ابتكرت الدكتورة فاطمة إبراهيمي، التي تعمل في مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأميركية، صاروخا اندماجيا جديدا يمكن أن يأخذ البشر إلى المريخ يوما ما.
ويستخدم الجهاز الحقول المغناطيسية لإطلاق جزيئات البلازما من مؤخرة الصاروخ ودفع المركبة عبر الفضاء.
ويسمح استخدام المجالات المغناطيسية للعلماء بتخصيص مقدار الدفع لمهمة معينة ويغير رواد الفضاء مقدار الدفع أثناء القيادة إلى عوالم بعيدة.
كما أن ابتكارات إبراهيمي ستنقل أبطال الفضاء إلى الكوكب الأحمر أسرع بعشر مرات من محركات الصواريخ الحالية التي تستخدم الحقول الكهربائية لدفع الجسيمات.
وقالت إبراهيمي: “لقد كنت أعدّ لهذا المفهوم منذ فترة، خطرت لي الفكرة في عام 2017 عندما كنت جالسة على سطح السفينة وأفكر في أوجه التشابه بين عادم السيارة وجزيئات العادم عالية السرعة”.
وأوضحت: “أثناء تشغيله، ينتج هذا التوكاماك (محطة تستخدم المجال المغناطيسي القوي لحصر البلازما الساخنة على شكل طارة) فقاعات مغناطيسية تسمى البلازمويدات تتحرك بسرعة نحو 20 كيلومترا في الثانية، والتي بدت لي كثيرا مثل الدفع”.
والاندماج هو القوة التي تحرك الشمس والنجوم، وتجمع بين عناصر الضوء في شكل بلازما.
والبلازما هي الحالة الساخنة المشحونة للمادة المكونة من إلكترونات حرة ونواة ذرية تمثل 99% من الكون المرئي، وهي قادرة على توليد كميات هائلة من الطاقة.
ويعمل العلماء على مدار الساعة لتكرار الاندماج في المختبر على أمل تسخير قوته لإنتاج الكهرباء للصواريخ التي تنتقل عبر الفضاء السحيق.
ولا يمكن لدوافع البلازما الحالية التي تستخدم المجالات الكهربائية لدفع الجسيمات إلا إنتاج نبضة أو سرعة منخفضة محددة.
ولكن عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجريت على أجهزة الكمبيوتر PPPL والمركز الوطني للحوسبة العلمية لبحوث الطاقة، وهو مكتب تابع لوزارة الطاقة بمنشأة مستخدم العلوم في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي، كاليفورنيا، أظهرت أن مفهوم دافع البلازما الجديد يمكن أن يولد عادما بسرعات تصل إلى مئات الكيلومترات لكل ثانية، أسرع بعشر مرات من محركات الدفع الأخرى.
وقالت فاطمة إبراهيمي إن هذه السرعة الأسرع في بداية رحلة المركبة الفضائية يمكن أن تجعل الكواكب الخارجية في متناول رواد الفضاء.
وأوضحت: “السفر لمسافات طويلة يستغرق شهورا أو سنوات لأن الدافع المحدد لمحركات الصواريخ الكيميائية منخفض جدا، لذلك تستغرق المركبة بعض الوقت لتستيقظ من السرعة”.
ولكن إذا صنعنا محركات دفع بناء على إعادة الاتصال المغناطيسي، فيمكننا إذن إكمال المهام بعيدة المدى في فترة زمنية أقصر”.
وعلى الرغم من أن استخدام الاندماج لتشغيل الصواريخ ليس مفهوما جديدا، إلا أن محرك إبراهيمي يختلف عن الأجهزة الرائدة في ثلاث نواح.
الأول هو أن تغيير قوة المجالات المغناطيسية يمكن أن يزيد أو يقلل من كمية الدفع، ما سيسمح بمناورة أفضل عبر الهاوية المظلمة التي هي الفضاء.
وأشارت إبراهيمي: “باستخدام المزيد من المغناطيسات الكهربائية والمزيد من المجالات المغناطيسية، يمكنك في الواقع تشغيل مقبض لضبط السرعة”.
ثانيا، ينتج الدافع الجديد حركة عن طريق إخراج جسيمات البلازما والفقاعات المغناطيسية المعروفة باسم البلازمويدات. وتضيف البلازمويدات قوة إلى الدفع ولا يدمجها أي مفهوم دافع آخر.
ومع ذلك، فإن الاختلاف الثالث والأخير بين مفهوم إبراهيمي والمفاهيم الأخرى، هو أن مفهومها يستخدم المجالات المغناطيسية لإخراج جزيئات البلازما من الجزء الخلفي من الصاروخ، أجهزة مثبتة في الفضاء باستخدام المجالات الكهربائية.
وقد يغير استخدام المجالات المغناطيسية قواعد اللعبة، لأنه يسمح للعلماء بتخصيص مقدار الدفع لمهمة معينة.
وصرحت إبراهيمي: “بينما تتطلب محركات الدفع الأخرى غازا ثقيلا، مصنوعا من ذرات مثل الزينون، في هذا المفهوم يمكنك استخدام أي نوع من الغاز تريده”. وقد يفضل العلماء الغاز الخفيف في بعض الحالات لأن الذرات الأصغر يمكن أن تتحرك بسرعة أكبر.
