الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام حلّت النصف السهل من المشكلة. المرحلة العليا هي النصف الصعب.

كل صاروخ جديد رئيسي أُعلن عنه خلال الخمس سنوات الماضية يعيد استخدام مرحلته الأولى. لا يحاول أي منها، باستثناء ستارشيب من سبيس إكس وصاروخ نوفا الأصغر بكثير من شركة ستوك سبيس، إعادة استخدام المرحلة الثانية. هذا التفاوت ليس سهواً — بل لأن المرحلة العليا تمثل مشكلة هندسية أصعب جوهرياً، وهي تتحول بهدوء إلى السقف الحقيقي لمدى انخفاض تكلفة الإطلاق المداري.

المعزِّز كان دائماً الهدف الأسهل

معزِّز المرحلة الأولى في مركبة مثل فالكون 9 يحترق لحوالي دقيقتين ونصف، ويصل إلى حوالي 2000 إلى 2500 متر في الثانية، وينفصل عند ارتفاع يمكن فيه التعامل مع الاحتراق الناتج عن الغلاف الجوي خلال النزول بواسطة درع احتراقي بسيط أو حتى بدون درع حراري على الإطلاق. يتبع مساراً بالستياً للعودة، ويعيد إشعال محركاته لحرق دخول وحرق هبوط، ثم يهبط على سفينة بلا طيار أو منصة هبوط. نفّذت سبيس إكس ذلك أكثر من 400 مرة. صاروخ نيوترون من روكيت لاب وصاروخ نيو غلين من بلو أوريجن يستنسخان البنية نفسها: مرحلة أولى قابلة لإعادة الاستخدام، مصممة لتحمّل عمليات دخول متكررة بسرعة منخفضة وحرارة منخفضة.

المرحلة الثانية تواجه مشكلة فيزيائية مختلفة تماماً. مهمتها إكمال الدفع إلى السرعة المدارية — حوالي 7.8 كيلومترات في الثانية للمدار الأرضي المنخفض، أي أكثر من ثلاثة أضعاف ما يصل إليه المعزِّز على الإطلاق. إعادة شيء من السرعة المدارية يعني تبديد طاقة حركية أكبر بمقدار رتبة كاملة، في بيئة حرارية أقرب إلى دخول كبسولة مأهولة منها إلى قفزة المعزِّز. لهذا السبب لا يزال كل صاروخ مداري عملياتي اليوم، بما في ذلك فالكون 9، يستهلك مرحلته الثانية في كل رحلة.

لماذا هذا هو الحد الأدنى الحقيقي للتكلفة

بمجرد أن يصبح المعزِّز قابلاً لإعادة الاستخدام وتنخفض تكاليف إعادة التأهيل إلى ملايين قليلة لكل رحلة، تتوقف المرحلة العليا القابلة للتصريف عن كونها هامش خطأ وتصبح بند التكلفة المهيمن. تقديرات الصناعة لمرحلة عليا من فئة فالكون 9 — المحرك والصهاريج والإلكترونيات، مبنية مرة واحدة ومستخدمة مرة واحدة — تتراوح بين 5 و12 مليون دولار، حتى مع نجاح سبيس إكس في خفض تكلفة إعادة تأهيل المعزِّز المعاد استخدامه إلى 1 إلى 2 مليون دولار لكل رحلة. في فالكون 9 معاد استخدامه بتكلفة إطلاق هامشية تقدَّر عموماً بنحو 15 إلى 20 مليون دولار، قد تمثل المرحلة العليا أكثر من نصف ما تبقى.

يرث نيو غلين ونيوترون الحساب نفسه. كلاهما مصمم حول معزِّز قابل لإعادة الاستخدام ومرحلة عليا قابلة للتصريف، مما يعني أن لكلٍّ منهما حداً أدنى للتكلفة الهامشية لا يمكن لأي قدر من إعادة استخدام المعزِّز أن يدفعه تحت سعر بناء مرحلة ثانية جديدة لكل رحلة. كانت إعادة استخدام المعزِّز المشكلة الصحيحة لحلّها أولاً — فقد تطلبت حماية حرارية أقل تعقيداً وحققت أكبر عائد مبكر —، لكنها لم تكن قطعاً الإجابة الكاملة على مسألة الوصول الرخيص إلى المدار.

من يحاول بالفعل حل النصف الصعب

ستارشيب هو المركبة الوحيدة في اختبارات طيران فعلية تحاول إعادة الاستخدام الكاملة، بما في ذلك مرحلة عليا بسرعة مدارية تعود للدخول على بطنها باستخدام بلاطات سيراميكية للحماية الحرارية، ثم تنفذ مناورة انقلاب واصطياد. تظهر الصعوبة في سجل الرحلات: فقدان البلاطات، وخطر الاحتراق النافذ، والموثوقية عبر الرحلات المتكررة كانت الخيط التقني الثابت طوال حملة اختبارات ستارشيب، تحديداً لأن هذا هو النصف الأصعب من مشكلة إعادة الاستخدام الذي لم يحاوله أحد آخر بهذا الحجم.

قد تكون الإشارة الأكثر إثارة للاهتمام على المدى الطويل هي شركة ستوك سبيس، وهي شركة ناشئة أصغر من ولاية واشنطن تبني صاروخها نوفا حول مرحلة عليا قابلة لإعادة الاستخدام الكامل منذ اليوم الأول، باستخدام درع حراري معدني مبرَّد بنشاط بدلاً من البلاطات الاحتراقية أو السيراميكية على طريقة ستارشيب. رهان ستوك هو أن بنية مبرَّدة بنشاط يمكنها تحمّل عشرات عمليات الدخول بسرعة مدارية بإعادة تأهيل بسيطة، وهو المنطق نفسه الذي سمح لمحركات الطائرات النفاثة بالتحول من قابلة للتصريف إلى قابلة للصيانة وإعادة الاستخدام قبل عقود. إنها شركة صغيرة بمركبة مدارية لم تطر بعد، لكنها الوحيدة التي تصمم بوضوح لإعادة استخدام المرحلة العليا بدلاً من معاملتها كهدف طموح يُضاف إلى معزِّز يطير أصلاً.

ما يجب رصده بدلاً من عناوين المعزِّزات

عمليات هبوط المعزِّزات هي الجزء الأكثر تصويرية من إعادة الاستخدام وتصنع لقطات جيدة، لكنها توقفت عن كونها سؤال التكلفة المثير للاهتمام منذ أن أصبحت إعادة استخدام معزِّز فالكون 9 أمراً روتينياً. الرقم الذي يتنبأ بالفعل بمدى انخفاض تكلفة الإطلاق من الآن فصاعداً هو معدل إعادة استخدام المرحلة العليا وتكلفة إعادة تأهيلها — عدد الرحلات التي تصمد فيها مرحلة عليا معينة قبل أن تحتاج إلى الإلغاء، وكمية العمل المطلوبة لتجهيزها بين الرحلات. بالنسبة لستارشيب، يعني ذلك رصد احتفاظ البلاطات ووقت التجهيز بين الرحلات المتتالية، ليس فقط هل تم اصطياد المعزِّز بنجاح. بالنسبة لبقية الصناعة، يعني ذلك رصد ما إذا كان أحد غير ستوك سبيس سيضمّن إعادة استخدام المرحلة العليا في خريطة طريقه بدلاً من قبول مرحلة ثانية قابلة للتصريف كتكلفة طبيعية لممارسة الأعمال.

إذا كنت تحسب تكاليف الإطلاق لحمولة، أو منظومة أقمار صناعية، أو أي خطة تعتمد على اتجاه أسعار الإطلاق خلال السنوات الخمس المقبلة، فابنِ تقديرك حول اقتصاديات المرحلة العليا، لا وتيرة المعزِّز. إعادة استخدام المعزِّز مشكلة محلولة تحقق عوائد متناقصة. إعادة استخدام المرحلة العليا هي المشكلة غير المحلولة التي ستحرك بالفعل سعر الكيلوغرام الواحد إلى المدار.