مركبة المريخ روفر تستخدم مصدرًا جديدًا للطاقة النووية
ستستخدم بعثة أوروبا القادمة إلى المريخ جهازًا رائدًا يعمل بالطاقة النووية، يستغل التحلل الإشعاعي للأميريسيوم للحفاظ على دفء مكوناته، وهو الأول من نوعه بالنسبة للمركبات الفضائية.
أعلنت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) عن هذه الخطط في السادس عشر من مايو الماضي، إلى جانب تفاصيل اتفاقية مع وكالة ناسا، تبلورت فيها مساهمة الوكالة الأمريكية في المهمة التي طال انتظارها، والتي ستسلم أول مركبة جوالة إلى المريخ في أوروبا، تُدعى روزاليند فرانكلين. وكانت وكالة الفضاء الأوروبية تعمل في الأصل مع وكالة الفضاء الروسية روسكوزموس في المهمة، لكنها ألغت الشراكة في عام 2022 بعد غزو روسيا لأوكرانيا.
تسمح الأجهزة التي تستغل الحرارة الناتجة عن تحلل العناصر المشعة، والمعروفة باسم وحدات تسخين النظائر المشعة (RHUs)، للمركبات الفضائية بالعمل دون الاعتماد على الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية لتسخينها. اعتمدت وكالة الفضاء الأوروبية تاريخيًا على شركاء أمريكيين أو روس لتوفير وحدات RHUs التي تستخدم البلوتونيوم 238 في المهام، ولكن منذ عام 2009 تعمل على برنامجها الخاص لإنشاء سخانات النظائر المشعة، بالإضافة إلى البطاريات التي توفر الكهرباء.
ستقوم وحدات RHUs الأوروبية بتسخين المكونات في منصة الهبوط الخاصة بالمهمة، والتي تنشر المركبة على سطح المريخ. تعمل مركبة الهبوط على تشغيل المركبة قبل أن تخرج من المنصة وتفتح ألواحها الشمسية. يقول أورسون ساذرلاند، رئيس مجموعة استكشاف المريخ التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، ومقرها المركز الأوروبي لأبحاث وتكنولوجيا الفضاء (ESTEC) في نوردويك بهولندا، إن إطالة عمر مركبة الهبوط يوفر دعمًا احتياطيًا في حالة وجود مشكلات في نشر المركبة.
لن تكون وحدات التسخين التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية الأولى من نوعها في أوروبا فحسب، بل ستكون الأولى في أي مكان آخر لاستخدام الأمريسيوم 241، وهو منتج ثانوي لتحلل البلوتونيوم الذي يحتوي على طاقة أقل لكل جرام من سابقتها. لكن الأمريسيوم-241 أكثر وفرة وأرخص، مما يعني أنه حتى لو كانت وحدات RHU تتطلب المزيد من النظائر لتشغيلها، فإنها قد تكون أقل تكلفة بشكل عام. يقول ساذرلاند: "إن تطوير وإطلاق وحدة RHU الأوروبية سيكون الأول من نوعه بالنسبة لوكالة الفضاء الأوروبية، وإنجازًا كبيرًا".
تم تجهيز المركبة الجوالة روزاليند فرانكلين بشكل فريد للبحث عن آثار الحياة القديمة على المريخ، مع مثقاب بطول 2 متر يسمح لها بالحفر عميقًا تحت سطح المريخ. لكن كان من المقرر إطلاق المهمة في الأصل في عام 2018، وقد تم تأجيلها بالفعل بسبب مشكلات فنية ووباء كوفيد-19 حتى قبل تصاعد التوترات مع روسيا.
كان على وكالة الفضاء الأوروبية أن تعيد التفكير بشكل جذري في المهمة للمضي قدماً دون مشاركة روسكوزموس، التي كان من المفترض أن تقوم ببناء مركبة الهبوط. وقد دفع ذلك وكالة الفضاء الأوروبية إلى إنشاء مركبة هبوط جديدة ذات تصميم أوروبي والاعتماد على وكالة ناسا لملء الثغرات المتبقية في خطة المهمة. وبموجب الاتفاقية، ستوفر ناسا القدرة على إطلاق إكسومارس في عام 2028، بالإضافة إلى توفير محركات الكبح لمركبة الهبوط. ستوفر ناسا أيضًا وحدات تسخين النظائر المشعة للمركبة.
بطاريات المستقبل
يتم إنشاء وحدات RHUs الأمريسيوم كجزء من مشروع الأجهزة الأوروبية التي تستخدم طاقة النظائر المشعة (ENDURE). ونظرًا لأن الأجهزة تحتوي على مواد مشعة، فإنها تتطلب شهادة قبل الإطلاق. يعمل التعاون على تلبية متطلبات سلامة الإطلاق في الوقت المناسب لعام 2028، كما يقول ريتشارد أمبروسي، الفيزيائي والمتخصص في أنظمة الطاقة الفضائية في جامعة ليستر، وهو جزء من الفريق الذي يقود تطوير الجهاز، ومقره المملكة المتحدة.
بحلول نهاية العقد، تهدف ENDURE إلى تطوير بطاريات الأمريسيوم القادرة على توفير الكهرباء للمركبة الفضائية بدلاً من الحرارة فقط، في الوقت المناسب لسلسلة من مهمات وكالة الفضاء الأوروبية إلى القمر في أوائل ثلاثينيات القرن الحالي. بينما تستخدم وحدة RHU الحرارة الناتجة بشكل طبيعي عن طريق التحلل الإشعاعي، فإن البطارية النووية - المعروفة باسم المولد الكهروضوئي للنظائر المشعة - تحول تلك الحرارة إلى طاقة كهربائية.
سيقوم المختبر النووي الوطني، ومقره في سيلافيلد بالمملكة المتحدة، بتصنيع كريات الأمريسيوم اللازمة للسخانات والبطاريات من الوقود النووي المستهلك من محطات الطاقة المدنية في المملكة المتحدة.
يقول ساذرلاند إن امتلاك وكالة الفضاء الأوروبية لوحدات التدفئة الخاصة بها سيسمح للوكالة بتوسيع أفق الاستكشاف الخاص بها. ويقول: "إن القدرة على إبقاء أنظمة الطيران دافئة في المناطق المظللة، مثل الحفر، أو أثناء الليل، ستسمح باستكشاف المناطق التي كان يتعذر الوصول إليها سابقًا وإطالة عمر المهمة".