بعثة التحليقات المتعددة حول أوروبا

بعثة التحليقات المتعددة حول أوروبا
الطاقم	؟؟؟

بعثة التحليقات المتعدده حول أوروبا (بالانجليزيه: Europa MultiPle - Flyby Mission) والتي سابقا كانت تعرف باسم «أوروبا-كليبر» هي عباره عن مهمه استكشافيه كوكبيه قيد التطوير من قبل ناسا وتتالف من قمر صناعي مع مسبار هبوط حيث ينتظر اطلاقهما معا خلال العشرينات من هذه الالفيه (حوالي عام 2022).

سيعمل القمر الصناعي على دراست القمر الغاليلي أوروبا من خلال تموضعه في مدار معين حول المشتري ثم انزال هابط ارضي عليه.

تاتي المهمة لتستكمل الدارسات التي قام بها غاليليو (مسبار فضاء) خلال الثمان سنوات الماضيه حيث افصحت تلك البحوث عن احتماليت وجود محيطات تحت سطحيه للقمر اوروبا.

في البداية خطط لارسال المسبار بالتزامن مع مشاريع أخرى كبعثة مستكشف اقمار المشتري الجليديه إلى مدا أوروبا لكن بسبب إشعاعات القويه التي يتعرض لها مدار أوروبا من قبل الغلاف المغناطيسي للمشتري، فضل ان يتم تثبيت المسبار حول مدار المشتري حيث سيقوم القمر الصناعي باجراء دارسته عن القمر كلما اقترب منه.

اشتق هذا المشروع في الاصل من مهمة أوروبا - كليبر حيث بداء كنوع من التعاون العلمي بين مختبر الدفع النفاث ومختبر الفيزياء التطبيقية.

نظره تاريخيه

يوصف اوروبا على انه من الاماكن القليله ظمن المجموعة الشمسية التي يمكن لها ان تحتوي على نوع من الحياة الجرثوميه، حيث نشئت تلك الفرضيه اعقاب بعثة غاليليو (مسبار فضاء) ومنذو ذلك اليوم عكف مختبر الدفع النفاث على دراست وتطوير عدد من البعثات الاستكشافيه اللاحقه حيث اثمرت تلك البحوث عن عدة افكار مثل مسبار اقمار المشتري الجليديه، مسبار أوروبا واخيرا أوروبا - كليبر.

نشئت مهمة أوروبا-كليبر من قبل فريق من العلماء يترئسها السيد لويس بروكتير من مختبر الفيزياء التطبيقية التابع لجامعة هوبكنز و باري عولدستن من مختبر الدفع النفاث حيث وضع المشروع في المراحل الافتراضيه وقدر المبلغ اللازم له بحدود مليارَي دولار.

في مارس 2013 تم تخويل 75 مليون دولار لغرض تحديد فعاليات المهمة، دراست المقترحات الخاصة باهداف البعثة ورصد المبالغ الاوليه لتطوير الاجهزه التي اقترحت في عام 2011 .

في عام 2014 تم زيادة ميزانية تمويل مشروع أوروبا - كليبر من 15 مليون إلى 100 مليون لاكمال الأعمال.

كما انم في الدورة الانتخابيه لعام 2014 عبر جميع المترشحين عن تايدهم لهذا المشروع متعهدين بمواصلتهم دعمهم لها، كما ان القائمين على مشروع أوروبا - كليبر منحوا 30 مليون دولار اظافيا لدعم الدارسات الاوليه لها.

في أبريل من عام 2015 عرضت ناسا على وكالة الفضاء الاوروبية فكرة اللحاق مسبار ثاني من صنعها إلى المشروع ليطيرا معا نحو المشتري حيث من الممكن ان يحملا تصميما متشابها مع هابط ارضي لكل منهما.

في شهر مايو من عام 2015 قامت ناسا باختبار تسعة اجهزه علميه للمسبار حيث سيكلف تطويرها خلال السنوات الثلاثة التاليه ما يقارب 110 مليون دولار.

في يونيو من عام 2015 اعلنت ناسا عن موافقتها للمشروع بشكل كامل لتنتقل المهمة إلى المراحل التاليه التي هي «مرحلة التكوين» لاحقا في يناير من عام 2016 تم الموافقة على تزويد البعثة بمسبار ارضي.

الاهداف

ان الاهداف المفترضه لبعثة أوروبا-كليبر تتمثل في استكشاف أوروبا، البحث عن امكانيت احتضان القمر للحيات واخيرا المساعدة في اختيار البقعة المناسبة لهبوط المسبار الارضي، اما الاهداف العلميه الاساسيه فتتمثل في:

• دراست القشرة الجليديه للقمر للتاكد من وجود تلك المحيطات المائيه المزعومه من ثم دارست طبيعت وخواص تلك المياه (الواقعة خلال السطح أو اسفلها) ومعرفت كيفيت تفاعلها مع السطح.
• دراست المكونات الاساسيه للقمر ومعرفت كيفيت توزيعها، خواصها الكيميائيه وعلاقتها بالمحيطات السفليه.
• دراست جيولوجيا سطح القمر لمعرفت صفاته وطريقت تكوين معالمه بالاضافه إلى رصد الاماكن الفعاله منه (سوائا حاليا أو سابقا).

لن يتخذ المسبار أي مدار حول القمر أوروبا بل سيدور حول الكوكب الام، المشتري، خلال مهمة سيمر 45 مره من القمر بارتفاع 25 إلى 2700 كيلومتر حيث في كل لقاء سيتم تغطية منطقه معينه منه لنحصل في النهاية على مسح طوبوغرافي شامل لكن متوسط الجودة عن أوروبا.

من الممكن لمسبار أوروبا-كليبر ان يطير بارتفاع منخفض عن سطح القمر وذلك لغرض الحصول على عينات من المياه المحيطات التحت سطحيه من خلال اعمدة البخار المائيه التي تطلق من القشرة الجليديه نحو الفضاء دون الحاجة إلى الهبوط على السطح والحفر اسفله.

الاستراتيجيه

بسبب تعرض أوروبا إلى الحقول الاشعاعيه القويه المنبعثة من محيط المشتري، فلن تكون باستطاعت المركبة الصمود لاكثر من أشهر معدوده حول مدار القمر وعن مسافه قريبة، لكن المشكلة الأهم هنا تتمثل في الوقت الذي تحتاجه المركبة لاعادة البيانات العلميه إلى الكره الارضيه فمعظم الاجهزه التي على متنها لديها القدرة على جمع المعلومات بسرعه تفوق قدرت نظام التواصل في المركبة من اعادت بثها إلى الأرض وذلك بسبب محدوديت عدد الهوائيات المتاحه.

ان الدراسات التي اجريت من قبل العلماء في مختبر الدفع النفاث اثبتت ان القيام بالعديد من المناورات التحليقيه حول أوروبا (رغم حاجتها إلى شهور عديده لاعادة البيانات المكتسبه إلى الأرض) سوف تمكن الوكالة من تنفيذ معظم القياسات الحاسمه والإبقاء على تكلفة المهمة في حدود مليارَي دولار مقابل 4.3 مليار دولار لتلك البعثة لو وضعت في مدار ثابت حول القمر أوروبا، حيث في كل عمليت تحليق سيتوفر للمسبار سبعة إلى عشرة أيام لاعادة إرسال البيانات المخزونه إلى الارض (خلال ذلك اللقاء الوجيز الذي يتم مع القمر) وهذا يعني الحاجة إلى سنة كامله لنقل المعلومات مقارنه بثلاثين يوما لو كانت المركبة مثبة في مدار القمر أوروبا والنتيجة ستكون، الحصول على الكثير من البيانات تفوق بثلاثت مرات تلك التي ترسل من خلال مدار القمر، مع تقليل معدل تعرض المركبة للإشعاعات.

أوروبا-كليبر سترث تقنيات تم اختبارها بنجاح على بعثات أخرى كبعثة غاليليو وجونو مع أخذ بالاعتبار الظروف الاشعاعيه التي ستواجهها المركبة ولهذا سيتم وضع الاجهزه الالكترونيه في غلاف يتكون من 150 كيلوغرام من المواد الوقائيه التي ستعمل كترس ضد الاشعاعات المنبعثة من الكوكب لتحقيق اقصى فعاليه منها.

مصادر الطاقة

يخمن ان يتم اللجوء إلى المولدات الاشعاعيه الحراريه ومصادر الطاقة الشمسية لتغذية المسبار بالكهرباء الضروريه. ففي سبتمر من عام 2013 قرر اللجوء إلى الالواح الشمسيه لثمنها المناسب مقارنه بالمولدات الاشعاعيه، حيث التحليلات الاوليه اقترحت ان لكل لوح يبلغ مساحته السطحيه 18 مترمربع القدرة على إنتاج 150 واط من الطاقة الكهربائيه المستمره وذلك عندما يتم توجيه المسبار من مدار المشتري نحو الشمس اما في الاوقات التي سيدخل المسبار في ضل أوروبا فعندها البطاريات ستتكفل في تزويد المسبار بالطاقة بدلا عن الشمس، على كل حال الاشعاعات الؤينه يمكن لها ان تتسبب بتلف الالواح الشمسيه حيث مسبار أوروبا - كليبر سيمر خلال الغلاف المغناطيسي القوي للمشتري والذي من المتوقع مع مرور الايام سيتسبب باضرار لتلك الالواح تدريجيا، الخيار البديل هنا سيكون المولدات الاشعاعيه الحراريه المتعددة المهام المزودة بالبلوتونيوم -238 كوقود لها، حيث هذه المولدات اثبتت فعاليتها في مهة كوريوستي. يتوفر حاليا خمسة نسخ منها فقط، اثنين منها تم حجزها لمهمة مارس 2020 (واحده للجوال واخرى كنسخة احتياطيه). لكن في أكتوبر من عام 2014 تم اختيار الالواح الشمسيه كمصدر لطاقة المسبار بسبب رخص ثمنها مقارنه بالمولدات الاشعاعيه وملائمتها الكبيره لهذه البعثة (على الرغم من ان الطاقة المنتجه في مدار المشتري تساوي 4% فقط من تلك التي ستنتج في مدار الأرض) لكن تلك الالواح ستعمل في نفس الوقت على زيادة وزن المسبار مقارنه بالمولدات الاشعاعيه لكن رغم ذلك سيكون باستطاعت الصواريخ الحامله من ارسالها إلى المدار.

المعدات العلميه

رغم ان تصميم المسبار والموضع الذي يستخذه مداره قابل للتغيير (مع تقدم مرحلة البناء), الا ان في مايو من عام 2015 تم الإعلان عن تسعة اجهزه علميه للبعثة حيث يقدر ان تبلغ كتلتها الكلية بحدود 82 كيلوغرام وتشمل:

• PIMS : سيعمل هذا الجهاز جنبا إلى جنب مع مقياس المغناطيسية للكشف عن سمك القشرة الجليديه للقمر، عمق المحيطات التحت سطحيه ومقدار ملوحتها من خلال تصحيح اشارات الحث المغناطيسي للبلاسما المحيطه بأوروبا.
• ICEMAG : هو عباره عن مقياس للمغناطيسيه حيث يعمل جنبا إلى جنب مع جهاز PIMS لقياس الحقول المغناطيسية القريبه من القمر للكشف عن موقع، عمق، سماكه ومقدار ملوحة المحيطات التحت سطحيه لاوروبا مستخدما الامواج الالكترومغناطيسيه المتعددة التردد.
• MISE : وهو عباره عن منظار طيفي يستخدم لتحديد مكونات القمر، تكوين خريطه عن اماكن توزيع العناصر العضوية والاملاح والمعادن واحماض الهيدرات، واخيرا فهم دورة المياه على سطح أوروبا حيث يتوقع العلماء ان تلك القياسات ستمكنهم من الكشف عن تركيب السطح التي تقودهم إلى معرفت مدى امكانيت امتلاك تلك المحيطات التحت سطحيه للظروف اللازمة للحيات.

هذا الجهاز يتم بنائه بمشاركة مختبر الفيزياء التطبيقي التابع لجامعة هوبكنز.

• EIS : وهي كاميرا ذو زاويه ضيقه ستعمل على تصوير سطح القمر بدقة فائقه (تصل إلى 50 مترا) حيث ستساعد في تكوين خريطه شامله عن سطح القمر وتحديد المكان المناسب لهبوط المسبار الارضي.
• REASON : وهو عباره عن رادار ثنائي التردد خارق للقشره الجليديه. صمم لمسح السطح وتوصيف بنيتها الداخليه وصولا إلى المحيطات السفليه حيث يتمنى العلماء من خلاله الكشف عن تراكيب البنيويه المختلفه لسطح أوروبا المتجمد مع امكانيت وجود جيوب مائيه خلالها حيث هذا الجهاز سيتم بنائه من قبل مختبر دفع النفاث وجامعة لووفا.
• E-THEMIS : وهي عباره عن كاميرا حراريه تعمل على أخذ صور للاطياف الحراريه المتعدده المنبعثه من سطح أوروبا والتي ستساعد في الكشف عن المناطق الفعاله مثل اعمدة الماء المندلعه من اسفل السطح نحو الفضاء الخارجي. ويعد هذا الجهاز نسخه مطوره عن جهاز THEMIS الذي تم استخدامه سابقا في مسبار اوديسه وفي كلتا المهمتين قام الباحث فليب كرستينسن من جامعة اريزونا بتطويره.
• MASPEX : وهو عباره عن مطياف سيعمل على الكشف عن تركيب الطبقة السطحيه والطبقة التحت سطحيه وصولا إلى المحيطات السفليه لاوروبا من خلال أخذ قياسات دقيقه للغلاف الجوي الرقيق لاوروبا وأي جسم قد سيقذف من السطح نحو الفضاء.

العالم جاك وايت (الذي اختير سابقا للاشراف على عمل جهاز INMS المثبت على مركبة كاسيني) يشرف حاليا على تطوير الجهاز.

• UVS : الجهاز عباره عن مطياف فوق بنفسجي له المقدرة في الكشف عن الاعمده المائيه الصغيره كما انه سيعمل على تزويدنا بمعلومات قيمه عن تركيب وديناميكية الغلاف الخارجي (exosphere) للقمر. وتجدر الاشاره إلى ان العلماء استطاعوا عن طريق تلسكوب هابل الكشف عن وجود نوافير مائيه لاوروبا مستخدمين الطيف الفوق بنفسجي.
• SUDA : سيعمل هذا الجهاز على تحليل مكونات الاجسام الصلبة الصغيره التي تقذف من سطح القمر نحو الخارج، حيث هذا الجهاز سيمكننا من أخذ عينة مباشره من السطح أو حتى الاعمده المائيه عن طريق الطيران المنخفض من سطح أوروبا. للجهاز المقدرة الكامله في تقصي اثر التراكيب والعناصر العضوية المختلطه مع القطع الثلجيه المقذوفه وتحليها.
• Nanosatellit : تجدر الاشاره إلى ان من اهداف مهمة أوروبا-كليبر هو اختبار امكانيت نشر عدد من الاقمار الصناعيه الصغيره المعروفه باسم "CubeSat" في الفضاء والتي من الممكن ان يتم تزويدها بمحركات صاروخيه ايونيه لتتمكن من جمع عينات من النوافير المائيه لاوروبا ومن ثم تحليلها، حيث هنا سيعمل مسبار أوروبا-كليبر على إعادة الاشاره المنبعثه من CubeSat إلى الأرض مستخدما هوائي عالي الكسب الخاص به.

لو تم تزويد تلك الاقمار الصناعيه الصغيره (CubeSat) بمحركات صاروخيه فسيكون باستطاعت بعضها الدخول إلى مدار القمر. ان عمليت تزويد المسبار بالاقمار الصناعيه الصغيره كيوب سات والهابط الارضي تعني اللجوء إلى نظام SLS (الذي يتمثل بصاروخ اقلاع ثقيل) لنتمكن من اطلاق بعثة أوروبا-كليبر نحو المشتري.

الهابط الارضي

في اللحظة الأولى التي تم فيها مناقشة مشروع أوروبا-كليبر اقترح ان يتم اللحاق هابط ارظي بالمهمة والذي سيكون بقطر متر وبوزن 230 غرام (منها 30 غراما للاجهزه العلميه) اما للاجهزه التي ستحمل على متنه نحو السطح، فتم اقتراح مطياف ضوئي كتلي ومطياف رامان لتحديد مكونات السطح.

سيقوم القمر الصناعي بحمل المسبار الارضي نحو القمر أوروبا واطلاقه لاحقا حيث لانزال المسبار يتطلب اللجوء إلى تقنية الرافعة السماويه , لكن مع نظام توجيه أكثر دقتا ليتمكن الهبوط بسلام قرب صدع عميق وفعال. من المتوقع ان يعمل المسبار لقرابت عشرة أيام على سطح أوروبا مستخدما بطاريته الداخليه.

على القمر الصناعي قضاء ثلاثت سنوات ليتمكن من تصوير 95% من سطح أوروبا بدقه تصل 50 مترا للبكسل الواحد حيث من خلال تلك المعطيات سيتمكن العلماء من ايجاد البقعة المناسبة لهبوطا المسبار. وتجدر الاشاره هنا لو تم اظافت المسبار إلى المهمة فهذا يعني سترتفع تكاليف البعثة إلى مليار دولار.

خيارات الإقلاع

من النظرة الأولى للبعثه يتوقع ان يتم اللجوء إلى صاروخ اطلس في-551 لاطلاق المسبار الذي بدوره سيلجيء إلى جاذبية زهرة-ارض-ارض للوصول إلى المشتري خلال فترة تقارب ستة سنوات. في يناير من عام 2016 أعلن ان البعثة سيتم اقلاعها من خلال «النظام الاقلاعي لناسا» الذي سيلجيء إلى مسار مباشر نحو المشتري حيث هذا يعني تقليل فترة الوصول إلى ثلاثت سنوات فقط.