كيوبيس

تجربة كيوبسات لدراسة تجمع وتصادم الجسيمات (Q-PACE) أوما يشار إليه في الأصل باسم كيوبيس (Cu-PACE) هي مهمة مستقبلية يتم التخطيط لها لإرسال مكوك فضائي مداري بهدف دراسة المراحل الأولية في عملية تراكم الأقراص الكوكبية الأولية، وذلك عند طريق رصد التجمعات الديناميكية للجسيمات على مدار عدة سنين.

تعجز الفرضيات الحالية في تفسير كيف من الممكن أن يمكن للجسيمات حتى يتجاوز حجمها بضعة سنتيمترات. وذلك ما يعهد بحاجز الحجم المتري (meter size barrier). ومن أجل ذلك سقط الاختيار على هذه المهمة عام 2015 ضمن برنامج إيلانا (ELaNa) التابع لناسا، ومن المقرر إطلاق المكوك في عام 2019.

نظرة عامة

تعتبر عملية مراقبة التطور الزمني للتصادمات والتراكمات الجسيمية في بيئة ذات جاذبية ضعيفة أوشبه منعدمة من الضرورات التي لا غنى عنها في سبيل استيضاح الآليات التي تنشأ عنها الكواكب المصغرة (وهي بمثابة وحدات بناء الكواكب)، والأجسام ذات أحجام في حدود الكيلومتر أوأكبر، في داخل حيز الأقراص الكوكبية الأولية. فإن الفرضيات الحالية التي تعني بتفسير آلية تكون الكواكب المصغرة تعجز عن تفسير كيفية تكون جسيمات بحجم يتجاوز 1 سم، وبالتالي يجب تكرار التجارب التي تحاكي مثل هذه الظروف.

وسوف يستكشف كيوبيس الخصائص التي تتسم بها التصادمات الجسيمية في ظل السرعات المنخفضة (أقل منعشرة cm/s) تحت ظروف جاذبية شبه منعدمة، وذلك في مسعى إلى فهم عملية التراكم في الأقراص الكوكبية الأولية. وجدير بالذكر أنه تجاوز ونفذت عدة اختبارات ومهمات تحليق مماثلة في خلال رحلات طيران دون مدارية، وكذلك على متن محطة الفضاء الدولية. أما هذا المكوك الفضائي الصغير، فهولا يحتاج إلى أي تقنيات توجيه دقيقة أوآليات دفع، مما يسهل فترة التصميم.

وسوف تتم عملية الإطلاق من ازدياد جوي إلى المدار المحدد على متن طائرة (Cosmic Girl) التابعة لشركة فيرجين غالاكتيك، والتي يفترض أن تحلق فوق صحراء موهافي.

الأهداف

والهدف الرئيسي من كيوبيس هواستيضاح آلية نموالكواكب الأولية بداية من حجم الحصى إلى حجم الجلامدة، وذلك عن طريق إجراء تجارب تصادم جسيمية تحت تأثير جاذبية شبه منعدمة لفترات طويلة. وتلك الأهداف بالتحديد هي:

تعيين مقدار معدل تبديد الطاقة في الأنظمة متعددة الجسيمات، والتي تتعرض إلى تصادمات منخفضة السرعة (في حدود 1 mm/s -عشرة cm/s)
التعهد على تأثير توزيع الأحجام على ناتج التصادم
مراقبة تأثير الغبار على نظام متعدد الجسيمات
تعيين احتمال حدوث الأحداث النادرة، عن طريق مراقبة عدد ضخم من تصادمات متشابهة بهدف توصيف التصادمات من ناحية إحصائية

الطريقة

كيوبيس هونوع من الأقمار الصناعية المصغرة على شكل مكعب المعروفة باسم (Cubesat). وحجم كيوبيس هو3U (حيث حتى U هي وحدة حجم تعبر عن مكعب جميع من أبعاده تساويعشرة سم)، وهومجهز بغرفة مخصصة للتصادمات، وعدة خزائن تحتوي على حبيبات نيزكية، وذرات غبار، حبيبات غبارية، وجسيمات كروية ذات أحجام أكبر. وذلك حيث تستقبل غرفة التصادمات تلك الجسيمات بداخلها لإجراء سلسلة من التجارب.

وقد صمم الفهماء سلسلة من التجارب تتضمن مجالًا واسعًا من الأحجام الجسيمية، ومن الخواص السطحية، ومن السرعات التصادمية، وذلك بهدف مراقبة نتائج التصادمات، مما يتضمن الارتداد، والالتصاق، إلى جانب تفكك الحبيبات، وذلك في خلال عشرات الآلاف من تلك التصادمات. أما غرفة التصادمات فسوف تتعرض إلى هزات ميكانيكية لتحفيز حدوث تلك التصادمات، والتي يفترض أن يتم تسجيلها عن طريق كاميرا فيديومثبتة داخليًا بغرض تنزيل البيانات والتحليل. ومن الجدير بالذكر حتى التعرض إلى مجال جاذبية ضعيف لفترات طويلة يفترض أن يسمح بدراسة عدد هائل جدًا من التصادمات، مما يسمح بإنتاج بيانات ذات أهمية إحصائية.

عملية الاختيار

سقط الاختيار على كيوبيس للقيام بمهمة الطيران من خلال مبادرة إطلاق كيوبسات التابعة لناسا، والتي تتضمنتها في برنامج إيلانا (ELaNa XX). حيث تم تمويل عملية التطوير، والتجهيز إلى المهمة، والاستطلاعات الفهمية عبر برنامج «المهمات الصغرى المبتكرة لاستكشاف الكواكب» (SIMPLEx) التابع لناسا. وكانت تلك إحدى أول مهمتين يقع عليهما الاختيار تحت بند برنامج SIMPLEx. وتدعى المهمة الأخرى لونا إتش ماب (LunaHMap) بقيادة كريج هاردجروف من جامعة أريزونا.

المراجع

^ "NASA Announces Sixth Round of CubeSat Space Mission Candidates". اطلع عليه بتاريخ 24 يونيو2019.
^ Upcoming ELaNa CubeSat Launches. NASA. Accessed on 18 January 2019. نسخة محفوظة 22 ديسمبر 2018 على مسقط واي باك مشين.
↑ CubeSat Particle Aggregation Collision Experiment (Q-PACE): Design of a 3U CubeSat mission to investigate planetesimal formation. Stephanie Jarmak, Julie Brisset, Joshua Colwell, Adrienne Dove, etal. Acta Astronautica, Volume 155, February 2019, Pages 131-142. doi:10.1016/j.actaastro.2018.11.029 نسخة محفوظة 2020-05-09 على مسقط واي باك مشين.
↑ Q‐PACE: the CubeSat Particle Aggregation and Collision Experiment. (PDF) Josh Colwell, Julie Brisset, Addie Dove, Larry Roe. January 2016. نسخة محفوظة 17 ديسمبر 2019 على مسقط واي باك مشين.
↑ Q-PACE: the CubeSat Particle Aggregation and Collision Experiment. (PDF) Josh Colwell, Julie Brisset, Addie Dove, Larry Roe, Jürgen Blum. University of Central Florida. August 2017. نسخة محفوظة 19 يناير 2019 على مسقط واي باك مشين.
^ Planetesimal Formation. Center for Microgravity Research, University of Central Florida. Accessed on 2019. نسخة محفوظة 17 أبريل 2019 على مسقط واي باك مشين.
^ Q_PACE. Gunter Space Page. Accessed on 18 January 2019. نسخة محفوظة 17 أبريل 2019 على مسقط واي باك مشين.