تبدو الفكرة كأنها خيال علمي، لكنها تستند إلى هندسة قوية. يمكنك بالتأكيد وضع تلسكوبات في مدار حول كواكب أخرى وإعادة إرسال بياناتها إلى الأرض عبر شبكة من الأقمار الصناعية للاتصالات. في الواقع، نحن نفعل نسخة مصغرة من هذا على المريخ. لا ترسل روفرات NASA Perseverance وCuriosity البيانات مباشرة إلى الأرض - بل ترسل نتائجها إلى المدارين مثل Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) أو Trace Gas Orbiter التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، التي تقوم بعد ذلك بإعادة توجيه البيانات إلى الوطن. يعمل نظام relay بشكل رائع، مما يقلل من متطلبات الطاقة ويسمح للروفرات بالتركيز على العلم بدلاً من توجيه الهوائيات باستمرار نحو هدف متحرك يبعد 140 مليون ميل. ستكون مزايا التلسكوبات المدارية الكوكبية مذهلة. يمكن لتلسكوب يدور حول المشتري التقاط ديناميات السحب، والأضواء الشمالية، ونشاط الأقمار بدقة لا تستطيع الأدوات الأرضية الوصول إليها. تدمر الاضطرابات الجوية الملاحظات الأرضية، وحتى هابل، الذي يجلس على بعد 340 ميلًا فقط فوق الأرض، يجب أن يعمل حول موقع كوكبنا المداري. ضع تلسكوبًا في مدار المشتري وستكون في الصف الأول، قادرًا على مشاهدة براكين آيو تنفجر في الوقت الحقيقي أو تتبع العواصف على قشرة يوروبا الجليدية بدقة بمقياس المتر. ينطبق نفس المنطق على حلقات زحل، والمجال المغناطيسي المائل لأورانوس، أو البقع الداكنة الغامضة لنبتون. القرب مهم للغاية في علم الفلك. فما الذي يمنعنا؟ الاقتصاد القاسي لمهام الفضاء العميق. يستغرق إطلاق تلسكوب إلى المريخ حوالي سبعة أشهر ويكلف مئات الملايين من الدولارات. يتطلب الوصول إلى المشتري مساعدات جاذبية وأوقات طيران متعددة السنوات - استغرق مسبار Juno التابع لناسا خمس سنوات للوصول. زحل بعيد عنّا بحوالي عقد من الزمن (أُطلق كاسيني في عام 1997 ووصل إلى زحل في عام 2004). بناء وتشغيل تلسكوب مكلف بما فيه الكفاية على الأرض؛ القيام بذلك عبر النظام الشمسي يضاعف التكاليف بمقدار كبير. تحتاج إلى أنظمة احتياطية لأنه لا توجد مهمة إصلاح إذا حدث شيء خاطئ. تحتاج إلى مصادر طاقة بلوتونيوم للكواكب الخارجية حيث تصبح الألواح الشمسية عديمة الفائدة. تحتاج إلى شبكة الفضاء العميق (DSN) بسعة كافية للتعامل مع البيانات من أصول بعيدة متعددة، وشبكة DSN التابعة لناسا مشغولة بالفعل. تشمل مهام الفضاء العميق الحالية اعتبارًا من أغسطس 2026 برنامج Artemis القمري التابع لناسا، واستمرار عمليات الروفرات على المريخ، والاستعدادات لمهمة Europa Clipper (المقررة لدراسة قمر المشتري يوروبا). يمثل تلسكوب James Webb الفضائي (JWST)، الذي يقع عند نقطة لاغرانج الثانية (L2) على بعد حوالي مليون ميل من الأرض، المعيار الذهبي الحالي للمراقبة الفضائية. لقد حولت قدرات JWST بالأشعة تحت الحمراء بالفعل فهمنا للمجرات البعيدة، وغلاف الكواكب الخارجية، وتكوين النجوم. لكن حتى JWST، على الرغم من تصميمه الثوري، لا يزال قريبًا نسبيًا من الوطن. سيتطلب توسيع هذه القدرة إلى كل كوكب رئيسي إرادة سياسية وميزانيات تتجاوز إنفاق العلوم الفضائية الحالي. ثم هناك مفهوم العدسة الجاذبية الشمسية، الذي يجعل المدارين الكوكبيين يبدو قديمًا بالمقارنة. تتنبأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين بأن الأجسام الضخمة تنحني الضوء، والشمس ضخمة بما يكفي لتركيز الضوء من النجوم البعيدة بطريقة يمكن أن تصور الكواكب الخارجية بدقة مذهلة. تبدأ نقطة التركيز حوالي 550 وحدة فلكية (AU) من الشمس - أي حوالي 14 مرة أبعد من بلوتو. ستستغرق مهمة إلى تلك المسافة عقودًا مع الدفع الحالي. كانت Voyager 1، أكثر مركبة فضائية بعيدة عن البشرية، تطير منذ عام 1977 وقد عبرت مؤخرًا فقط 160 AU. ولكن إذا تمكنا من وضع تلسكوب عند التركيز الجاذبي الشمسي وتوجيهه بشكل صحيح، فقد نتمكن من حل ميزات صغيرة تصل إلى 10 كيلومترات على كوكب يبعد 100 سنة ضوئية. هذه جغرافيا على نطاق قاري في عوالم غريبة. نشرت فرق البحث في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) والعديد من الجامعات دراسات جدوى حول مهمات العدسة الجاذبية الشمسية، على الرغم من أن أيًا منها لم يتجاوز المرحلة المفاهيمية اعتبارًا من منتصف عام 2026. إن بنية relay نفسها هي الجزء السهل. ضغط البيانات، وتصحيح الأخطاء، والإرسال متعدد القفزات هي مشاكل تم حلها. يثبت نظام relay على المريخ أننا يمكننا بناء شبكات بين كوكبية قوية. من المحتمل أن توسع المهام البشرية المستقبلية إلى المريخ هذه البنية التحتية مع أقمار صناعية اتصالية إضافية في مدار المريخ وربما محطات relay على فوبوس أو ديموس، قمرين صغيرين للمريخ. أعربت شركات الفضاء التجارية مثل SpaceX وBlue Origin عن اهتمامها بدعم برنامج Artemis التابع لناسا وجهود الاستعمار المستقبلية على المريخ، مما سيؤدي بطبيعة الحال إلى توسيع قدرات الاتصالات. كما أن برنامج الفضاء الصيني قد طور أيضًا أقمار relay القمرية لمهام Chang'e ولديه طموحات لاستكشاف المريخ في العقود القادمة.
لماذا لا توجد تلسكوبات تدور حول كل كوكب حتى الآن
سيؤدي وضع التلسكوبات حول المريخ والمشتري وما وراءه إلى ثورة في علم الفلك. التقنية relay موجودة بالفعل - الروفرات ترسل البيانات عبر المدارين طوال الوقت. فلماذا لا يحدث ذلك؟ المال، المسافة، وفكرة مجنونة واحدة تتعلق بالشمس كعدسة مكبرة كونية.
رأيي
هذه واحدة من تلك الأفكار التي تكون فيها الفيزياء تقريبًا مملة في بساطتها، لكن الاقتصاد ساحق تمامًا. يمكننا بالتأكيد بناء شبكة تلسكوبات على مستوى النظام الشمسي. تعمل تقنية relay بشكل جيد - نحن نستخدمها كل يوم على المريخ. العامل المحدد هو أن مهام الفضاء باهظة الثمن بشكل جنوني ويجب على السياسيين تبرير ميزانيات بمليارات الدولارات لمشاريع لن تؤتي ثمارها لسنوات أو عقود. عندما تقترح NASA مهمة رئيسية، فإنها تتنافس ضد الرعاية الصحية، والبنية التحتية، والدفاع، وكل أولوية حكومية أخرى. يكلف تلسكوب واحد من نوع هابل حوالي 1.5 مليار دولار للبناء والإطلاق. اضرب ذلك في ثمانية كواكب وستنظر إلى مشروع بنية تحتية يجعل محطة الفضاء الدولية تبدو كصفقة. لكن إليك الشيء - إذا كانت البشرية جادة بشأن أن تصبح نوعًا بين كوكبي، فإن هذا النوع من الشبكة ليس اختياريًا. إنها بنية تحتية أساسية، مثل بناء الطرق أو وضع كابلات الألياف الضوئية. نحن الآن في الأيام الأولى، لا نزال نثبت المفاهيم على المريخ والقمر. ستحدد الخمسين عامًا القادمة ما إذا كنا سنعامل النظام الشمسي كفناء لاستكشافه أو مجرد فضول لزيارته بين الحين والآخر. فكرة العدسة الجاذبية الشمسية هي ورقة المجهول التي قد تغير كل شيء. إذا حدثت بعض الاختراقات في الدفع (الصواريخ الحرارية النووية، محركات الاندماج، أو حتى الأشرعة الشمسية) تجعل تلك المسافات ممكنة، فقد نتجاوز شبكة التلسكوبات الكوكبية بالكامل ونذهب مباشرة إلى تصوير الكواكب الخارجية الذي سيجعل JWST يبدو ككاميرا يمكن التخلص منها. السؤال الحقيقي ليس 'هل يمكننا؟' بل 'من يدفع؟' وزيادة، قد لا تكون الإجابة حكومات فقط. تقوم شركات الفضاء الخاصة بالفعل بإطلاق الأقمار الصناعية بالآلاف وتخطط لإنشاء قواعد على القمر. إذا وجدت المصالح التجارية أسبابًا للعمل في جميع أنحاء النظام الشمسي - تعدين الكويكبات، محطات إعادة التزود بالوقود، سياحة الفضاء - فإن بنية الاتصالات تأتي مع الرحلة. يمكن أن تستفيد التلسكوبات العلمية من تلك الشبكة. قد لا نصل إلى هناك من خلال ميزانيات NASA. قد نصل إلى هناك لأن شخصًا ما يريد تعدين الجليد من يوروبا أو حصاد الهيليوم-3 من غلاف زحل الجوي، والتلسكوبات هي مجرد مكافأة.
ماذا سيحدث بعد ذلك
تركز NASA بشكل فوري حتى عام 2026 وما بعده على برنامج Artemis القمري والاستعدادات لإعادة عينات المريخ. ستطلق مهمة Europa Clipper قريبًا، وستحمل أدوات متقدمة لدراسة قمر المشتري الجليدي، لكنها لن تؤسس بنية تحتية مدارية دائمة حول المشتري نفسه. في الثلاثينيات، إذا استمرت التخطيط الحالي، قد نرى مدارين أكثر تطورًا حول المريخ كتمهيد لمهام بشرية، مما يوسع شبكة relay حول الكوكب الأحمر. ستدعم هذه المدارين كل من المستكشفين الروبوتيين وعمليات رواد الفضاء المستقبلية. يواجه مفهوم العدسة الجاذبية الشمسية جدولًا زمنيًا أطول. تقترح المقترحات الحالية أن المهمة لن تُطلق قبل الأربعينيات في أقرب تقدير، وحتى في ذلك الحين ستتطلب اختراقات في الدفع لا تزال غير موجودة على نطاق عملي. قد تقلل الصواريخ الحرارية النووية، التي تطورها NASA من خلال برامج مثل DRACO (مركبة اختبار الدفع للعمليات القمرية السريعة)، أوقات السفر إلى النظام الشمسي الخارجي إلى النصف أو أكثر. إذا نضجت تلك الأنظمة وأصبحت ميسورة التكلفة، فإن الحسابات تتغير. تمثل شركات الفضاء التجارية ورقة المجهول. إذا حقق Starship التابع لـ SpaceX أهداف تصميمه، فقد يقلل بشكل كبير من تكاليف الإطلاق ويمكّن من حمولات أكبر إلى الفضاء العميق. تقوم Blue Origin وRocket Lab والشركات المملوكة للدولة الصينية بتطوير قدرات رفع ثقيلة. إذا انخفضت التكلفة لكل كيلوغرام إلى المدار بمقدار ترتيب آخر في العقد القادم، فقد تصبح المهام التي تبدو باهظة الثمن الآن روتينية. قد تظهر شبكة تلسكوبات كوكبية ليس من برنامج NASA الكبير الواحد، ولكن من عشرات المهام التدريجية من دول وشركات متعددة، كل منها يضيف نقاط إلى بنية تحتية بين كوكبية متنامية. السؤال هو ما إذا كنا سنبنيها عمدًا أم نتعثر فيها.
ما يخبرنا به التاريخ
تتردد فكرة الأقمار الصناعية الم relay في تطور شبكات التلغراف والراديو على الأرض. في القرن التاسع عشر، ربطت الكابلات البحرية القارات، مما سمح للرسائل بالسفر آلاف الأميال عبر محطات وسيطة. اعتمدت الراديوهات المبكرة على أبراج relay لتمديد النطاق إلى ما وراء الأفق. مثلت شبكة الفضاء العميق نفسها، التي أُنشئت في الستينيات لدعم برنامج أبولو، أول محاولة منهجية للبشرية لبناء بنية تحتية للاتصالات بين الكواكب. أضافت كل مهمة جديدة قدرات، من مركبات Mariner في الزهرة والمريخ إلى جولة Voyager الكبرى حول الكواكب الخارجية. بدأت بنية relay الخاصة بالمريخ تحديدًا مع مركبة NASA Mars Odyssey المدارية في عام 2001، التي بدأت في تقديم الدعم الاتصالي للمهام السطحية. أسست هذه نمطًا يستمر حتى اليوم - حيث تعمل المدارية كمنصات علمية و relay للبيانات. اعتمدت وكالة الفضاء الأوروبية نفس النهج مع مهمات Mars Express وTrace Gas Orbiter. ما كان يومًا ما قدرة احتياطية أصبح الطريقة الرئيسية لعمليات سطح المريخ، مما يثبت أن مفهوم relay يعمل بشكل موثوق عبر مئات الملايين من الأميال.