سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
ا استفاده از راكت‌های موتور یونی سفر به مریخ محقق می‌شود
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

سفر به مریخ تنها در 39 روز

انتقاد بزرگی كه همواره به جاه طلبی‌های فضایی بشر شده است، درگیر بودن انسان و تحقیقات فضایی سرنشین دار تنها در مدارات زمین و نهایتا ماه بوده است اما اكنون به نظر می‌رسد با تلاش‌هایی كه برای رسیدن انسان به اجرام آسمانی نظیر مریخ می‌شود این انتقاد بتدریج رنگ ببازد. از همان زمان كه مریخ با تصاویر خاص و هیجان‌انگیز خود به مردم جهان شناسانده شد، به عنوان مرموزترین جرم آسمانی در منظومه‌شمسی بوده است و همین مساله حس كنجكاوی بشر را برای كشف سریع‌تر آن تحریك كرده است، تا آنجا كه صحبت از طراحی و ساخت فضاپیماهایی می‌شود كه فراتر از حد تصور سرعت داشته و به جای چند ماه و چند سال، تنها در كمتر از 40 روز انسان را به مریخ می‌رسانند.

vasimr

 چندی پیش چهلمین سالگرد فرود انسان روی ماه كه تحت عنوان ماموریت آپولوی 11 انجام شده بود، در حالی برگزار شد كه باز آلدرین و مایكل كالینز، دو تن از فضانوردان آن ماموریت تاریخی از ناسا خواستند تا رسیدن به مریخ را به عنوان هدف بعدی خود در نظر بگیرد. با این حال سیستم جت شیمیایی كه 40 سال پیش آنها را همراه آرمسترانگ به ماه رسانده بود قابلیت آن را دارد كه فضاپیمای مشابهی را در مدت 6 ماه به مریخ برساند. از آن گذشته صدها میلیارد دلار نیز برای تحقق این برنامه هزینه خواهد شد. با این حال بتازگی ایده منحصربه فردی ارائه شده است كه در قالب آن راكت پلاسمای یونی جدیدی ساخته می‌شود كه تنها با استفاده از مقدار اندكی از سوخت مخصوص، فضانوردان را در 39 روز به مریخ می‌رساند. این فناوری نوین از سوی فرانكلین چانگ دیاز، از فضانوردان بازنشسته ارائه شده است و به نظر می‌رسد در سال‌ها و دهه‌های آتی به عنوان سیستم حمل و نقل فضایی قابل اطمینانی به كار گرفته شود اما هنوز همه چیز در حد نظریه آزمایشگاهی است.

مشكلی كه درخصوص راكت‌های فعلی و سنتی وجود دارد این است كه به طرز وحشتناكی ناكارآمد هستند. حدود 90 درصد از وزن كل فضاپیماها در ابتدای انجام ماموریت‌شان را سوخت آنها تشكیل می‌دهد كه حجم قابل توجهی از آن برای خارج شدن فضاپیما از اتمسفر و رهایی از جو زمین می‌سوزد.

 از آن گذشته یك راكت معمولی تنها می‌تواند با سرعت آرامی به سوی مریخ حركت كند. این سرعت آنچنان كم توصیف می‌شود كه به گفته دانشمندان علوم فضایی «بسیار كند» است. دانشمندان راندمان و عملكرد راكت‌ها را در قالب تكان‌های مخصوصی ارزیابی و توصیف می‌كنند كه همواره با خارج شدن میزان سوخت سوخته شده از انتهای آن ارزیابی دقیقی در این باره صورت می‌گیرد. بررسی‌های دقیق نشان داده‌اند كه یك راكت شیمیایی تكان‌های رانشی مخصوص نسبتا كمی درحدود 450 ثانیه دارد. اما در ایده جدید فرانكلین چانگ دیاز، نسبت بسیار جالب توجهی دیده می‌شود كه از نظر تئوری زمان مسافرت‌های فضایی و از جمله رسیدن به مریخ را بسیار كوتاه می‌كند چیزی در حدود 39 روز! در طرح اولیه این محقق تكان‌های رانشی به بلندی 15 هزار ثانیه ایجاد می‌شود. این رقم برای دانشمندان علوم فضایی بهت‌آور عنوان شده است و این پرسش مطرح می‌شود كه چگونه چنین فرآیندی امكان‌پذیر است؟ پاسخ ساده و كاملا روشن‌كننده است: راكتی كه این محقق طرح آن را ارائه كرده است به واسطه سوزاندن سوخت نیروی محركه مورد نیاز خود را به دست نمی‌آورد بلكه برای حركت بسیار سریع چنین راكتی، اتم‌ها را آنچنان حرارت می‌دهند كه در نتیجه آن دود پلاسمایی مخصوصی تولید و با فشار به بیرون هدایت می‌شود. این راكت كه Magnetoplasma RocketVariable Specific Impulse نام داشته و به اختصار عنوان VASIMR را به آن داده‌اند متشكل از 3 سلول مغناطیسی مرتبط با یكدیگر هستند. نخستین مرحله از عملكرد این راكت بی‌شباهت به آنچه كه در یك كتری آب جوش روی می‌دهد، نیست. در این مرحله اتم‌های گاز طبیعی همچون آرگون با استفاده از ژنراتور فركانس رادیویی حرارت می‌بینند تا آنجا كه الكترون‌های نهفته در آن به نوعی به جوش آمده و پلاسمای مورد نیاز را تولید كنند.

در این مرحله پلاسمای یاد شده بسیار داغ است (دمایی در حدود 50 هزار درجه سلسیوس) با این حال این درجه حرارت نیز برای تولید تكان رانشی مورد نیاز كافی نیست. مرحله دومVASIMR همچون یك تقویت‌كننده (آمپلی‌فایر) عمل می‌كند كه طی آن انرژی بیشتری به پلاسمای تولید شده تزریق می‌شود. این فرآیند با استفاده از امواج الكترومغناطیسی صورت می‌گیرد. تا این مرحله پلاسمای تولید شده دمایی در حدود یك میلیون درجه سلسیوس پیدا كرده است كه تقریبا با دمای مركز خورشید برابری می‌كند.

مریخ

اما سومین و آخرین مرحله یك گلوگاه مغناطیسی است كه انرژی قابل توجه پلاسمای به دست آمده را به جنبش غیرمستقیمی تبدیل می‌كند و در نهایت تكان رانشی بسیار شتابی خلق می‌شود، اما اكنون پرسش مهمی مطرح می‌شود و آن چیزی نیست جز این كه چه ماده‌ای می‌تواند چنین دمای بسیار زیادی را تحمل كند؟ این یكی از دلایلی است كه به موجب آن سلول‌های به كار گرفته شده از نوع مغناطیسی هستند. یك میدان مغناطیسی نه‌تنها به افزایش دمای پلاسما كمك می‌كند بلكه در عین حال آن را نیز در بر گرفته و این در حالی است كه عملا چیزی را لمس نمی‌كند.

از بعد تئوریك، راكت VASIMR می‌تواند به سطح قدرت و توانی معادل صدها برابر سایر موتورهای یونی برسد، اما هنوز 2 مشكل بزرگ دیگر نیز وجود دارند كه پیش از آماده شدن برای رفتن به سوی مریخ باید آنها را دقیقا بررسی و راه‌حل قطعی برایشان ارائه شود. نخستین مشكل این است كه راكت 200 كیلوواتی VASIMR تنها معادل یك پوند تكان رانشی تولید می‌كند. این میزان در فضا و جای كه خلا محسوب می‌شود، جایی كه موتور یونی می‌تواند به طور پیوسته برای ماه‌های طولانی به فعالت خود ادامه دهد، بیش از حد كافی است. شاید این مثال به روشن‌كننده «كافی بودن» این میزان باشد: تنها یك پوند تكان رانشی می‌تواند دو تن بار را از خورشید تا مشتری طی 19 ماه حمل كند! اما این به معنای آن است كه راكت VASIMR هرگز به خودی خود از جاذبه زمین رهایی نخواهد یافت بلكه به راكت‌های سنتی نیاز دارد تا با صرف سوختی قابل توجه آن را به خلا برسانند.

vasimr

اما مساله دوم این است كه در حالی كه موتورهای فعلی می‌توانند با تكیه بر انرژی خورشیدی حركت كنند كه البته از این لحاظ برای سفر به ماه یا سایر اجرام آسمانی نزدیك به زمین كاملا مناسب است اما برای ماموریت‌های بسیار دوردست فضایی به قدرت بیشتری همچون 200 مگاواتی نیاز است كه البته تنها با استفاده از یك رآكتور هسته‌ای نصب شده روی راكت امكان تهیه چنین قدرتی امكان‌پذیر خواهد شد.

گرچه به نظر می‌رسد این دو مشكل به عنوان موانع جدی بر سر راه تحقیقات چانگ دیاز و تیم همراهش خود را نشان دهند، اما آنها خود را برای سال 2010 و آزمایش این راكت آماده می‌كنند. پیش‌بینی وی این است كه در آن سال و با كمك ناسا، این راكت در ایستگاه فضایی بین‌المللی مورد آزمایش قرار گیرد كه در صورت موفقیت جرقه تاریخی برای آغاز مسافرت‌های طولانی مدت فضایی آن هم در مدت زمان بسیار كوتاه خواهد بود.

 

منبع: جام جم

بخش دانش وفناوری

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین