نشرت مجلة أكاديمية دولية Nature مؤخرًا ورقة بحثية في مجال الهندسة تفيد بأن الباحثين طوروا جهازًا عائمًا صغيرًا يعمل بالطاقة الشمسية، قد يدعم الأجهزة والمعدات ذات الصلة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. يعتمد هذا الجهاز على السباحة الضوئية (Photophoresis) للحفاظ على الارتفاع دون وقود تقليدي، ويمكن استخدامه في مراقبة الطقس الفضائي واستكشاف المريخ، مما يحمل إمكانات تطبيقية هائلة.
تقدم الورقة أن السباحة الضوئية هي قوة حركية تنشأ عندما يتم تسخين الجسيمات المعلقة في الغاز (أو السائل) بالضوء، وهي مبدأ معروف منذ أكثر من قرن، لكن استكشاف استخداماته العملية بدأ مؤخرًا فقط. في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض، حيث يكون الهواء نادرًا جدًا، تكون قوة السباحة الضوئية قوية بما يكفي لإبقاء الأجسام الصغيرة عائمة. ومع ذلك، ركزت معظم التجارب حتى الآن على مواد صغيرة جدًا وخفيفة، وكان توسيعها إلى معدات أكبر وعملية أكثر تحديًا دائمًا.
في هذه الدراسة، صمم وبنى المؤلف المراسل للورقة، Benjamin C. Schafer من جامعة هارفارد الأمريكية، وزملاؤه ومتعاونوه هيكل طيران جديدًا يتكون من غشائين رقيقين ومساميين متصلين بدعامات عمودية دقيقة. بعد تحسين قوة السباحة الضوئية باستخدام النمذجة الحاسوبية والتجارب المعملية، صنعوا قرصًا بعرض 1 سم قادر على الطفو تحت إضاءة تعادل شدة ضوء الشمس في الارتفاعات العالية.
اقترح مؤلفو الورقة أيضًا نسخة بعرض 3 سم، حيث أظهرت نماذج الحاسوب أنها قادرة خلال النهار على حمل 10 ملغ من الحمولة على ارتفاع 75 كم، وهو ما يكفي لدعم نظام اتصالات صغير يحتوي على هوائي تردد راديوي، وخلايا شمسية، ودوائر متكاملة.
لخص مؤلفو الورقة قائلين إن هذا الاكتشاف يبرز إمكانات الطيران بالسباحة الضوئية كأداة لمراقبة الغلاف الجوي للأرض وحتى استكشاف كواكب أخرى. يعتقدون أن تكلفة نقل المريخ الحالية تتجاوز 100,000 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد، وبمقارنة مع الأقمار الصناعية المخصصة للمريخ، تتمتع أجهزة السباحة الضوئية بمزايا كبيرة في الحجم والوزن والاستهلاك الكهربائي، ويمكن استخدامها في المستقبل لتنفيذ مهام الاستشعار والاتصالات.
كشفوا أن تصميمات الطائرات الضوئية المستقبلية يمكن أن تشمل أنظمة الملاحة، وزيادة قدرة الحمولة ومدة التشغيل، وتنفيذ مهام على نطاق أكبر.
