سفر به مريخ تنها در 39 روز

انتقاد بزرگي كه همواره به جاه طلبي‌هاي فضايي بشر شده است، درگير بودن انسان و تحقيقات فضايي سرنشين دار تنها در مدارات زمين و نهايتا ماه بوده است اما اكنون به نظر مي‌رسد با تلاش‌هايي كه براي رسيدن انسان به اجرام آسماني نظير مريخ مي‌شود اين انتقاد بتدريج رنگ ببازد. از همان زمان كه مريخ با تصاوير خاص و هيجان‌انگيز خود به مردم جهان شناسانده شد، به عنوان مرموزترين جرم آسماني در منظومه‌شمسي بوده است و همين مساله حس كنجكاوي بشر را براي كشف سريع‌تر آن تحريك كرده است، تا آنجا كه صحبت از طراحي و ساخت فضاپيماهايي مي‌شود كه فراتر از حد تصور سرعت داشته و به جاي چند ماه و چند سال، تنها در كمتر از 40 روز انسان را به مريخ مي‌رسانند.

 چندي پيش چهلمين سالگرد فرود انسان روي ماه كه تحت عنوان ماموريت آپولوي 11 انجام شده بود، در حالي برگزار شد كه باز آلدرين و مايكل كالينز، دو تن از فضانوردان آن ماموريت تاريخي از ناسا خواستند تا رسيدن به مريخ را به عنوان هدف بعدي خود در نظر بگيرد. با اين حال سيستم جت شيميايي كه 40 سال پيش آنها را همراه آرمسترانگ به ماه رسانده بود قابليت آن را دارد كه فضاپيماي مشابهي را در مدت 6 ماه به مريخ برساند. از آن گذشته صدها ميليارد دلار نيز براي تحقق اين برنامه هزينه خواهد شد. با اين حال بتازگي ايده منحصربه فردي ارائه شده است كه در قالب آن راكت پلاسماي يوني جديدي ساخته مي‌شود كه تنها با استفاده از مقدار اندكي از سوخت مخصوص، فضانوردان را در 39 روز به مريخ مي‌رساند. اين فناوري نوين از سوي فرانكلين چانگ دياز، از فضانوردان بازنشسته ارائه شده است و به نظر مي‌رسد در سال‌ها و دهه‌هاي آتي به عنوان سيستم حمل و نقل فضايي قابل اطميناني به كار گرفته شود اما هنوز همه چيز در حد نظريه آزمايشگاهي است.

 از آن گذشته يك راكت معمولي تنها مي‌تواند با سرعت آرامي به سوي مريخ حركت كند. اين سرعت آنچنان كم توصيف مي‌شود كه به گفته دانشمندان علوم فضايي «بسيار كند» است. دانشمندان راندمان و عملكرد راكت‌ها را در قالب تكان‌هاي مخصوصي ارزيابي و توصيف مي‌كنند كه همواره با خارج شدن ميزان سوخت سوخته شده از انتهاي آن ارزيابي دقيقي در اين باره صورت مي‌گيرد. بررسي‌هاي دقيق نشان داده‌اند كه يك راكت شيميايي تكان‌هاي رانشي مخصوص نسبتا كمي درحدود 450 ثانيه دارد. اما در ايده جديد فرانكلين چانگ دياز، نسبت بسيار جالب توجهي ديده مي‌شود كه از نظر تئوري زمان مسافرت‌هاي فضايي و از جمله رسيدن به مريخ را بسيار كوتاه مي‌كند چيزي در حدود 39 روز! در طرح اوليه اين محقق تكان‌هاي رانشي به بلندي 15 هزار ثانيه ايجاد مي‌شود. اين رقم براي دانشمندان علوم فضايي بهت‌آور عنوان شده است و اين پرسش مطرح مي‌شود كه چگونه چنين فرآيندي امكان‌پذير است؟ پاسخ ساده و كاملا روشن‌كننده است: راكتي كه اين محقق طرح آن را ارائه كرده است به واسطه سوزاندن سوخت نيروي محركه مورد نياز خود را به دست نمي‌آورد بلكه براي حركت بسيار سريع چنين راكتي، اتم‌ها را آنچنان حرارت مي‌دهند كه در نتيجه آن دود پلاسمايي مخصوصي توليد و با فشار به بيرون هدايت مي‌شود. اين راكت كه Magnetoplasma RocketVariable Specific Impulse نام داشته و به اختصار عنوان VASIMR را به آن داده‌اند متشكل از 3 سلول مغناطيسي مرتبط با يكديگر هستند. نخستين مرحله از عملكرد اين راكت بي‌شباهت به آنچه كه در يك كتري آب جوش روي مي‌دهد، نيست. در اين مرحله اتم‌هاي گاز طبيعي همچون آرگون با استفاده از ژنراتور فركانس راديويي حرارت مي‌بينند تا آنجا كه الكترون‌هاي نهفته در آن به نوعي به جوش آمده و پلاسماي مورد نياز را توليد كنند.

در اين مرحله پلاسماي ياد شده بسيار داغ است (دمايي در حدود 50 هزار درجه سلسيوس) با اين حال اين درجه حرارت نيز براي توليد تكان رانشي مورد نياز كافي نيست. مرحله دومVASIMR همچون يك تقويت‌كننده (آمپلي‌فاير) عمل مي‌كند كه طي آن انرژي بيشتري به پلاسماي توليد شده تزريق مي‌شود. اين فرآيند با استفاده از امواج الكترومغناطيسي صورت مي‌گيرد. تا اين مرحله پلاسماي توليد شده دمايي در حدود يك ميليون درجه سلسيوس پيدا كرده است كه تقريبا با دماي مركز خورشيد برابري مي‌كند.

اما سومين و آخرين مرحله يك گلوگاه مغناطيسي است كه انرژي قابل توجه پلاسماي به دست آمده را به جنبش غيرمستقيمي تبديل مي‌كند و در نهايت تكان رانشي بسيار شتابي خلق مي‌شود، اما اكنون پرسش مهمي مطرح مي‌شود و آن چيزي نيست جز اين كه چه ماده‌اي مي‌تواند چنين دماي بسيار زيادي را تحمل كند؟ اين يكي از دلايلي است كه به موجب آن سلول‌هاي به كار گرفته شده از نوع مغناطيسي هستند. يك ميدان مغناطيسي نه‌تنها به افزايش دماي پلاسما كمك مي‌كند بلكه در عين حال آن را نيز در بر گرفته و اين در حالي است كه عملا چيزي را لمس نمي‌كند.

از بعد تئوريك، راكت VASIMR مي‌تواند به سطح قدرت و تواني معادل صدها برابر ساير موتورهاي يوني برسد، اما هنوز 2 مشكل بزرگ ديگر نيز وجود دارند كه پيش از آماده شدن براي رفتن به سوي مريخ بايد آنها را دقيقا بررسي و راه‌حل قطعي برايشان ارائه شود. نخستين مشكل اين است كه راكت 200 كيلوواتي VASIMR تنها معادل يك پوند تكان رانشي توليد مي‌كند. اين ميزان در فضا و جاي كه خلا محسوب مي‌شود، جايي كه موتور يوني مي‌تواند به طور پيوسته براي ماه‌هاي طولاني به فعالت خود ادامه دهد، بيش از حد كافي است. شايد اين مثال به روشن‌كننده «كافي بودن» اين ميزان باشد: تنها يك پوند تكان رانشي مي‌تواند دو تن بار را از خورشيد تا مشتري طي 19 ماه حمل كند! اما اين به معناي آن است كه راكت VASIMR هرگز به خودي خود از جاذبه زمين رهايي نخواهد يافت بلكه به راكت‌هاي سنتي نياز دارد تا با صرف سوختي قابل توجه آن را به خلا برسانند.

اما مساله دوم اين است كه در حالي كه موتورهاي فعلي مي‌توانند با تكيه بر انرژي خورشيدي حركت كنند كه البته از اين لحاظ براي سفر به ماه يا ساير اجرام آسماني نزديك به زمين كاملا مناسب است اما براي ماموريت‌هاي بسيار دوردست فضايي به قدرت بيشتري همچون 200 مگاواتي نياز است كه البته تنها با استفاده از يك رآكتور هسته‌اي نصب شده روي راكت امكان تهيه چنين قدرتي امكان‌پذير خواهد شد.

گرچه به نظر مي‌رسد اين دو مشكل به عنوان موانع جدي بر سر راه تحقيقات چانگ دياز و تيم همراهش خود را نشان دهند، اما آنها خود را براي سال 2010 و آزمايش اين راكت آماده مي‌كنند. پيش‌بيني وي اين است كه در آن سال و با كمك ناسا، اين راكت در ايستگاه فضايي بين‌المللي مورد آزمايش قرار گيرد كه در صورت موفقيت جرقه تاريخي براي آغاز مسافرت‌هاي طولاني مدت فضايي آن هم در مدت زمان بسيار كوتاه خواهد بود.

منبع: جام جم

بخش دانش وفناوري