في الشهر الماضي، انقلبت مركبة الهبوط الآلية أوديسيوس، وهي أول مركبة فضائية أمريكية الصنع تلامس القمر منذ أكثر من 50 عامًا، بزاوية. وقد أدى ذلك إلى الحد من كمية العلوم التي يمكن القيام بها على سطح القمر لأن هوائياته وألواحه الشمسية لم تكن موجهة في الاتجاه الصحيح.
وقبل ذلك بشهر، انتهى الأمر بمركبة فضائية أخرى، وهي مركبة الهبوط الذكية لاستكشاف القمر، أو SLIM، التي أرسلتها وكالة الفضاء اليابانية، على رأسها أثناء الهبوط.
لماذا هذا الوباء المفاجئ لسفن الفضاء التي تتدحرج على القمر مثل لاعبي الجمباز الأولمبيين الذين يؤدون تمارين أرضية؟ هل من الصعب حقًا الهبوط بشكل مستقيم هناك؟
على شبكة الإنترنت وأماكن أخرى، أشار الناس إلى ارتفاع مركبة الهبوط أوديسيوس – 14 قدمًا فوق المجموعة الشمسية من منصة الهبوط – كعامل مساهم في هبوطها غير المستقر.
هل ارتكبت الآلات البديهية التي بنت أوديسيوس خطأً واضحًا في تصميم سفينة الفضاء بهذه الطريقة؟
يقدم مسؤولو الشركة مبررات هندسية للتصميم الطويل النحيف، لكن المعلقين على الإنترنت لديهم وجهة نظر صحيحة.
يسقط الجسم الطويل بسهولة أكبر من الجسم القصير والقرفصاء. وعلى القمر، تبلغ قوة الجاذبية سدس قوة الجاذبية على الأرض، حيث يكون ميل الميل أكبر.
وهذا ليس إدراكا جديدا. قبل نصف قرن من الزمن، خاض رواد فضاء أبولو تجربة مباشرة أثناء تجولهم على القمر وسقوطهم على الأرض في بعض الأحيان.
وأوضح المهندس السابق في وكالة ناسا، فيليب ميتزجر، وهو الآن عالم الكواكب في جامعة سنترال فلوريدا، على موقع التواصل الاجتماعي X الأسبوع الماضي. الرياضيات والفيزياء لماذا يصعب الوقوف على القمر؟
“لقد قمت بالفعل بإجراء الحسابات، وهو أمر مخيف للغاية”، يقول الدكتور. قال ميتزجر. “إن الحركة الجانبية التي يمكنها إمالة مركبة هبوط بهذا الحجم لا تتجاوز بضعة أمتار في الثانية تحت الجاذبية القمرية.” (متر واحد في الثانية يعادل أكثر بقليل من ميلين في الساعة، بوحدات الولايات المتحدة اليومية).
هناك جزأين لمسألة الاتساق هذه.
الأول هو الاستدامة. إذا كان هناك شيء واقف بزاوية وكان مركز ثقله خارج ساق الهبوط، فسوف يسقط.
هنا، أقصى زاوية ميل هي نفسها على الأرض كما هي على القمر. الأمر نفسه ينطبق على أي عالم، سواء كان كبيرًا أو صغيرًا، لأن الجاذبية أُخرجت من المعادلة.
ومع ذلك، فإن الإجابة تتغير إذا كانت المركبة الفضائية لا تزال تتحرك. من المفترض أن يهبط أوديسيوس عموديًا بسرعة أفقية صفر، ولكن بسبب مشاكل في نظام الملاحة، فإنه لا يزال يتحرك جانبيًا عندما يصطدم بالأرض.
“الحدس الأرضي أصبح الآن عائقًا” د. قال ميتزجر.
لقد أعطى مثالاً على محاولة دفع الثلاجة في مطبخك. قال الدكتور ميتزجر: «إنه ثقيل جدًا لدرجة أن دفعة بسيطة لن تؤدي إلى دفعه».
لكنك تستبدلها بقطعة من الستايروفوم على شكل ثلاجة، وتحاكي وزن الثلاجة الحقيقية في الجاذبية القمرية، “ثم تدفعها دفعة خفيفة للغاية”، كما قال الدكتور ميتزجر.
على افتراض أن المركبة الفضائية مكونة من قطعة واحدة، فإنها ستدور حيث تلامس ساق الهبوط الأرض.
دكتور. اقترحت حسابات ميتزجر.
على سبيل المثال، إذا كان عرض ستة أقدام كافيًا للهبوط على الأرض بأقصى سرعة أفقية، فيجب أن تكون الأرجل متباعدة بمقدار 15 قدمًا لتجنب الانقلاب على القمر بنفس السرعة الجانبية.
من أجل بساطة التصميم، لم يتم طي أرجل الهبوط لـ Odysseus، كما أن قطر صاروخ SpaceX Falcon 9 الذي رفعه إلى الفضاء حد من مدى انتشار أرجل الهبوط.
قال الدكتور هانز: “لذلك، على القمر، إذا كنت ستهبط بمركبة في جاذبية الأرض، فسيتعين عليك التصميم للحفاظ على السرعات الجانبية منخفضة للغاية عند الهبوط”. كتب ميتزجر في X.
عندما زرت المقر الرئيسي والمصنع لشركة Intuitive Machines في هيوستن في فبراير من العام الماضي، فوجئت أيضًا بشكل مركبة الهبوط.
“لماذا طويل القامة؟” انا سألت.
ورد ستيف ألتيموس، الرئيس التنفيذي لشركة Intuitive Engines، بأن الأمر يتعلق بالخزانات التي تحتوي على الميثان السائل ووقود الأكسجين السائل للمركبة الفضائية.
نظرًا لأن الأكسجين يزن ضعف وزن الميثان، فقد تكون مركبة الهبوط غير متوازنة إذا تم وضع خزان الأكسجين بجوار خزان الميثان. وبدلا من ذلك، تم تكديس الخزانين فوق بعضهما البعض.
“لقد خلق الارتفاع” ، السيد. قال التيموس.
يقدم سكوت مانلي تعليقًا على الصواريخ X و ضوء الشبكةالسيد. وأشار ألتيموس إلى أنه قاد الطريق في تطوير مركبة هبوط قصيرة وقصيرة أثناء وجوده في وكالة ناسا قبل عقد من الزمن.
استخدمت مركبة الهبوط التجريبية، المسماة مورفيوس، أيضًا وقود الميثان والأكسجين، ولكن تم تكوين الخزانات في أزواج للحفاظ على توازن الأوزان. لم يكن من المفترض أبدا أن يطير إلى الفضاء.
في مقابلة، السيد. وقال مانلي إن التصميم كان سينجح مع مركبة الهبوط Intuitive Machine ولكنه كان سيجعل المركبة الفضائية أثقل وأكثر تعقيدًا.
إذا كانت المركبة الفضائية تحتاج إلى خزانين للميثان وخزانين للأكسجين، فيجب أن يكون هيكل المركبة الفضائية كبيرًا وثقيلًا. كانت الدبابات ثقيلة أيضًا.
“لديك مساحة سطح أكبر، لذلك هناك سطح أكبر لعزله”، قال السيد. قال مانلي. وأضاف أن الأمر سيتطلب “المزيد من السباكة والمزيد من الصمامات، والمزيد من الأشياء التي تسوء”.
بالنسبة لموقع الهبوط في القطب الجنوبي، قدم ارتفاع أوديسيوس ميزة أخرى. عند قاعدة القمر، يشرق ضوء الشمس بزوايا منخفضة، مما يخلق ظلالاً طويلة. لو كان أوديسيوس قد وقف منتصبًا، لكانت المصفوفات الشمسية الموجودة أعلى سفينة الفضاء خارج الظل لفترة أطول، مما خلق المزيد من الطاقة للمهمة.
وخلال زيارة لشركة Intuitive Machines، قال تيم كرين، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، إن المركبة الفضائية مصممة للبقاء في وضع مستقيم عند الهبوط، حتى على المنحدرات التي تبلغ 10 درجات أو أكثر. تمت برمجة برنامج الملاحة ليكتشف أين كان المنحدر خمس درجات أو أقل.
لم تعمل أدوات الليزر الموجودة على أوديسيوس لقياس الارتفاع أثناء الهبوط، مما تسبب في هبوط المركبة الفضائية بشكل أسرع مما هو مخطط له على منحدر قدره 12 درجة. لقد تجاوز حدود التصميم الخاصة به. انزلق أوديسيوس إلى السطح، فكسر إحدى أرجله الستة وانقلب على جانبه.
وقال السيد هانز: “كنا سنتمكن من الهبوط” لو أن الليزر نجح. وقال ألتيموس في مؤتمر صحفي الأسبوع الماضي.
وتنطبق نفس المخاوف على المركبة الفضائية العملاقة التابعة لشركة SpaceX، والتي ستحمل اثنين من رواد فضاء ناسا إلى سطح القمر في عام 2026.
يجب أن تهبط المركبة الفضائية، التي يصل ارتفاعها إلى مبنى مكون من 16 طابقًا، عموديًا وتتجنب المنحدرات الكبيرة. لكن الدكتور ميتزجر قال إنها يجب أن تكون تحديات هندسية قابلة للحل.
“إنه يزيل بعض هامش الخطأ في استقرارك الديناميكي، لكنه لا يزيل هامش الخطأ بالكامل”، يقول الدكتور. قال ميتزجر عن مركبة الهبوط الطويلة. “ستتم إدارة مقدار الهامش المتبقي لديك طالما أن أنظمتك الأخرى تعمل على المركبة الفضائية.”
