محركات الاندماج النووي تقترب من الفضاء.. هل يبدأ عصر السفر السريع؟

تقترب تقنيات الدفع بالاندماج النووي من اختبار مرحلة جديدة قد تعيد رسم مستقبل السفر في الفضاء، مع تطوير محركات قادرة نظرياً على دفع المركبات بسرعات تفوق الصواريخ الحالية مرات عدة. وبينما تستعد شركات ومؤسسات بحثية لاختبارات مدارية خلال السنوات المقبلة، لا تزال تحديات التحكم بالبلازما وتصغير المفاعل وتحمل درجات الحرارة الهائلة تحول دون اعتبار محركات الاندماج النووي تقنية جاهزة للسفر بين الكواكب.

محركات الاندماج النووي.. من طاقة الشمس إلى دفع المركبات الفضائية

قد تتغير قواعد السفر في الفضاء خلال العقد المقبل إذا نجحت تجارب تُجرى حاليا لتحويل الاندماج النووي من مصدر طاقة مستقبلي إلى محرك للمركبات الفضائية، يمكنه نظريا الوصول إلى سرعات تفوق المركبات الحالية مرات عدة.

وتعمل شركة "بولسار فيوجن" البريطانية وجامعة برينستون وشركة "هيليسيتي سبيس" الأمريكية على تقنيات مختلفة للدفع بالاندماج، بينما تأمل الأولى اختبار محركها في المدار عام 2027. وقال الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة "هيليسيتي سبيس" ستيفان لينتنر إنه إذا استمر التطور بالوتيرة الحالية فإن "كل ما نعرفه عن السفر في الفضاء سيتغير خلال عقد".

ويعد الاندماج النووي ‏‏(Nuclear Fusion)‏ العملية التي تتحد فيها نوى ذرية خفيفة لتكوين نواة أثقل وإطلاق طاقة هائلة، وهي العملية نفسها التي تمد الشمس بالطاقة. وتكمن جاذبية الفكرة فضائيا في إمكانية استخدام البلازما الناتجة عن الاندماج مباشرة لتوليد دفع مستمر.

وعلى خلاف الصواريخ الكيميائية التي تعمل محركاتها لفترات محدودة، يمكن لمحرك اندماج أن يدفع المركبة لأشهر، فتتراكم سرعتها تدريجيا إلى مئات أو حتى آلاف الكيلومترات في الثانية نظريا.

لكن الوصول إلى ذلك يتطلب مفاعلا صغيرا يمكن إطلاقه إلى الفضاء، ووقودا مناسبا، ومغانط قوية للسيطرة على البلازما، ودرجات حرارة هائلة.

وأوضحت أستاذة هندسة الطيران والفضاء في جامعة واشنطن بوفانا سرينيفاسان أن الدفع بالاندماج "أصعب من بعض النواحي وأسهل من نواح أخرى" مقارنة بإنتاج طاقة الاندماج على الأرض.

بلازما داخل محرك.. أول خطوة نحو الاختبار

حققت "بولسار فيوجن" خطوة مهمة في مارس/آذار الماضي عندما أنتج أحد محركات "صن بيرد" البلازما للمرة الأولى، بتحويل غاز الكريبتون لفترة قصيرة إلى بلازما وحصرها باستخدام مجال كهرومغناطيسي.

وقال مؤسس الشركة ورئيسها التنفيذي ريتشارد دينان إن التجربة أثبتت إمكانية إبقاء البلازما في الموضع المطلوب، لكن التحدي التالي هو تسخينها إلى درجات الحرارة اللازمة للاندماج.

وتخطط الشركة لدمج الديوتيريوم والهيليوم-3 واستخدام الطاقة الناتجة لتسخين الهيليوم-4 وطرده لتوليد الدفع.

وتتصور الشركة مركبات تصل سرعتها إلى نحو 529 ألف كيلومتر في الساعة، أي قرابة 10 أضعاف سرعة "فوياجر 1" الحالية، ما قد يخفض زمن رحلة المريخ مقارنة برحلة تستغرق نحو 9 أشهر بالدفع الكيميائي.

جامعة برينستون تختبر حدود البلازما

وفي جامعة برينستون، يعمل فريق فيزيائي منذ أكثر من 20 عاما على مفهوم مشابه، ووصل نموذج الفريق إلى بلازما حرارتها نحو 10 ملايين درجة مئوية.

إلا أن اندماج الديوتيريوم والهيليوم-3 يحتاج، إلى الاقتراب من مليار درجة مئوية، فنظام عملي قد يصبح ممكنا خلال 10 إلى 20 عاما إذا توفر التمويل الكافي.

وهنا تظهر إحدى أكبر العقبات أمام الدفع بالاندماج النووي: فالوصول إلى بلازما شديدة الحرارة ليس وحده كافياً، بل يجب التحكم فيها والمحافظة على استقرارها داخل نظام يمكن تصغيره وتحويله إلى محرك قادر على العمل في الفضاء.

هيليسيتي سبيس تراهن على نبضات البلازما

تطور "هيليسيتي سبيس" بدورها محركا يعتمد على نبضات البلازما بدلا من الاندماج المستمر، وتأمل إطلاق نموذج أولي خلال نحو 3 سنوات والوصول خلال ثلاثينيات القرن الحالي إلى محرك ينتج من طاقة الاندماج أكثر مما يستهلك.

وإذا نجحت مثل هذه التقنيات، فقد تصبح أهداف بعيدة في النظام الشمسي أكثر سهولة.

وأظهرت دراسة حديثة، مثلا، أن مركبة بدفع اندماجي مباشر قد تصل إلى الكوكب القزم البعيد "سيدنا" خلال نحو 10 سنوات بدلا من الحاجة إلى عقود بالدفع التقليدي.

هل يفتح الاندماج النووي الطريق إلى السفر بين النجوم؟

رغم الطموحات الكبيرة، يحذر العلماء من تحويل الوعود النظرية إلى حقائق قبل أوانها.

فالمشكلات الأساسية، ومنها استقرار البلازما وتحمل جدران المحرك وتصغير منظومة الاندماج بما يكفي لإطلاقها، لم تحل بعد.

وحذر الباحث في الدفع الاندماجي جون سلو من "الوعود الزائفة"، فيما أكدت سرينيفاسان أن التقنية لا تزال تحتاج إلى اكتشافات علمية وهندسية ولن تصبح واقعا فوريا.

وبالتالي، فإن السفر بالاندماج النووي قد يبدأ عملياً، إذا نجحت التقنية، من تحسين الرحلات داخل النظام الشمسي، وليس من القفز مباشرة إلى السفر بين النجوم.

ناسا تبحث عن بدائل نووية أسرع من الصواريخ التقليدية

ولهذا تعمل وكالة الفضاء الأمريكية ناسا بالتوازي على تقنيات دفع تعتمد الانشطار النووي، وهي أقل سرعة من الاندماج لكنها أقرب إلى التطبيق.

وتعكس هذه المسارات تعدد الخيارات المطروحة أمام مستقبل استكشاف الفضاء، إذ لا يزال الدفع الكيميائي هو التقنية الأساسية للرحلات الفضائية، بينما يجري تطوير تقنيات نووية وكهربائية واندماجية بهدف تقليل زمن الرحلات وزيادة قدرة المركبات على الوصول إلى أهداف بعيدة.

ثورة محتملة لكنها ليست قريبة بعد

قد يمثل الاندماج النووي في الفضاء واحدة من أكثر تقنيات الدفع طموحا في تاريخ استكشاف الفضاء، خصوصا إذا أمكن تحويل الطاقة الهائلة الناتجة عن الاندماج إلى دفع مستمر وفعال.

لكن الطريق من إنتاج البلازما في مختبر أو نموذج تجريبي إلى محرك اندماج يعمل في المدار طويل ومليء بالتحديات.

وإذا نجحت الشركات والمختبرات في تجاوز عقبات استقرار البلازما، ودرجات الحرارة، والمغانط، وتصغير المفاعل، وتحقيق توازن إيجابي للطاقة، فقد تبدأ مرحلة جديدة من السفر بين الكواكب خلال العقود المقبلة. أما السفر بين النجوم، فيبقى هدفا أبعد بكثير، ولا توجد حتى الآن تقنية عملية تتيح تحقيقه.