام GPS الأرضي، القادر على إعطاء توجيهات للروبوتات والبشر على السطح.
قال مدير تطوير الساعة الأيونية إيريك بيرت Eric Burt: «سوف تزيد الساعة الذرية للفضاء السحيق من القدرة على التنقل، ليس فقط محليًّا، بل في الكواكب الأخرى أيضًا، وبنفس الدقة، إذ سيصبح لدينا نظامGPS على الكواكب الأخرى».
ابتكر بيرت وزملاؤه ساعةً أيونية زئبقية، تحافظ على استقرارها في الفضاء بنفس طريقة الساعات الذرية التي بحجم الثلاجة على الأرض.
أثبتت الساعة الذرية للفضاء السحيق في الأبحاث المخبرية أنها أكثر دقة بمقدار 50 مرة من ساعات الـ GPS، بخطأ مقداره ثانية لكل 10 ملايين سنة.
ستثبت هذه الساعة إمكانية أن تبقى مستقرةً في المدار الفضائي، وإذا تحقق ذلك سيصبح استخدام الساعة الذرية للفضاء السحيق في المهمات الفضائية ممكنًا بحلول 2030، وستكون الخطوة التالية هي مركبة فضائية ذاتية القيادة قادرة على نقل البشر إلى عوالم أخرى.
إن الساعة الذرية للفضاء السحيق المحمولة على متن المركبة الفضائية، مزودة بالأنظمة الذرية الكهرومغناطيسية العامة لمدينة Englewood في كولورادو تحت رعاية برنامج البعثات الاستكشافية العملية للتكنولوجيا التابع لناسا، وبرنامج التواصل والتنقل التابع لمديرية بعثات الاستكشاف والعمليات البشرية، ومختبر الدفع النفاث.
اقرأ أيضًا:
ما هي الساعات الذرية وكيف تعمل؟
الساعات الذرية الدقيقة قد تعيد تعريف الوقت
ترجمة: م. دلال الشماع
تدقيق: أكرم محيي الدين
