عند تخيّلك لمكوك فضاء، تتصوّر على الأرجح شيئا مماثلا لهذا
أو هذا، أو ربما كهذا.
لكن ما أوجه الشبه بينهم؟
من بين هذه التشابهات، إنّها كبيرة الحجم لأن عليها نقل البشر، الوقود
ومختلف أنواع المؤونة والأدوات العلمية
و في حالات نادرة، أشعة ليزر قاتلة للكواكب.
ولكن الجيل القادم للمركبات الفضائية، ربما سيصبح أصغر بكثير.
نتحدث عن أحجام ضئيلة تدخل جيب ملابسك الصغير.
تخّيل إرسال سرب من المركبات الفضائية متناهية الصِغّر، إلى المجرة الفضائية.
بمقدورها استكشاف نجوم وكواكب بعيدة المدى
عبر حمل أجهزة استشعار الكترونية بالغة التعقيد
تقوم بقياسات متعددة ابتداءًً بقياس درجة الحرارة وحتى الإشعاعات الكونية.
بإمكانك نشر الآلاف منها
وذلك بتكلفة مركبة مهام فضائية واحده فقط،
مضاعفة لكمية البيانات
التي يمكن جمعها عن الكون
وأيضا يمكن استهلاكها بشكل فردي
بما معناه، أننا يمكننا أن نرسلها في بيئة
ذات مخاطر عالية على مسبار أو مركبة فضائية واحد، تكلفته تقّدر بالمليار دولار.
تتواجد مئات المركبات الفضائية التي تدور حول مدار الأرض بالفعل،
تأخذ صوراََ للفضاء الخارجي،
وتجمع بيانات عن أشياء،
مثل سلوك البكتيريا في الغلاف الجوي
والإشارات المغناطيسية التي قد تساهم في التنبؤ بالزلازل.
لكن تخيل مقدار ما يمكن تعلمه إذا كان بالمقدور الذهاب لما بعد مدار الأرض.
هذا بالتحديد ما تطمح إليه بعض المنظمات مثل وكالة ناسا الفضائية:
إرسال مركبات فضائية متناهية الصِغّر لاستكشاف الكواكب الصالحة للحياة
وأيضاًً، وصف الظواهر الفلكية التي لا يمكن دراستها من الأرض.
ولكن شيء بهذا الصِغّر، لا يمكنه حَمّل محركاً ضخم أو طناً من الوقود،
فكيف لمركبة بهذا الحجم أن تدفع نفسها؟
للمركبات متناهية الصِغّر، من الواضح، أننا نريد قوة دفع جزئي متناهية الصِغّر.
على موازين متناهية الصِغّر،
بعض قوانيين الفيزياء المألوفة لا يمكن تطبيقها هنا،
بصفة خاصة ، كل يوم ستنهار الميكانيكا النيوتونية
والقوى التي هي بالعادة ضئيلة، ستصبح حينها قوية.
هذه القوى تتضمن التوتر السطحي، وحركة الخاصية الشعرية.
وهي الظاهرة التي تَحكم باقي الأشياء الصغيرة.
نظم الدفع الجزئي يمكنها شد هذه القوى لتشغيل المركبة الفضائية.
من الأمثلة التي توضح طريقة تشغيلها
يدعى نظام دفع السائل الجزئي ذو الرذاذ كهربائي
إنه نوع من المحركات الأيونية،
وهذا يعني أنها تطلق جسيمات مشحونة لتولد القوة الدافعة.
ولقد تم البدء في تطوير إحدى التصاميم في معامل وكالة ناسا للدفع النفاث
والتي يبلغ حجمها بِضّعاً من السنتيمترات لكلا الجانين
إليكم كيف تعمل.
هذا الطبق ذو حجم الطابع البريدي مرصع بمئات الإبر النحيفة
ومطلي بمعدن ذو درجة انصهار منخفضة، مثل الإنديوم
حيث يوجد قطب معدني موضوع على الإبرة
ويوجد حقل الكتروني موضوع بين القطب والطبق.
عندما يسخن الطبق، الإنديوم يذّوب
عندها، الحركة الانبوبية الشعرية توجه السائل الحديدي للإبرة.
الحقل الالكتروني يجّر المعدن المنصهر صعوداً
بينما الجهد السطحي يسحبه مرة آخرى،
مسبباً تشكّل الإنديوم، ليأخذ التصميم المخروطي
في نصف القطر الصغير لقمة الإبرة
ليجعل من الممكن للحقل الالكتروني تجاوز الجهد السطحي،
وعندما يحدث هذا،
الأيونات المشحونة ايجابياً، تنطلق بسرعة قد تصل لعشرات الكيلوميترات خلال الثانية.
هذا السيل من الأيونات، يدفع المركبة في الاتجاه المعاكس،
والفضل هنا يعود للقانون الثالث لنيوتن.
وبينما كل أيون عبارة عن جسّيم صغير،
القوى التضامنية للأعداد الكبيرة منه الصادرة من المركبة، تدفع المركبة بعيداً
تكون كافية لتوليد تسارع كبير.
بعكس العادم الذي يصب خارجاً من محرك الصاروخ،
هذا المجرى أصغر بكثير، وأفضل من ناحية توفير الوقود،
مما يجعله أكثر ملائمة لمهمات الفضاء طويلة المدى والعمق.
نظم الدفع الجزئي هذه لم تجرب بشكل كامل بعّد،
لكن بعض العلماء يعتقدون أنها ستقدم دفعاً كافياً
لجعل المركبات الصغيرة تخترق المدار الفضائي لكوكب الأرض.
في الحقيقة، العلماء يتنبؤون بأن آلاف المركبات الفضائية
ستطلق في العشر السنوات القادمة
لغرض جمع بيانات التي في يومنا الحالي، لا يمكننا سوى أن نحلم بهذا.
وهذا هو معنى الصواريخ العلمية متناهية الصِغّر.