أوروبا كليبر

 

أوروبا كليبر
أوروبا كليبر
المشغل	مختبر الدفع النفاث
الموقع الإلكتروني	الموقع الرسمي
المصنع	مختبر الفيزياء التطبيقية،  ومختبر الدفع النفاث،  ومركز غودارد لرحلات الفضاء
الطاقم	؟؟؟
تاريخ الإطلاق	14 أكتوبر 2024
الصاروخ	فالكون الثقيل
موقع الإطلاق	منصة إطلاق 39a ‏
المسبار المداري لقمر أوروبا للمشتري ‏

بعثة التحليقات المتعددة حول أوروبا (بالانجليزية: Europa MultiPle - Flyby Mission) والتي سابقا كانت تعرف باسم «أوروبا-كليبر» هي مهمة استكشافية كوكبية قيد التطوير من قبل ناسا وتتألف من قمر صناعي مع مسبار هبوط حيث ينتظر اطلاقهما معا خلال العشرينات من هذه الالفية (حوالي عام 2022).

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

تأتي المهمة لتستكمل الدارسات التي قام بها غاليليو (مسبار فضاء) خلال الثمان سنوات الماضية حيث أفصحت تلك البحوث عن احتمالية وجود محيطات تحت سطح القمر أوروبا.

في البداية خطط لإرسال المسبار بالتزامن مع مشاريع أخرى كبعثة مستكشف أقمار المشتري الجليدية إلى مدار أوروبا لكن بسبب الإشعاعات القوية التي يتعرض لها مدار أوروبا من قبل الغلاف المغناطيسي للمشتري، فضل أن يتم تثبيت المسبار حول مدار المشتري حيث سيقوم القمر الصناعي بإجراء دارسته عن القمر كلما اقترب منه.

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

نظرة تاريخية

يوصف أوروبا على أنه من الأماكن القليله ضمن المجموعة الشمسية التي يمكن لها أن تحتوي على نوع من الحياة الجرثومية، حيث نشأت تلك الفرضية أعقاب بعثة غاليليو (مسبار فضاء) ومنذ ذلك اليوم عكف مختبر الدفع النفاث على دراسة وتطوير عدد من البعثات الاستكشافية اللاحقة حيث اثمرت تلك البحوث عن عدة افكار مثل مسبار أقمار المشتري الجليدية، مسبار أوروبا وأخيرا أوروبا - كليبر.

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

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

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

كما أنه في الدورة الانتخابية لعام 2014 عبر جميع المترشحين عن تأييدهم لهذا المشروع متعهدين بمواصلتهم دعمهم له، كما أن القائمين على مشروع أوروبا - كليبر منحوا 30 مليون دولار إضافياً لدعم الدارسات الأولية للمشروع.

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 أن يحملا تصميماً متشابها مع هابط أرضي لكل منهما.

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

في يونيو من عام 2015 أعلنت ناسا عن موافقتها للمشروع بشكل كامل لتنتقل المهمة إلى المراحل التالية التي هي «مرحلة التكوين» لاحقاً في يناير من عام 2016 تم الموافقة على تزويد البعثة بمسبار أرضي.

الأهداف

إن الأهداف المفترضة لبعثة أوروبا-كليبر تتمثل في استكشاف أوروبا، البحث عن امكانيت احتضان القمر للحياة والمساعدة في اختيار البقعة المناسبة لهبوط المسبار الأرضي، أما الأهداف العلمية الأساسية فتتمثل في:

• دراسة القشرة الجليدية للقمر للتأكد من وجود تلك المحيطات المائية المزعومة، ومن ثم دراسة طبيعة وخواص تلك المياه (الواقعة خلال السطح أو أسفله) ومعرفة كيفية تفاعلها مع السطح.
• دراسة المكونات الأساسية للقمر ومعرفة كيفية توزيعها، خواصها الكيميائية وعلاقتها بالمحيطات السفلية.
• دراسة جيولوجيا سطح القمر لمعرفة صفاته وطريقة تكوين معالمه بالإضافة إلى رصد الأماكن الفعالة منه (في الماضي والحاضر).

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

من الممكن لمسبار أوروبا-كليبر أن يطير بارتفاع منخفض عن سطح القمر وذلك لغرض الحصول على عينات من مياه المحيطات التحت سطحية من خلال أعمدة البخار المائية التي تطلق من القشرة الجليدية نحو الفضاء دون الحاجة إلى الهبوط على السطح والحفر اسفله.

الاستراتيجية

بسبب تعرض أوروبا إلى الحقول الإشعاعية القوية المنبعثة من محيط المشتري، فلن تكون باستطاعة المركبة الصمود لأكثر من أشهر معدودة حول مدار القمر وعن مسافة قريبة، لكن المشكلة الأهم هنا تتمثل في الوقت الذي تحتاجه المركبة لإعادة البيانات العلمية إلى الكرة الأرضية فمعظم الأجهزة التي على متنها لديها القدرة على جمع المعلومات بسرعة تفوق قدرة نظام التواصل في المركبة من إعادة بثها إلى الأرض وذلك بسبب محدودية عدد الهوائيات المتاحة.

إن الدراسات التي أجريت من قبل العلماء في مختبر الدفع النفاث اثبتت ان القيام بالعديد من المناورات التحليقية حول أوروبا (رغم حاجتها إلى شهور عديده لإعادة البيانات المكتسبة إلى الأرض) سوف تمكن الوكالة من تنفيذ معظم القياسات الحاسمة 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 عملية تحليق سيتوفر للمسبار سبعة إلى عشرة أيام لإعادة إرسال البيانات المخزونة إلى الأرض (خلال ذلك اللقاء الوجيز الذي يتم مع القمر) وهذا يعني الحاجة إلى سنة كامله لنقل المعلومات مقارنه بثلاثين يوماً لو كانت المركبة مثبة في مدار القمر أوروبا والنتيجة ستكون، الحصول على الكثير من البيانات تفوق بثلاثة 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 الأخذ بالاعتبار الظروف الإشعاعية التي ستواجهها المركبة ولهذا سيتم وضع الأجهزة الإلكترونية في غلاف يتكون من 150 كيلوغرام من المواد الوقائية التي ستعمل كترس ضد الاشعاعات المنبعثة من الكوكب لتحقيق أقصى فعالية منها.

مصادر الطاقة

يخمن أن يتم اللجوء إلى المولدات الإشعاعية الحرارية ومصادر الطاقة الشمسية لتغذية المسبار بالكهرباء الضرورية. ففي سبتمر من عام 2013 قرر اللجوء إلى الألواح الشمسية لثمنها المناسب مقارنة بالمولدات الإشعاعية، حيث التحليلات الأوليه اقترحت أن لكل لوح يبلغ مساحته السطحية 18 متر مربع القدرة على إنتاج 150 واط من الطاقة الكهربائية المستمرة وذلك عندما يتم توجيه المسبار من مدار المشتري نحو الشمس. أما في الاوقات التي سيدخل المسبار في ظل أوروبا فعندها البطاريات ستتكفل في تزويد المسبار بالطاقة بدلاً عن الشمس، لأن الإشعاعات يمكن لها أن تتسبب بتلف الألواح الشمسية حيث مسبار أوروبا - كليبر سيمر خلال الغلاف المغناطيسي القوي للمشتري والذي من المتوقع مع مرور الأيام أن يتسبب بأضرار لتلك الألواح تدريجياً؛ لذا فإنّ الخيار البديل سيكون المولدات الإشعاعية الحرارية المتعددة المهام المزودة بالبلوتونيوم - 238 كوقود لها، حيث أثبتت هذه المولدات فعاليتها في مهة كوريوستي. يتوفر حالياً خمسة نسخ منها فقط، اثنين منها تم حجزها لمهمة مارس 2020 (واحده للجوال واخرى كنسخة احتياطية). لكن في أكتوبر من عام 2014 تم اختيار الألواح الشمسية كمصدر لطاقة المسبار بسبب رخص ثمنها مقارنة بالمولدات الإشعاعية وملائمتها الكبيرة لهذه البعثة (على الرغم من أن الطاقة المنتجة في مدار المشتري تساوي 4% فقط من تلك التي ستنتج في مدار الأرض) لكن تلك الالواح ستعمل في نفس الوقت على زيادة وزن المسبار مقارنة بالمولدات الإشعاعية؛ رغم ذلك سيكون باستطاعة الصواريخ الحاملة من إرسالها إلى المدار.

المعدات العلمية

رغم أن تصميم المسبار والموضع الذي يستخذه مداره قابل للتغيير (مع تقدم مرحلة البناء)، إلّا أنه في مايو عام 2015 تم الإعلان عن تسعة أجهزة علمية للبعثة حيث يقدر أن تبلغ كتلتها الكلية بحدود 82 كيلوغرام وتشمل:

• PIMS : سيعمل هذا الجهاز جنباً إلى جنب مع مقياس المغناطيسية للكشف عن سمك القشرة الجليدية للقمر، عمق المحيطات التحت سطحية ومقدار ملوحتها من خلال تصحيح إشارات الحث المغناطيسي للبلازما المحيطة بأوروبا.
• ICEMAG : هو عبارة عن مقياس للمغناطيسية حيث يعمل جنباً إلى جنب مع جهاز PIMS لقياس الحقول المغناطيسية القريبة من القمر للكشف عن موقع، عمق، سماكة ومقدار ملوحة المحيطات التحت سطحية لأوروبا مستخدماً الأمواج الإلكترومغناطيسية المتعددة التردد.
• MISE : وهو عبارة عن منظار طيفي يستخدم لتحديد مكونات القمر، تكوين خريطة عن أماكن توزيع العناصر العضوية والأملاح والمعادن وأحماض الهيدرات، وأخيراً فهم دورة المياه على سطح أوروبا حيث يتوقع العلماء أن تلك القياسات ستمكنهم من الكشف عن تركيب السطح التي تقودهم إلى معرفة مدى إمكانية امتلاك تلك المحيطات التحت سطحية للظروف اللازمة للحياة.

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

• EIS : وهي كاميرا ذو زاوية ضيقة ستعمل على تصوير سطح القمر بدقة فائقة (تصل إلى 50 متراً) حيث ستساعد في تكوين خريطة شاملة عن سطح القمر وتحديد المكان المناسب لهبوط المسبار الارضي.
• REASON : وهو عبارة عن رادار ثنائي التردد خارق للقشرة الجليدية. صمم لمسح السطح وتوصيف بنيتها الداخلية وصولاً إلى المحيطات السفلية حيث يتمنى العلماء من خلاله الكشف عن تراكيب البنيوية المختلفة لسطح أوروبا المتجمد مع إمكانية وجود جيوب مائية خلالها حيث سيتم بناء هذا الجهاز من قبل مختبر الدفع النفاث وجامعة لووفا.
• E-THEMIS : وهي عبارة عن كاميرا حرارية تعمل على أخذ صور للأطياف الحرارية المتعددة المنبعثة من سطح أوروبا والتي ستساعد في الكشف عن المناطق الفعالة مثل أعمدة الماء المندلعة من أسفل السطح نحو الفضاء الخارجي. ويعد هذا الجهاز نسخة مطورة عن جهاز THEMIS الذي تم استخدامه سابقا في مسبار أوديسة وفي كلتا المهمتين قام الباحث فليب كرستينسن من جامعة أريزونا بتطويره.
• MASPEX : وهو عبارة عن مطياف سيعمل على الكشف عن تركيب الطبقة السطحية والطبقة التحت سطحية وصولاً إلى المحيطات السفلية لأوروبا من خلال أخذ قياسات دقيقة للغلاف الجوي الرقيق لأوروبا وأي جسم قد سيقذف من السطح نحو الفضاء.

العالم جاك وايت (الذي اختير سابقاً للإشراف على عمل جهاز INMS المثبت على مركبة كاسيني) يشرف حالياً على تطوير الجهاز.

• UVS : الجهاز عبارة عن مطياف فوق بنفسجي له المقدرة في الكشف عن الأعمدة المائية الصغيرة كما أنه سيعمل على تزويدنا بمعلومات قيّمة عن تركيب وديناميكية الغلاف الخارجي (exosphere) للقمر. وتجدر الإشاره إلى أن العلماء استطاعوا عن طريق تلسكوب هابل الكشف عن وجود نوافير مائية لأوروبا مستخدمين الطيف الفوق بنفسجي.
• SUDA : سيعمل هذا الجهاز على تحليل مكونات الأجسام الصلبة الصغيرة التي تقذف من سطح القمر نحو الخارج، حيث سيمكننا هذا الجهاز من أخذ عينة مباشرة من السطح أو حتى الأعمدة المائية عن طريق الطيران المنخفض من سطح أوروبا. للجهاز المقدرة الكاملة على تقصي أثر التراكيب والعناصر العضوية المختلطة مع القطع الثلجية المقذوفة وتحليها.
• Nanosatellit : تجدر الإشارة إلى أنّ من أهداف مهمة أوروبا-كليبر هو اختبار إمكانية نشر عدد من الأقمار الصناعية الصغيرة المعروفه باسم "CubeSat" في الفضاء والتي من الممكن أن يتم تزويدها بمحركات صاروخية أيونية لتتمكن من جمع عينات من النوافير المائية لأوروبا ومن ثم تحليلها، حيث سيعمل مسبار أوروبا-كليبر هنا على إعادة الإشارة المنبعثة من CubeSat إلى الأرض مستخدماً هوائي عالي الكسب خاص به.

لو تم تزويد تلك الاقمار الصناعية الصغيرة (CubeSat) بمحركات صاروخية فسيكون باستطاعت بعضها الدخول إلى مدار القمر. إنّ عملية تزويد المسبار بالأقمار الصناعية الصغيرة كيوب سات والهابط الأرضي تعني اللجوء إلى نظام SLS (الذي يتمثل بصاروخ إقلاع ثقيل) لنتمكن من إطلاق بعثة أوروبا-كليبر نحو المشتري.

الهابط الارضي

في اللحظة الأولى التي تم فيها مناقشة مشروع أوروبا-كليبر اقترح أن يتم إلحاق هابط أرضي بالمهمة والذي سيكون بقطر متر وبوزن 230 غرام (منها 30 غراماً للأجهزه العلمية)، أما للأجهزة التي ستحمل على متنه نحو السطح، فتم اقتراح مطياف ضوئي كتلي ومطياف رامان لتحديد مكونات السطح.

سيقوم القمر الصناعي بحمل المسبار الأرضي نحو القمر أوروبا وإطلاقه لاحقاً حيث يتطلب اللجوء إلى تقنية الرافعة السماوية لإنزال المسبار، لكن مع نظام توجيه أكثر دقةً ليتمكن من الهبوط بسلام قرب صدع عميق وفعال. من المتوقع أن يعمل المسبار لقرابة عشرة أيام على سطح أوروبا مستخدماً بطاريته الداخلية.

على القمر الصناعي قضاء ثلات سنوات ليتمكن من تصوير 95% من سطح أوروبا بدقه تصل 50 مترا للبكسل الواحد سيتمكن العلماء حيث من خلال تلك المعطيات من إيجاد البقعة المناسبة لهبوط المسبار. وتجدر الإشاره هنا بأن لو تم إضافة المسبار إلى المهمة فهذا يعني ارتفاع تكاليف البعثة إلى مليار دولار.

خيارات الإقلاع

من النظرة الأولى للبعثة يتوقع أن يتم اللجوء إلى صاروخ اطلس في-551 لإطلاق المسبار الذي بدوره سيلجأ إلى جاذبية زهرة-أرض-أرض للوصول إلى المشتري خلال فترة تقارب ستة سنوات. في يناير من عام 2016 أعلن أن البعثة سيتم إقلاعها من خلال «النظام الإقلاعي لناسا» الذي سيلجأ إلى مسار مباشر نحو المشتري، وهذا سيعني تقليل فترة الوصول إلى ثلاثة سنوات فقط.