محركات الاندماج النووي تغير مستقبل السفر إلى المريخ
تكنولوجيا الاندماج النووي تفتح آفاقاً جديدة لرحلات فضائية أسرع نحو المريخ وكواكب أبعد. تجارب أولى لمحركات اندماجية واعدة تعد بتقليص مدة الرحلات وتحقيق قفزات نوعية في استكشاف الفضاء مع تحديات علمية وهندسية تنتظر الحل. وورلد برس عربي
يحلم مهندسو الفضاء منذ عقود بمركبةٍ تختصر أشهر الرحلة إلى المريخ إلى أسابيع، وتضع كواكب نائنة كسِدنا ضمن نطاق الرحلات البشرية الممكنة. هذا الحلم، الذي كان حتى وقتٍ قريب من صنف الخيال العلمي، بدأ يكتسب ملامح تقنية فعلية مع إعلان شركات ناشئة وفرق جامعية عن تجارب أولى ناجحة لمحركات تعمل بالاندماج النووي، مع خططٍ لعروضٍ مدارية بين عام 2027 وعقد الثلاثينيات من هذا القرن. لكن بين الإعلان التجاري والتطبيق الفعلي مسافةٌ علمية طويلة، تستحق التوقف عندها بعين ناقدة قبل الانجراف مع الحماس.
كيف يعمل الاندماج، ولماذا يختلف عن الانشطار؟
الاندماج النووي، ببساطة، هو اتحاد ذرّاتٍ خفيفة لتكوين ذرّاتٍ أثقل، مع إطلاق طاقةٍ هائلة على شكل ضوءٍ وحرارة. هذه هي العملية ذاتها التي تُبقي الشمس مشتعلة: اندماج الهيدروجين في قلبها ينتج الهيليوم، عند درجة حرارة تبلغ 27 مليون فهرنهايت (15 مليون درجة مئوية)، وفق بيانات وكالة ناسا. هذا يختلف جوهرياً عن الانشطار النووي الذي يعتمد عليه مشروع ناسا البديل «SR-1 Freedom»، والذي يقوم على شطر ذرّات اليورانيوم-235 لتوليد الدفع، لا دمجها.
المفارقة أن الاندماج، رغم كونه المصدر الطبيعي لطاقة الكون، لم يُروَّض بعد على الأرض بشكلٍ تجاري. لا توجد حتى اليوم مفاعلات اندماج أرضية قابلة للتشغيل تجارياً، وأكبر تجربة في هذا المجال، مفاعل «إيتر» (ITER) قيد الإنشاء في فرنسا، لا يزال بحجم منزل كامل، ورقم قياسي بشأن احتجاز البلازما المستمر لم يتجاوز 22 دقيقة حتى الآن. هذه هي بالضبط العقبة التي وصفتها بوفانا سرينيفاسان، أستاذة الطيران والفضاء في جامعة واشنطن، بقولها: «الدفع بالاندماج من ناحية أصعب، ومن ناحية أخرى أسهل، من إنتاج الطاقة الأرضية». والفارق، كما تشرح، أن مركبةً فضائية لا تحتاج إلى احتجاز البلازما لفترات طويلة كما تفعل المفاعلات الأرضية؛ يكفي أن تُطرَد البلازما من فوهة العادم لتوليد دفعٍ مستمر في الفراغ. لكنها تُحذّر في الوقت نفسه: «الأمر لا يزال يعتمد على اكتشافات علمية لدفعه إلى الأمام... يجب أن نعرف كيف نُحافظ على استقرار هذا الوقود؟ هل حُلّت الكثير من التحديات الهندسية والعلمية؟ لن يحدث هذا العام المقبل».
بلازما أولى في محرك بريطاني
في مارس الماضي، أعلنت شركة Pulsar Fusion البريطانية، التي أسسها ريتشارد دينان عام 2011، عن أول بلازما داخل محرك اندماجي فعلي، في منشأتها بمدينة Bletchley. حوّلت التجربة غاز الكريبتون لحظياً إلى بلازما، احتُجزت داخل نظام العادم بواسطة حقول كهرومغناطيسية. يصف دينان الفكرة بعبارةٍ مباشرة: «البلازما ستستقر في النظام حيث تريدها أن تستقر»، لكنه يُقرّ بأن التحدي الحقيقي لا يزال أمامهم: «العمل الصعب الآن هو القدرة على تسخين البلازما إلى درجات حرارة أقرب إلى الاندماج».
مركبة الشركة، المسمّاة Sunbird، تعتمد على اندماج الهيليوم-3 والديوتريوم، مع طرد الهيليوم-4 كمادة دافعة. الحسابات الأولية تشير إلى أن رحلةً إلى المريخ تحتاج بضع مئات من الغرامات فقط من وقود الديوتريوم والهيليوم-3، بينما تُقدّر الشركة كمية الديوتريوم اللازمة كمادة دافعة بما بين 10 و20 طناً مترياً (11 إلى 22 طناً أمريكياً). من الناحية النظرية، يمكن لمركبات Sunbird بلوغ سرعاتٍ تصل إلى 329,000 ميل في الساعة (529,000 كيلومتر في الساعة)، أي نحو عشرة أضعاف السرعة الحالية لمسبار Voyager 1، مع الأخذ بالاعتبار أن هذه المركبات ستحتاج أشهراً للتسارع وأشهراً أخرى للتباطؤ. إذا تحقق ذلك، فإن الاندماج قد يُقلّص مدة الرحلة إلى المريخ إلى نصف المدة التي يستغرقها الدفع الكيميائي التقليدي البالغة تسعة أشهر، مع استهداف وجهات أبعد مثل قمر زحل تيتان، والكويكب المعدني Psyche.
من الناحية الفيزيائية، تُقدّر الشركة أن كوينتيليون (مليون تريليون) من تفاعلات الاندماج تُنتج نحو 10 نيوتن من الدفع، أي ما يعادل وزن زجاجة ماء سعة لتر واحد فقط. الرقم يبدو متواضعاً، لكن الفارق الحاسم هو أن محركات الاندماج يمكن أن تُحافظ على هذا الدفع لأشهر متواصلة، بخلاف الدفع الكيميائي الذي لا يدوم سوى دقائق. يقول دينان إن الكفاءة الفعلية لا تزال مجهولة: «الأمر يتعلق بمدى براعتك في توجيه هذه الجسيمات إلى خارج مؤخرة المركبة... وفي الوقت الحالي، لا أحد يعرف إلى أي مدى يمكن أن نكون فعّالين»، لكنه متفائل بأن العرض التجريبي المداري قد يأتي «قريباً جداً»، بدعمٍ من وكالة الفضاء الأوروبية والهيئة البريطانية للطاقة الذرية، مضيفاً: «الطلب موجود بالتأكيد».
بين برينستون وسان فرانسيسكو: مقاربتان مختلفتان
في جامعة برينستون، يعمل الفيزيائي صامويل كوهين منذ أكثر من عشرين عاماً على مفهوم «محرك الاندماج المباشر» (Direct Fusion Drive)، جزءاً من مشروع Starfire، معتمداً أيضاً على وقود الديوتريوم والهيليوم-3. المفارقة هنا أن الهيليوم-3 نادر على الأرض، لكنه متوفر بكثرة على سطح القمر — وهو ما يفتح نقاشاً موازياً حول ربط برامج استخراج الموارد القمرية بمستقبل الدفع الفضائي. النموذج الأولي في برينستون بلغ حتى الآن 18 مليون فهرنهايت (10 ملايين درجة مئوية)، بينما يتطلب اندماج الديوتريوم-هيليوم-3 فعلياً درجة حرارة تقارب مليار درجة مئوية. الدفع المُسجَّل حتى الآن لا يتجاوز بضعة ملليغرامات، أي ما يعادل بضعة أجزاء من مئة ألف من النيوتن. يُقرّ كوهين بواقعية العقبة: «إنها بداية، لكن عليك أن تصل إلى مليار درجة»، ويقدّر أن استئناف التطوير يحتاج تمويلاً متواضعاً نسبياً: «نحتاج بضعة ملايين من الدولارات لبدء الأمور»، متوقعاً نظام دفعٍ عاملاً خلال 10 إلى 20 سنة، شريطة توفر التمويل الكافي.
أما شركة Helicity Space الأمريكية، فتسلك مساراً مختلفاً تقنياً؛ نظامها المسمّى Helicity Drive يعتمد على نبضات بلازما متقطعة بدل الاندماج المستمر. جمعت الشركة 5 ملايين دولار عام 2023، وتخطط لتحقيق درجات حرارة الاندماج «قريباً جداً جداً»، على حد تعبير الرئيس التنفيذي ستيفان لينتنر، مع طيران أول نموذج أولي خلال ثلاث سنوات، وأمل ببلوغ مكسب طاقة صافٍ بحلول عقد الثلاثينيات. يشرح لينتنر منطق الاعتماد على النبضات بدل الاستمرارية: «إذا كنت تحصل على تفاعل كل بضع ثوانٍ، فهذه تجربة علمية مذهلة على الأرض، لكن لا يمكنك فعل أي شيء بها... في الفضاء، لديك أكثر محرك دفع كهربائي تقدماً على الإطلاق تم بناؤه. أنت تُغيّر قواعد لعبة الدفع». ويضيف أن فكرة الاندماج كحلٍّ لرحلات الفضاء العميق ليست جديدة: «الناس يعرفون أن الاندماج هو الحل لرحلات الفضاء العميق منذ الستينيات... لكن فقط في العقد الأخير بدأ القطاع الخاص فعلياً بتكريس وقتٍ طويل لفكّ شيفرة الاندماج تجارياً». وفي تصريحٍ أكثر طموحاً، يصف الهدف النهائي: «الوصول إلى الطاقة المجانية للجميع هو الهدف الأسمى »، متوقعاً أن «كل ما نعرفه عن السفر الفضائي سيتغيّر خلال عقد إذا واصلنا على المسار الحالي»، مع تحذيرٍ صريح: «الأمر ليس لضعاف القلوب».
أصوات الحذر وسط الحماس
لا يخلو المشهد من التشكيك. جون سلاو، مصمم مركبة Fusion Driven Rocket، وصف بعض الوعود المتداولة في هذا القطاع بـ«الوعود الكاذبة»، في إشارةٍ إلى الفجوة بين الإعلانات التسويقية والنضج التقني الفعلي. هذا التحذير ينسجم مع ملاحظة سرينيفاسان بأن العقبات الهندسية المتعلقة باستقرار الوقود واحتوائه لم تُحلّ بعد بالكامل، وأن الجدول الزمني الفعلي أبطأ بكثير مما توحي به بعض التصريحات الترويجية.
البديل الأرضي الأقرب: الانشطار بدل الاندماج
في مقابل هذا السباق نحو الاندماج، تسير ناسا في مسارٍ مختلف عبر مشروع SR-1 Freedom، الذي يعتمد على الانشطار النووي لا الاندماج، مستهدفةً إطلاقاً نحو المريخ بحلول ديسمبر 2028، لنشر ثلاث طائرات هليكوبتر روبوتية صغيرة على سطح الكوكب الأحمر. مفاعل هذه المركبة سيشطر ذرّات اليورانيوم-235 لتوليد الدفع. يقول ستيفن سيناكور، مدير برنامج SR-1 Freedom في ناسا: «SR-1 Freedom سيمهّد الطريق لعتاد نووي فضائي»، مضيفاً أن الانشطار يوفّر استقلالية عن ضوء الشمس: «للحفاظ على وجودٍ على القمر، وإرسال طواقم إلى المريخ، واستكشاف النظام الشمسي الخارجي، تحتاج الأمة طاقةً تعمل في كل مكان، بمعزلٍ عن الشمس، والانشطار هو تلك الطاقة». لكن الانشطار محدودٌ بطبيعته؛ درجات حرارته مقيّدة بمواد جدران المفاعل، ولا يمكنه مجاراة السرعات المتوقعة للاندماج، الذي يسمح باحتجاز مغناطيسي للبلازما عند درجات حرارة أعلى بكثير.
سِدنا: اختبار حاسم لجدوى الاندماج
ربما يكون المثال الأوضح على الفارق العملي بين الدفعَين هو مهمة افتراضية نحو سِدنا، الكوكب القزم النائي الواقع إلى ما وراء نبتون. نشرت إيلينا أنكونا وزملاؤها في العام الماضي تصوّراً لمهمة اندماجٍ مباشر نحو هذا الجرم، الذي سيصل إلى أقرب نقطة له من الشمس عام 2075، ولن يعود إلى هذا القرب مجدداً إلا بعد 11,000 عام. الدفع الكيميائي التقليدي يفرض إطلاق المهمة قبل 30 عاماً من هذا الموعد لتُدرك النافذة الزمنية النادرة، بينما يمكن لدفع الاندماج أن يختصر الرحلة إلى عشر سنوات فقط، ما يمنح مرونةً زمنية أكبر بكثير. تلخّص أنكونا أهمية هذه النافذة بقولها: «إذا أردنا تحقيق هذه المهمة، فهي إما الآن أو بعد 11,000 عام».
ما الذي يبقى مفتوحاً؟
بين تجربة بلازما أولى في مختبرٍ بريطاني، ونموذجٍ أولي في برينستون ينتج ملليغرامات من الدفع لا كيلونيوتن، وشركةٍ ناشئة تعد بنبضاتٍ بلازما خلال ثلاث سنوات، يبقى الاندماج كدفعٍ فضائي أقرب إلى مرحلة الإثبات المفاهيمي منه إلى التطبيق الجاهز. الفارق بين "بلازما أولى" و"نظام دفعٍ عامل" فارقٌ بحجم مليار درجة مئوية، كما يذكّرنا كوهين نفسه. ما يبدو مؤكداً هو أن السباق بين عدة مقاربات الاندماج المباشر، الاندماج النبضي، وحتى الانشطار كبديلٍ مؤقت سيحدّد خلال العقد المقبل أيّ تقنية ستصل فعلاً إلى المدار أولاً، وأيّ منها سيظل حبيس المختبر لعقودٍ إضافية.
أخبار ذات صلة
جهاز الماك متوقف ومصاب بفيروس بسبب إعلان جوجل.. ما الخطوة التالية؟
قاعدة بيانات Supabase: آلاف المستخدمين يعرّضون بيانات العملاء للإنترنت
ترامب يدعم ماسك ضدّ قواعد الاتحاد الأوروبي التكنولوجية
