يمكن أن يكون بناء مركبة فضائية في يوم من الأيام بسيطًا مثل طي قطعة من الورق في طائرة وترك الديناميكا الهوائية تفعل الباقي. قام فريق من الباحثين من جامعة طوكيو بمحاكاة إطلاق طائرة ورقية من محطة الفضاء الدولية (ISS) لمعرفة ما إذا كان سيبقى على قيد الحياة في إعادة الدخول في الغلاف الجوي.
في ورقة نشرت في Acta Asta Routionutica ، أظهر الباحثون كيف أن اوريغامي قد يكون الحل لمشكلة القمامة المتزايدة في مدار الأرض المنخفض. بدلاً من الاعتماد فقط على المعادن لبناء المركبات الفضائية ، يجادل الفريق الذي يقف خلف الورقة بأن ورقة قياسية يمكنها القيام بالمهمة بدلاً من ذلك في الجو أثناء إعادة الدخول. لدراستهم ، أنشأ الباحثون طائرة ورقية مع ذيل الألومنيوم ووضعوها في نفق الرياح لمعرفة كيف سيكون في الفضاء. الفكرة بسيطة ، وتهدف إلى إظهار كيفية استخدام المواد العضوية لإنشاء بيئة مدارية أكثر استدامة.
تتكون الطائرة الفضائية اوريغامي من ورقة من ورق الطباعة A4 غير المصنفة ، مع طبقات مطوية في الأنف لتحويل مركزها من الكتلة في المنبع وضمان الاستقرار الديناميكي. “هذه المركبة الفضائية لم تنقل بعد في الفضاء” ، تقول الورقة. “من غير الواضح ما إذا كانت ديناميات الطيران الخاصة بهم في الأجواء النادرة للغاية في (مدار الأرض المنخفض) ستكون مشابهة لتلك الخاصة بطائرة اوريغامي الأرضية المعتادة ، وما إذا كانت الطائرة ستبقى أو تحترق أثناء الدخول في الغلاف الجوي.” بالطبع ، لن يتم صنع المركبات الفضائية بأكملها من الورق فقط. بدلاً من ذلك ، يمكن بناء مكونات محددة-مثل الجناح أو السحب الإبحار-من مواد ورقية.
لاختبار ذلك ، أنشأ الباحثون أولاً محاكاة للطائرة الورقية التي يتم إطلاقها من ISS على ارتفاع 248 ميلًا (400 كيلومتر) وسرعة 17448 ميلًا في الساعة (7800 متر في الثانية). بقيت الطائرة الورقية مستقرة وتراجعت من خلال الظروف الشبيهة بالفضاء. بدأت تتعثر على ارتفاع أقل من 74 ميلًا فوق سطح الأرض (120 كيلومترًا) وتخرج عن السيطرة. من المتوقع أن يؤدي هذا الارتفاع على هذا الارتفاع ، وسيؤدي التسخين الديناميكي الهوائي الشديد إلى حرق الطائرة الورقية في الغلاف الجوي على ارتفاع 55 إلى 58 ميلًا (90 إلى 110 كيلومتر) ، وفقًا للورقة.
وضع الباحثون بعد ذلك نموذجًا بدنيًا في نفق الرياح غير الصوتية في كاشيوا وعالي المحتوى في جامعة طوكيو لمعرفة كيف ستستمر أثناء ظروف إعادة الدخول. لقد أخضعوها لسرعات ماخ 7 لمدة سبع ثوانٍ تقريبًا ، حيث أظهرت أنف الطائرة عازمة وأجنحة أظهرت علامات على التثنين. وقال الباحثون إنه لم يتفكك تمامًا ، لكن على الأرجح كان من المحتمل أن يكونوا قد احتفظوا به هناك لفترة أطول من الوقت.
عند إعادة الدخول في الغلاف الجوي ، تترك المركبة الفضائية التقليدية وراء الجزيئات المعدنية والمواد الكيميائية التي تلحق الضرر بطبقة الأوزون. الطائرة الورقية ، من ناحية أخرى ، مصنوعة من مواد عضوية لا تشكل تهديدًا بيئيًا. ومع ذلك ، هناك بعض التحديات التي تبقى. بالنظر إلى حجم الطائرة الورقية ، فإنها لا تعكس الرادار بقوة كافية وسيكون من الصعب تتبعها في المدار. يقترح الباحثون تجهيزه بموقف مصغر ، والتنقل ، وجهاز الإرسال والتوقيت. كما أنه حساس للغاية للسحب الديناميكي الهوائي ، وبالتالي يمكن أن يقضي الكثير من الوقت في المدار ، بحيث يمكن استخدامه في مهام قصيرة الأجل مع حمولات صغيرة.
من المحتمل ألا تكون طائرة الفضاء اوريغامي مناسبة بشكل جيد لمجموعة واسعة من المهام ، ولكن يقترح الباحثون أن هناك نسخة منه يمكن استخدامها كمسعى سلبي لقياس كثافة الغلاف الجوي أو كمنصة للبعثات منخفضة التكلفة وقصيرة الأجل في مدار الأرض المنخفض. “بسبب التكلفة المنخفضة للغاية لطائرة الفضاء الورقية ، يمكن إجراء عمليات نشر متعددة في نفس الوقت ، وتكرارها على فترات منتظمة ، مما يوفر قياسات موزعة متزامنة” ، أوضح العلماء في ورقتهم.
قد تبدو فكرة طائرة فضائية طفولية تنزلق عبر الغلاف الجوي بسيطة للغاية ، ولكن استخدام الورق على المركبات الفضائية يمكن أن يساعدنا في حل الاكتظاظ السكاني لزدشات المعادن المنخفضة المدار الأرضية والتفكك إلى قطع من خردة الفضاء.