محركات أقمار صناعية بالغة الصغر، فائقة السرعة، تدور 150,000 دورة في الدقيقة

أصغر وأسرع

يبدو أن مستقبل الرحلات الفضائية يجري باتجاه تقليص حجم الأقمار الصناعية. هناك الآن عائلة القمر الصناعي كيوبسات Cubesats، يزن الواحد منها كيلو غراماً واحداً فقط، وحتى عائلة القمر الصناعي فيمتوسات Femtosats التي تبلغ أبعاد الواحد منها، من كل جانب، أقل من واحد ونصف إنش.

عندما يتم تطوير أقمار صناعية أصغر، تتعاظم الحاجة إلى محركات أفضل وأكثر كفاءة. طور باحثون من المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في زيوريخ ETH (قسم تكنولوجيا المعلومات والهندسة الكهربائية)، ومعهد سيليترون المنبثق عنه، محركاً كهربائياً يحلّق مغناطيسياً من أجل عجلات رد الفعل reaction wheels.

يُستخدم المحرك في هذه المركبات الفضائية في المقام الأول لتغيير مسارها، في حين تستخدم بشكل أقل لنقلها إلى الأمام، ويتم ذلك بواسطة عجلات رد الفعل التي تدور باستمرار. تتوافق التغيرات في تلك السرعة مع التغييرات في مسار رحلة القمر الصناعي.

عجلات رد الفعل تستخدم حالياً محامل الكرات ball bearings. ومع ذلك، فإن العيوب مثل الحاجة إلى زيوت التشحيم الخاصة والاهتراء الناتج عن الاستعمال، جعل من تطوير نظام أفضل، أمراً أكثر إلحاحاً. وهذا ما جعل الباحثين يقترحون استخدام المغناطيس.

حقوق الصورة:Zwyssig et al., 2014

سحر مغناطيسي

باستخدام الحقول المغناطيسية، يتم تعويم عجلات رد الفعل، الأمر الذي يلغي الكثير من الإصدارات التي تستخدم محامل الكرات الحالية. يختصر المغناطيس الحاجة إلى التشحيم، وإلى وجود غرفة فارغة محكمة الإغلاق. إن تقليص الاحتكاك والأجزاء المهتزة يقلل أيضاً من الاهتراء الناتج عن الاستخدام، وعندها لن يعود هناك حاجة لقطع الغيار.

أكثر من ذلك، يوفر المغناطيس إمكانيات أخرى. حيث تحد محامل الكرات من سرعة الدوران لتصل إلى أقل من 6,000 دورة في الدقيقة. مرة أخرى، ومع الأخذ بعين الاعتبار التقليل لدرجة عدم وجود احتكاك في الطواف، يمكن تدوير عجلات رد الفعل لتصل إلى 150,000 دورة في الدقيقة، فيوفر فرصة لزيادة الطاقة 10 أو 20 ضعفاً باستخدام محرك بنفس حجم المحركات المستخدمة حالياً.

هذا يعني، وهو الأكثر أهمية، أن محركاً أصغر بكثير، يمكنه أن يزود القمر الصناعي بنفس كمية الطاقة، وتحرير المزيد من المساحة في جسم القمر للأدوات الأخرى، أو حتى مجرد الحفاظ بشكل عام على الوزن بحدوده الدنيا.

بطبيعة الحال، لا نتوقع حتى الآن إنتاجاً ضخماً لهذه المحركات الصغيرة. لا تزال الدراسة بحاجة للاختبار قبل تثبيت أهليتها للاستخدام.