أخبار

أعلنت وكالة ناسا عن الإتمام الناجح لعملية ترقية كبرى لنظام الطاقة على متن محطة الفضاء الدولية، مما يمثل علامة فارقة في تاريخ المختبر المداري التشغيلي الممتد لـ 25 عامًا. وقد اكتملت الترقية، التي تضمنت تركيب المصفوفة الثامنة والأخيرة من المصفوفات الشمسية القابلة للفرش (ROSA)، خلال مهمة سير في الفضاء استغرقت 7 ساعات، نفذها رائدَا الفضاء أنيل مينون وجوشوا كوتريك في 5 نوفمبر 2026.

صُممت المصفوفات الشمسية الجديدة، التي طورتها شركة Redwire Space (المعروفة سابقًا باسم Deployable Space Systems)، لزيادة قدرة المحطة الأصلية على توليد الطاقة بنسبة تتراوح بين 20 و30% تقريبًا. يبلغ طول كل لوح من ألواح ROSA 60 قدمًا، ويمكنه توليد 120 كيلوواط من الطاقة في بداية عمره التصميمي البالغ 30 عامًا. وعند نشرها بالكامل، تضيف المصفوفات الثمانية مجتمعةً ما يقرب من 1 ميجاواط من قدرة التوليد الإضافية إلى النظام الكهربائي للمحطة.

وقال مدير وكالة ناسا، بيل نيلسون: «تضمن هذه الترقية قدرة محطة الفضاء الدولية على مواصلة دعم الأبحاث المتطورة والتعاون الدولي لسنوات قادمة. ولا تقتصر أهمية المصفوفات الشمسية الجديدة على إطالة العمر التشغيلي للمحطة، بل توفر أيضًا الطاقة الإضافية اللازمة للتجارب العلمية المستقبلية وعروض التكنولوجيا».

كانت عملية ترقية نظام الطاقة، التي بدأت في عام 2021، ضرورية بسبب التدهور التدريجي للمصفوفات الشمسية الأصلية للمحطة، والتي تم تركيبها خلال مهام التجميع بين عامي 1998 و2001. وبينما لا تزال المصفوفات الأصلية تعمل، فقد انخفض إنتاجها من الطاقة بمرور الوقت بسبب تعرضها لبيئة الفضاء القاسية، بما في ذلك التآكل الناتج عن الأكسجين الذري، وارتطام النيازك الدقيقة، والدورات الحرارية.

تمثل تقنية ROSA تقدمًا كبيرًا مقارنة بتصميمات الألواح الشمسية الصلبة التقليدية. وتكون المصفوفات القابلة للفرش مدمجة أثناء الإطلاق، مما يقلل حجم التخزين بنسبة 80% تقريبًا مقارنة بالألواح الصلبة المكافئة. وبمجرد نشرها، تحافظ على صلابتها الهيكلية من خلال مزيج من العوارض المركبة والأغشية المشدودة، مما يلغي الحاجة إلى هياكل دعم ثقيلة.

تطلبت عملية التركيب ست مهام سير منفصلة في الفضاء، نُفذت على مدى خمس سنوات. تضمنت كل مهمة سير في الفضاء عمليات معقدة، بما في ذلك إزالة أغطية المصفوفات القديمة، وتركيب معدات تثبيت المصفوفات الجديدة، وتوصيل كابلات الطاقة، ونشر الألواح القابلة للفرش. وأُنجز العمل بينما كانت المحطة تواصل دورانها حول الأرض بسرعة 17,500 ميل في الساعة، وتكمل دورة واحدة كل 90 دقيقة.

تحمل الترقية أهمية خاصة لانتقال المحطة إلى عمليات الطواقم والشحن التجارية. ومع تقاعد مكوك الفضاء في عام 2011 والاعتماد اللاحق على مركبات «سويوز» الروسية، عقدت ناسا شراكات مع «سبيس إكس» و«نورثروپ غرامان» لتوفير خدمات نقل الطواقم وإعادة الإمداد. وتتيح قدرة الطاقة الإضافية للمحطة دعم مركبات الزيارة الأكثر تكرارًا وزيادة أعداد الطواقم.

يجب أن توازن أنظمة إدارة الطاقة على متن محطة الفضاء الدولية بين التوليد والتخزين والتوزيع عبر نطاقات جهد متعددة. يعمل النظام الكهربائي للمحطة بجهد 160 فولت تيار مستمر على الناقل الأساسي، ثم يُحوَّل إلى 124 فولت تيار مستمر للتوزيع على حمولات المستخدمين، وإلى 28 فولت تيار مستمر للأنظمة الحيوية. وتتكامل المصفوفات الشمسية الجديدة بسلاسة مع وحدات تكييف الطاقة الحالية ووحدات شحن/تفريغ البطاريات.

تدعم الترقية أيضًا خطط ناسا لـ برنامج أرتميس والمهام المأهولة المستقبلية إلى المريخ. وستساهم التقنيات التي تم استعراضها على محطة الفضاء الدولية، بما في ذلك إلكترونيات الطاقة المتقدمة وأنظمة تخزين الطاقة وخوارزميات إدارة الطاقة المستقلة، في تصميم أنظمة الطاقة لمركبات استكشاف الفضاء العميق والموائل السطحية.

ساهم الشركاء الدوليون بشكل كبير في مشروع ترقية الطاقة. قدمت وكالة الفضاء الأوروبية خبراتها في إلكترونيات الطاقة والإدارة الحرارية، بينما ساهمت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) بتقنيات بطاريات متقدمة. ودعمت وكالة الفضاء الكندية عمليات التركيب من خلال نظامها الروبوتي «كانادارم 2»، الذي ساعد في تحديد موضع أغطية المصفوفات الشمسية أثناء نشرها.

تتيح قدرة الطاقة الإضافية تنفيذ عدة مبادرات بحثية عالية الأولوية. يحتاج مختبر الذرات الباردة، الذي يدرس الظواهر الكمومية في بيئة الجاذبية الصغرى، إلى إمداد مستقر بالطاقة للحفاظ على درجات حرارة أعلى من الصفر المطلق بأجزاء من المليار من الدرجة. وتستفيد مرفق الإنتاج الحيوي، الذي يصنع الأدوية والمواد البيولوجية في الفضاء، من توفر المزيد من الطاقة لمراوح الطرد المركزي وأجهزة الحضانة وأدوات التحليل الخاصة به.

ومن المتوقع أيضًا أن يستفيد عملاء الأبحاث التجاريون من الترقية. إذ تحتاج شركات مثل Axiom Space، التي تطور وحدات خاصة للمحطة، إلى حصص طاقة مضمونة لحمولاتها. وتوفر القدرة الإضافية مساحة لهذه الأنشطة التجارية مع الحفاظ على هامش كافٍ لأبحاث ناسا الخاصة.

تمثل ترقية نظام الطاقة واحدة من أكثر عمليات الصيانة تعقيدًا التي نُفذت على الإطلاق في الفضاء. وعلى عكس ترقيات محطات الطاقة الأرضية، كان من الضروري التخطيط لأعمال محطة الفضاء الدولية قبل سنوات، مع إطلاق جميع المعدات في مهام إعادة إمداد بالشحن. تطلبت كل مهمة سير في الفضاء تدريبًا مكثفًا وتطويرًا للإجراءات ووضع خطط طوارئ لمعالجة أي أعطال محتملة.

فرضت الإدارة الحرارية تحديات فريدة. تولد المصفوفات الشمسية حرارة كبيرة أثناء التشغيل، ويجب إشعاعها إلى الفضاء لمنع ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط. وقد رُقيت المبردات الخارجية للمحطة، الواقعة على قطعتي هيكل «S1» و«P1»، للتعامل مع الحمل الحراري المتزايد الناتج عن المصفوفات الجديدة. تنقل أنابيب الحرارة وحلقات تبريد الأمونيا الحرارة المهدرة من المصفوفات إلى المبردات، حيث تُبث كإشعاع تحت أحمر.

تضمنت الترقية أيضًا الدروس المستفادة من حالات الفشل السابقة في أنظمة طاقة الفضاء. وتم تنفيذ مسارات طاقة احتياطية وخوارزميات محسنة لكشف الأعطال ومفاتيح عزل مطورة لزيادة موثوقية النظام. والهدف هو تحقيق توفر لنظام الطاقة بنسبة 99.9% أو أكثر، مما يضمن التشغيل المستمر لأنظمة دعم الحياة الحيوية والتجارب العلمية.

مع انتقال محطة الفضاء الدولية نحو خروجها المخطط من المدار في عام 2030، تضمن ترقية نظام الطاقة استمرار عمل المختبر المداري بكامل طاقته. ولا تدعم قدرة التوليد الإضافية الأبحاث الحالية فحسب، بل أيضًا المهام المستقبلية التي ستمهد الطريق لتوسع البشرية في النظام الشمسي.

يثبت الإتمام الناجح لتركيب ROSA إمكانية ترقية البنية التحتية الفضائية من خلال الصيانة والتعديل في المدار. ومع تطوير محطات فضائية تجارية لتحل محل محطة الفضاء الدولية، ستساهم الدروس المستفادة من ترقية نظام الطاقة هذه في تصميم الجيل القادم من المنصات المدارية التي يجب أن تعمل بموثوقية لعقود في بيئة الفضاء القاسية.

بقلم: ماكسويل، مهندس أتمتة مخضرم يتمتع بخبرة تزيد على 15 عامًا في أنظمة التحكم الصناعية ومبادرات التحول الرقمي في قطاعي التصنيع العملياتي والمنفصل.