الفضاء
كيف سيُبني الليزر والطباعة ثلاثية الأبعاد مستقبلنا في الفضاء
لقد تقدمت استكشاف الفضاء بشكل كبير خلال العقود القليلة الماضية، ومع ذلك ارتفعت طموحاتنا. لم يعد الأمر يقتصر على زيارة الكواكب البعيدة فقط، بل على البقاء هناك، ولهذا نبحث بنشاط عن بناء هياكل تدعم الاستعمار الفضائي المستقبلي والسفر بين النجوم.
ومع ذلك، فإن البناء خارج الأرض ليس نفس البناء على الأرض. يأتي البناء في الفضاء مع تحديات جدية.
على سبيل المثال، يمكن لتقلبات الحرارة الشديدة أن تضعف سلامة مواد البناء التي نستخدمها هنا على الأرض. ثم هناك الجاذبية الصغرى، فراغ الفضاء، الإشعاع، ندرة الموارد مثل الماء والركام التقليدي، ولوجستيات إطلاق وتجميع المكونات في المدار أو على الأسطح الخارجية.
كل هذه تمثل تحديات تستدعي إعادة التفكير في كل من المواد والأساليب للبناء في الفضاء.
التطورات مثل الخرسانة الفضائية، التلبيد بالمايكروويف، التلبيد بالليزر، المواد الحرارية الصلبة، وصهر/تشكيل الريجوليث هي بعض الطرق التي يتم من خلالها معالجة الظروف البيئية القاسية وندرة الموارد.
تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي ابتكار محوري آخر، تُظهر إمكانات كبيرة في بناء مساكن وهياكل معقدة في الفضاء. توفر فوائد الدقة، الكفاءة المعززة، التصلب السريع، الاستقرار، وتقليل النفايات.
يمكن استخدام هذه التقنية مع مواد محلية مثل تربة القمر والمريخ لبناء بنى تحتية متينة، مما يقلل الحاجة إلى نقل جميع المواد من الأرض.
ابتكار آخر يلعب دورًا مهمًا هنا هو الروبوتات الآلية، التي تُنشئ هياكل خرسانية في بيئات قاسية وتزيل الحاجة إلى العمل البشري. لديها قدرات مراقبة في الوقت الحقيقي لضمان جودة البناء وسلامة السكن على المدى الطويل.
لذلك، فإن مجال استكشاف الفضاء والاستعمار يتقدم بسرعة، وفي خضم ذلك، توصل الباحثون الآن إلى طريقة لبناء هياكل ضخمة للعمليات الفضائية المستدامة.
رحلة NOM4D: التصنيع الفضائي القائم على الليزر
فريق من المهندسين من University of Florida (UF) يعمل على تصنيع هياكل معدنية دقيقة1 في المدار بمساعدة تقنية الليزر.
الفكرة هي بناء هياكل ضخمة، مثل مجموعة شمسية بطول 100 متر في المدار، باستخدام تقنية الليزر المتقدمة.
بالإضافة إلى الألواح الشمسية، يهدف الفريق إلى رؤية هياكل واسعة النطاق مثل التلسكوبات الفضائية، هوائيات الأقمار الصناعية، أو حتى أجزاء من محطات الفضاء تُبنى مباشرة في المدار، مما يمثل خطوة كبيرة نحو مهمات أطول وعمليات فضائية مستدامة.
وفقًا لـ Victoria Miller، د.ف.، أستاذ مشارك في قسم علوم المواد والهندسة في كلية الهندسة هربرت ويرتهيم بجامعة UF:
“نريد بناء أشياء ضخمة في الفضاء. لبناء أشياء ضخمة في الفضاء، يجب أن نبدأ بتصنيع الأشياء في الفضاء. هذه حدود جديدة مثيرة.”
لإجراء أبحاثهم، حصلت الجامعة على عقد بقيمة 1.1 مليون دولار من DARPA. بينما تستكشف جامعات أخرى تصنيع الفضاء أيضًا، فإن UF هي الوحيدة التي تركز على تشكيل الليزر لتطبيقات الفضاء.
لهذا، تعمل Miller وطالباتها بالتعاون مع وكالة أبحاث الدفاع المتقدمة (DARPA) ومركز مارشال للفضاء التابع لناسا، الذي يساعد في تقدم برنامج الفضاء الأمريكي من خلال صواري الإطلاق، أنظمة الفضاء، أنظمة الدفع والأجهزة، تقنيات الهندسة المتطورة، ومشاريع العلوم والبحث المتقدمة.
لذلك، يعملون معًا على مشروع يُدعى NOM4D، وهو اختصار لـ Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design، الذي يهدف إلى تحويل تطوير بنية الفضاء التحتية.
بالنسبة لـ NOM4D، أحد أكبر التحديات هو تجاوز قيود الحجم والوزن لشحنات الصواريخ. لمعالجة هذه القضايا، يطور فريق UF تقنية تشكيل الليزر لثني المعادن إلى الشكل المطلوب عبر تتبع أنماط دقيقة عليها.
إذا تم ذلك بدقة، لا يتطلب لمسة بشرية حيث أن حرارة الليزر تلف المعدن نفسه، مما يجعله خطوة حاسمة نحو تحقيق التصنيع المداري. وفقًا لعضو الفريق، Nathan Fripp، طالب دكتوراه في السنة الثالثة يدرس علوم المواد والهندسة:
“باستخدام هذه التقنية، يمكننا بناء هياكل في الفضاء بكفاءة أكبر بكثير من إطلاقها مركبة بالكامل من الأرض. هذا يفتح مجموعة واسعة من الإمكانات الجديدة لاستكشاف الفضاء، أنظمة الأقمار الصناعية، وحتى المساكن المستقبلية.”
تغيير شكل المعدن بشكل صحيح حسب الحاجة هو عملية معقدة، لذا فإن ثني الليزر المعقد هو إنجاز كبير، لكنه مجرد جزء من المعادلة.
التحدي، كما أشارت Miller، هو التأكد من أن خصائص المادة تظل جيدة أو تتحسن خلال العملية. يجب أن تحتفظ المناطق المثنية بخصائص جيدة وتكون قوية ومتينه مع المرونة المناسبة.
لتقييم المواد، أجرى الفريق اختبارات محكومة على الفولاذ المقاوم للصدأ، الألمنيوم، والسيراميك لتحليل كيف تؤثر المتغيرات مثل الحرارة، الجاذبية، وإدخال الليزر على انحناء المواد وسلوكها.
“نجري العديد من الاختبارات المحكومة ونجمع بيانات مفصلة حول كيفية استجابة المعادن المختلفة للطاقة الليزرية: مدى انحنائها، مدى ارتفاع درجة حرارتها، كيف تؤثر الحرارة عليها والمزيد. لقد طورنا أيضًا نماذج لتوقع درجة الحرارة ومقدار الانحناء بناءً على خصائص المادة وإدخال الطاقة الليزرية. نتعلم باستمرار من النمذجة والتجارب لتعميق فهمنا للعملية.”
– Wei
وفقًا للبيان الصحفي للـ UF press release، أحد التقييمات شمل اختبار تشكيل الليزر في ظروف شبيهة بالفضاء، مما استلزم حجرة تفريغ حراري. تم توفير ذلك من قبل NASA، مما جعل التعاون مع مركز مارشال للفضاء التابع لـ NASA أمرًا حاسمًا في زيادة مستوى جاهزية التقنية (TRL) بشكل كبير.
قاد Fripp هذا الاختبار وتم إجراؤه لمراقبة استجابة المواد للبيئة القاسية في الفضاء. وما وجده الفريق هو أن عددًا من العوامل، بما في ذلك خصائص المادة، معلمات الليزر، والظروف الجوية، تحدد النتائج النهائية.
“في الفضاء، تغير الظروف مثل درجات الحرارة القصوى، الجاذبية الصغرى، والفراغات سلوك المواد أكثر. نتيجة لذلك، تعديل تقنياتنا للتشكيل لتعمل بشكل موثوق ومتسق في الفضاء يضيف طبقة أخرى من التعقيد.”
– Fripp
بدأ البحث في UF في عام 2021 ومنذ ذلك الحين أحرز تقدمًا كبيرًا. ولكن لتكون التقنية جاهزة للاستخدام في الفضاء، تحتاج إلى مزيد من التطوير. هي الآن تدخل عامها الأخير، مع استعداد المشروع للانتهاء في صيف 2026.
بينما لا تزال هناك أسئلة حول جوانب مختلفة من المشروع، خاصةً حول الحفاظ على سلامة المادة أثناء عملية تشكيل الليزر، فإن الفريق متفائل حيث يقترب كل محاكاة واختبار ليزر خطوة أخرى نحو عصر البناء الجديد.
“من الرائع أن أكون جزءًا من فريق يدفع حدود ما هو ممكن في التصنيع، ليس فقط على الأرض، بل أيضًا خارجها.”
– Wei
كتل بناء صديقة للبيئة للمساكن خارج الأرض
في السعي لبناء خارج الأرض، يحاول العلماء مسارات مختلفة، بما في ذلك الاستفادة من الموارد المتاحة على الكواكب الأخرى.
مؤخرًا، طور علماء من Texas A&M University، بالتعاون مع جامعة نبراسكا-لينكولن، مواد حية تحول غبار المريخ إلى هياكل، مما يتيح البناء المستقل على الكوكب الأحمر. مثل هذه الابتكارات مهمة للمساعدة في تحقيق هدف استعمار المريخ.
كان الفريق يستكشف طرقًا لإنشاء مواد حية هندسية عبر التصنيع الحيوي لعدة سنوات، وأخيرًا، أنشأوا نظامًا صناعيًا من الليشين يمكنه إنتاج مواد بناء بشكل مستقل، دون تدخل بشري.
بدعم من برنامج NASA Innovative Advanced Concepts، استكشفت الأبحاث الأخيرة كيفية استخدام هذا النظام لبناء هياكل على المريخ باستخدام الريجوليث. وفقًا للدكتورة Congrui Grace Jin من Texas A&M:
“يمكننا بناء مجتمع صناعي من خلال تقليد الليشينات الطبيعية. طورنا طريقة لبناء ليشينات صناعية لإنشاء مواد حيوية تلصق جزيئات الريجوليث المريخي لتشكيل هياكل. ثم، عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن تصنيع مجموعة واسعة من الهياكل، مثل المباني، المنازل، والأثاث.”
هناك استراتيجيات أخرى لربط ريجوليث المريخ تم استكشافها بالفعل من قبل باحثين آخرين. تشمل هذه الطرق تلك القائمة على الكبريت، المغنيسيوم، ومركبات الجيوبوليمر؛ ومع ذلك، تعتمد جميعها بشكل كبير على العمل البشري، مما يجعلها غير عملية.
أنظمة الميكروبات ذاتية النمو هي طريقة أخرى. تشمل بعض الابتكارات في هذا المجال استخدام خيوط الفطريات كرباط طبيعي، بكتيريا يوريا لتكوين كربونات الكالسيوم لتشكيل الطوب، وتبيّن بكتيري لتحويل الرمل إلى بناء صلب.
بينما تبدو واعدة، فإن هذه الممارسات ليست مستقلة تمامًا، حيث إن الميكروبات المستخدمة تقتصر على نوع واحد وتحتاج إلى إمداد مستمر من المغذيات للبقاء، مما يجعل التدخل الخارجي ضروريًا.
لذلك، لجأ الفريق إلى عدة أنواع لتقنيتهم ذاتية النمو بالكامل.
اُستخدمت الفطريات الخيطية المتغذية على الكائنات الحية هنا لأنها تعزز كميات كبيرة من المواد الحيوية ويمكنها البقاء في ظروف الفضاء القاسية. تم دمجها مع السايانوبكتيريا الضوئية ذاتية التثبيت لتكوين نظام الليشين الصناعي. يعمل الفريق الآن على الخطوة التالية من مشروعهم، إنشاء حبر ريجوليث للطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل الحيوية.
“إمكانات هذه التقنية ذاتية النمو في تمكين الاستكشاف والاستعمار الخارجي طويل الأمد هي كبيرة.”
– Jin
قبل بضعة أشهر، أفاد علماء من Georgia Tech أيضًا بتطوير فئة جديدة من كتل البناء المعيارية، القابلة لإعادة التكوين، والمستدامة التي تناسب كل من المساكن الأرضية والخارجية.
الوحدات، التي تُسمى Eco-voxels (فوكسل صديقة للبيئة)، يمكنها تقليل بصمة الكربون بنسبة تصل إلى 40٪ مع الحفاظ على الأداء الهيكلي المطلوب لأجنحة الطائرات والجدران الحاملة.
هذه المكافئات ثلاثية الأبعاد للبكسلات مصنوعة من بولي تريمتيلين تيريفثاليت (PTT)، بوليمر جزئيًا حيوي مشتق من سكر الذرة ومُعزز بألياف كربونية معاد تدويرها من المخلفات التي تُفقد أثناء تصنيع مكونات الفضاء.
هذه الـ eco-voxels خفيفة الوزن، يمكن تجميعها بسرعة، وتعتمد على مواد محلية المصدر، مما يجعلها مرشحات مثالية للملاجئ المستقبلية على القمر أو المريخ.
المساكن القمرية والمريخية: الدفع العالمي إلى الأمام
لقد أدى الحماس لاستكشاف الفضاء بوضوح إلى تقدم في تكنولوجيا الفضاء. عندما يتعلق الأمر بإنشاء مساكن على القمر والمريخ، كانت NASA مشاركة بنشاط، تفهم التحديات وتطور الأنظمة اللازمة.
برنامج Artemis الخاص بها هو أحد التطورات الرئيسية التي هدفها إنشاء قاعدة دائمة على القمر. تعمل NASA أيضًا مع شركة ICON لتقنيات البناء التي تتخذ من تكساس مقرًا لبناء نظام بناء فضائي وقد استثمرت في مشروعها Olympus.
يركز المشروع على البناء الروبوتي، بهدف نشر روبوتات طباعة ثلاثية الأبعاد يمكنها إنشاء هياكل صالحة للسكن، وحدات تخزين، ومهابط هبوط باستخدام مادة من القمر. وقد أجرى حتى تجربة استمرت سنة على نموذج المساكن المطبوعة ثلاثيًا للمريخ.
قامت الشركة أيضًا ببناء هيكل حقيقي مطبوع ثلاثيًا بمساحة 1,700 قدم مربع لـ NASA عبر نظام البناء Vulcan الخاص بها. صممته شركة الهندسة المعمارية BIG وسيحاكي مساكن المريخ للمساعدة في المهمات الفضائية طويلة الأمد.
تستكشف NASA أيضًا استخدام طوب الميسليوم المصنوع من الفطريات لبناء منازل على المريخ والقمر.
بقيادة Lynn Rothschild، عالمة أولى في مركز أبحاث أيمز التابع لـ NASA، حصل المشروع المسمى “Mycotecture Off Planet” على تمويل بقيمة 2 مليون دولار من برنامج NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)، الذي “يسعى لتطوير تقنيات لنقل رواد الفضاء، إسكان المستكشفين، وتسهيل الأبحاث القيمة.”
يتضمن المفهوم أن يحمل الرواد هياكل خفيفة الوزن مملوءة بفطريات خاملة ويستخدمون القليل من الماء لتحفيز نمو الفطريات. الميسليوم هو هياكل شبيهة بالخيوط تشكل الجزء الأكبر من الفطريات، يمكنها النمو إلى أشكال معقدة ومتينة، ويمكن احتواؤها بأمان لتجنب أي تلوث. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الميسليوم لتصفية المياه واستخلاص المعادن من مياه الصرف.
أظهر الفريق بالفعل جدوى مفهومهم، حيث أنشأوا مركبات حيوية قائمة على الفطريات واختبروا نماذج أولية مع تركيز الآن على تحسين خصائص المواد لمساكنهم الفطرية ثم اختبارها في مدار الأرض المنخفض.
في الاتحاد الأوروبي (EU)، قامت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بتحقيق خطوات هامة. على سبيل المثال، في عام 2020، أنشأت مصنعًا نموذجيًا لإنتاج الأكسجين من غبار القمر المحاكى. بعد بضع سنوات، بدأت العمل على Prospect، وهو مثقاب روبوتي ومختبر مصغر يقيم الموارد المحتملة على القمر لاستخراجها في المستقبل.
لدفع خططها الفضائية إلى الأمام، تعمل ESA مع وكالات أخرى مثل NASA الأمريكية، إلى جانب عدة منظمات خاصة.
قامت شركة التصميم والبناء الدنماركية SAGA بإنشاء مسكن تدريبي مدمج لـ ESA. تحتوي هذه المساكن على منطقة عمل، مساحة مشتركة، وكبسولات نوم. في الوقت نفسه، يطور معهد Aurelia ألواحًا معيارية، والتي بمجرد نشرها في الفضاء، يمكنها تشكيل هياكل أكبر، وتوفير بيئات أكثر راحة للرواد.
بالإضافة إلى استخراج الموارد ونماذج المساكن، تتقدم ESA أيضًا في تقنيات التوقيت الحرجة. لقد بنت ساعة ذرية Ensemble in Space (ACES)، التي أُطلقت إلى المدار من فلوريدا في أبريل من هذا العام. تتكون من ساعتين ذريتين متصلتين، إحداهما تحتوي على ذرات هيدروجين والأخرى على سيزيوم لإنتاج مجموعة واحدة من النبضات بدقة أعلى، دقيقة ضمن ثانية واحدة خلال 300 مليون سنة.
ستتيح الساعة عالية الدقة تحسين الملاحة، إدارة الموارد، وحتى قياسات الجاذبية، داعمة وجودًا بشريًا مستدامًا خارج الأرض.
انقر هنا لتعرف كيف قد يبدو اقتصاد الفضاء المستقبلي.
حتى تخزين البيانات يتجه إلى القمر
من المثير للاهتمام، أن الشركات تدرس حتى نقل مراكز البيانات إلى الفضاء. في وقت سابق من هذا العام، وضعت شركة Lonestar Data Holdings التي تتخذ من فلوريدا مقرًا جهازًا بحجم علبة حذاء على متن مركبة الهبوط أثينا (IM-2) التابعة لشركة Intuitive Machines (LUNR ).
الغرض من IM-2 هو عرض استكشاف الموارد، التنقل القمري، وتحليل المواد للمساعدة في اكتشاف مصادر المياه بهدف إنشاء بنية تحتية مستدامة على سطح القمر وكذلك في الفضاء.
في الوقت نفسه، حمل جهاز Lonestar Data Holdings على متن IM-2 بيانات من Vint Cerf، الذي يُعترف به كأحد “آباء الإنترنت”، وحكومة فلوريدا، وغيرها.
من المتوقع أن يساعد وضع تخزين البيانات على القمر في التغلب على التحديات التي تواجه مراكز البيانات، وهي صناعة تشهد نموًا سريعًا بسبب الطلب المتزايد على الذكاء الاصطناعي، التعلم الآلي، وخدمات السحابة. تُعرف مراكز البيانات باستهلاكها العالي للطاقة، ما يضغط على شبكات الكهرباء، وتلوث الضوضاء، وكل ذلك قد يُحل عبر الفضاء الواسع.
وفقًا لـ Steve Eisele، رئيس Lonestar ومدير الإيرادات، “القمر يمكن أن يكون الخيار الأكثر أمانًا” لبياناتك. “من الصعب اختراقه؛ من الصعب جدًا اختراقه؛ إنه فوق أي مشكلات على الأرض، من الكوارث الطبيعية إلى انقطاع التيار الكهربائي إلى الحروب”، أضاف.
تسعى الشركة لإطلاق خدمة تخزين بيانات تجارية بحلول عام 2027 باستخدام عدد من الأقمار الصناعية الموضوعة في L1، نقطة لاجرانج بين الشمس والأرض. شركات أخرى مثل Axiom Space وStarcloud تخطط أيضًا لتحركاتها.
“اقتصاد القمر سيتوسع، وخلال السنوات الخمس القادمة سنحتاج إلى بنية تحتية رقمية على القمر”، وكذلك “المريخ وما بعده. سيكون ذلك جزءًا كبيرًا من مستقبلنا”، قال Eisele.
الاستثمار في استكشاف الفضاء & الاستعمار
في مجال الفضاء، تشارك Northrop Grumman Corporation (NOC ) بعمق عبر برنامج Artemis التابع لـ NASA، أنظمة القاعدة القمرية Gateway، الروبوتات الذاتية، وأبحاث التصنيع داخل الفضاء. كما تعمل أيضًا على الدفع المتقدم، الهياكل القابلة للنشر على نطاق واسع، والتصنيع الدقيق.
Northrop Grumman Corporation (NOC )
تمتلك Northrop Grumman Corporation قيمة سوقية تبلغ 72.57 مليار دولار، وتُتداول أسهمها حاليًا بسعر 506.62 دولار، بارتفاع 7.44٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) قدرها 25.36 ونسبة السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) 19.88 مع عائد توزيعات بنسبة 1.83٪.
(NOC )
من الناحية المالية، أبلغت عن مبيعات بقيمة 9.5 مليار دولار وتراكم طلبات قياسي قدره 92.8 مليار دولار للربع الأول من عام 2025. بلغ صافي الأرباح 481 مليون دولار، أي 3.32 دولار للسهم المخفف. تم إرجاع ما يقرب من 800 مليون دولار للمساهمين عبر توزيعات الأسهم وإعادة شراء الأسهم.
أحدث أخبار وتطورات سهم Northrop Grumman (NOC)
الخلاصة
مع استمرارنا في الوصول أبعد إلى الكون، يتضح بشكل كبير أننا سنحتاج إلى أكثر من الصواريخ فقط لبناء وجود دائم. وهذا يعني هياكل قوية يمكنها تحمل الظروف البيئية القاسية ومعالجة ندرة الموارد.
من تشكيل المعادن بالليزر في المدار إلى المواد الهندسية حيويًا، الروبوتات الذاتية، والطباعة ثلاثية الأبعاد، تمهد هذه التطورات الطريق لمستقبل مستدام خارج الأرض. مع استمرار الأبحاث، نقترب أكثر من إنشاء موطئ قدم دائم خارج كوكبنا وبناء حضارة بين كواكب حقيقية.
انقر هنا للحصول على قائمة بأهم أسهم الفضاء الجوي.
ملاحظة المحرر (يوليو 2025): تم تحديث هذه المقالة لتضمين إسناد مصدر إضافي وإزالة جملة كانت تصف تقدم فريق البحث في تطوير حلقة التغذية الراجعة بشكل غير دقيق.
المراجع:
1. Carter, P. (2025, June 25). من الفصول إلى الفضاء: الطلاب يهدفون إلى بناء أشياء كبيرة في الفضاء. University of Florida News. Retrieved from https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/
