یک موشک با انرژی خورشیدی می تواند بلیط ما به فضای بین ستاره ای باشد


اگر جیسون بنکوسکی حق دارد ، جاده به فضای بین ستاره ای در یک کانتینر حمل و نقل پنهان شده در پشت خلیج آزمایشگاهی در مریلند آغاز می شود. این تنظیمات به نظر می رسد از یک فیلم علمی تخیلی با بودجه کم برخوردار باشد: یک دیواره ظرف با هزاران LED پوشانده شده است ، یک جلوپنجره فلزی نفوذناپذیر از وسط آن عبور می کند و یک پرده سیاه ضخیم تا حدی دستگاه را کدر می کند. این شبیه ساز خورشیدی آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز است ، ابزاری که می تواند با شدت 20 خورشید بدرخشد. بعد از ظهر پنجشنبه ، بنکوسکی یک کاشی کوچک سیاه و سفید را روی مشبک قرار داد و یک پرده تیره دور محل نصب قبل از خروج از ظرف حمل و نقل کشید. سپس کلید روشنایی را بزنید.

پس از داغ شدن شبیه ساز خورشیدی ، بنکوسکی شروع به پمپاژ هلیوم مایع از طریق یک لوله داخلی کوچک می کند که روی صفحه پیچ می خورد. هلیم گرما را از LED ها جذب می کند چون در کانال می پیچد و منبسط می شود تا اینکه در نهایت از طریق یک نازل کوچک آزاد می شود. ممکن است زیاد به نظر نرسد ، اما بنکوسکی و تیم وی به تازگی پیشرانه حرارتی خورشیدی را نشان داده اند ، که قبلاً یک نوع تئوری موتور موشکی بود که از گرمای خورشید تأمین می شد. آنها معتقدند این ممکن است کلید اکتشاف بین ستاره ای باشد.

بنکوسکی ، دانشمند مواد در آزمایشگاه فیزیک کاربردی و سرپرست تیم می گوید: “واقعاً برای کسی آسان است که این ایده را رد کند و بگوید:” پشت یک پاکت عالی به نظر می رسد ، اما اگر آن را واقعاً بسازی ، هرگز آن اعداد نظری را نخواهی گرفت. ” کار بر روی یک سیستم محرک حرارتی خورشیدی. “آنچه نشان می دهد این است که گرمای خورشید فقط یک خیال نیست. در واقع می تواند کارساز باشد. “

تنها دو فضاپیمای ویجر 1 و ویجر 2 از منظومه شمسی خارج شده اند. اما این پاداش علمی پس از انجام مأموریت اصلی آنها برای کشف مشتری و زحل بود. هیچ یک از فضاپیماها به ابزار مناسب برای کشف مرز بین قدرت سیاره ای ستاره ما و بقیه جهان مجهز نشده اند. به علاوه ، دوقلوهای ویجر هستند آهسته. تدریجی. با سرعت 30 هزار مایل در ساعت ، نزدیک به نیم قرن طول کشید تا از نفوذ خورشید جلوگیری کنند.

اما داده هایی که آنها از لبه برگردانده اند آزار دهنده است. وی نشان داد که بسیاری از آنچه فیزیکدانان در مورد محیط حاشیه منظومه شمسی پیش بینی کرده بودند اشتباه بود. جای تعجب نیست که گروه بزرگی از فیزیکدانان نجومی ، کیهان شناسان و دانشمندان سیاره ای در حال تلاش برای کاوشگر بین ستاره ای ویژه برای کشف این مرز جدید هستند.

در سال 2019 ، ناسا از آزمایشگاه فیزیک کاربردی برای مطالعه مفاهیم برای یک ماموریت خاص بین ستاره ای استفاده کرد. در پایان سال آینده ، این تیم تحقیقات خود را به مطالعه اعشاری آکادمی ملی علوم ، مهندسی و پزشکی ارائه می دهد که مطالعات اعشاری خورشید را برای 10 سال آینده تعیین می کند. محققان APL که بر روی برنامه Interstellar Probe کار می کنند ، تمام جنبه های این مأموریت ، از برآورد هزینه تا ابزار را مطالعه می کنند. اما فقط درک اینکه چگونه می توان در هر زمان معقولی به فضای بین ستاره ای رسید بزرگترین و مهمترین قسمت این معما است.

در طول هلیوپوز مکث نکنید

پایان منظومه شمسی – هلیوپوز نامیده می شود – بسیار دور است. تا زمانی که فضاپیما به پلوتو برسد ، تنها یک سوم راه فضایی بین ستاره ای است. و تیم APL در حال کاوش در کاوشگری هستند که سه برابر دورتر از لبه منظومه شمسی حرکت می کند ، 50 میلیارد مایل را طی می کند ، برای تقریباً نیمی از زمان فضاپیمای ویجر برای رسیدن به لبه. برای انجام این نوع مأموریت ، آنها احتیاج به کاوشگر خواهند داشت ، برخلاف هر آنچه که تاکنون ساخته شده است. بنکوسکی گفت: “ما می خواهیم سفینه فضایی بسازیم که سریعتر ، دورتر و نزدیکتر به خورشید باشد نسبت به گذشته.” “مثل سخت ترین کاری است که می توانی انجام دهی.”

در اواسط ماه نوامبر ، محققان کاوشگر بین ستاره ای برای یک کنفرانس یک هفته ای به صورت آنلاین ملاقات کردند تا با ورود به سال آخر مطالعه ، به روزرسانی ها را انجام دهند. در این کنفرانس ، تیم هایی از APL و ناسا نتایج کار خود را در مورد پیشرانه حرارتی خورشیدی به اشتراک گذاشتند ، که به عقیده آنها سریعترین راه برای قرار دادن کاوشگر در فضای بین ستاره ای است. ایده این است که یک موتور موشکی را با گرمای خورشید و نه احتراق هدایت کنیم. طبق محاسبات بنکوسکی ، این موتور تقریباً سه برابر کارآمدتر از بهترین موتورهای شیمیایی متعارف موجود است. بنكوسكي مي گويد: “از نظر فيزيك ، تصور چيزي كه از نظر كارايي گرماي خورشيد را تكميل كند ، دشوار است.” “اما آیا می توانید از آن در برابر انفجار محافظت کنید؟”

برخلاف یک موتور معمولی که در انتهای عقب موشک نصب شده است ، موتور حرارتی خورشیدی که محققان در حال مطالعه آن هستند با سپر فضاپیما ادغام خواهد شد. پوسته تخت سخت از کف کربن سیاه ساخته شده است که یک طرف آن با مواد بازتابنده سفید پوشانده شده است. از نظر ظاهری بسیار شبیه سپر حرارتی کاوشگر خورشیدی پارکر است. تفاوت اساسی خط لوله پیچ در پیچ است که درست در زیر سطح پنهان شده است. اگر کاوشگر بین ستاره ای از خورشید عبور کرده و هیدروژن را به درون آوند محافظ خود هل دهد ، هیدروژن منبسط شده و از نازل انتهای لوله منفجر می شود. سپر حرارتی باعث ایجاد کشش می شود.

430،000 مایل در ساعت

از نظر تئوری ساده است اما در عمل بسیار دشوار است. موشک حرارتی خورشیدی تنها در صورتی مثر است که بتواند Oberth ، مکانیک مداری را که خورشید را به یک تیربار عظیم تبدیل می کند ، مانور دهد. جاذبه خورشید به عنوان یک ضرب نیرو عمل می کند که اگر یک فضاپیما هنگام حرکت به دور ستاره موتورهای خود را روشن کند ، سرعت شناور را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. هرچه فضاپیما در حین مانور اوبرت به خورشید نزدیک شود ، سرعت آن بیشتر خواهد شد. در طراحی مأموریت APL ، کاوشگر بین ستاره ای تنها یک میلیون مایل از سطح چرخش خورشید فاصله خواهد داشت.

برای بیان این نکته ، تا زمانی که کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا نزدیکترین رویکرد خود را در سال 2025 انجام می دهد ، در فاصله 4 میلیون مایل از سطح خورشید قرار دارد و تقریباً 430،000 آن را ذخیره می کند. مایل بر ساعت. این سرعت تقریباً دو برابر سرعتی است که کاوشگر بین ستاره ای برای هدف قرار دادن آن انجام می دهد و کاوشگر خورشیدی پارکر به مدت هفت سال با کمک های گرانشی خورشید و ناهید سرعت پیدا کرده است. کاوشگر بین ستاره ای باید با یک بار شلیک به دور خورشید از حدود 30،000 مایل در ساعت به حدود 200،000 مایل در ساعت برسد ، این یعنی نزدیکتر شدن به ستاره. خیلی نزدیک.

دنج شیخ ، یک تکنسین مواد در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا ، که در یک کنفرانس اخیر موردی از یک موشک حرارتی خورشیدی را ارائه داد ، گفت که دنج بودن یک انفجار هسته ای به اندازه خورشید انواع چالش های مادی را ایجاد می کند. برای ماموریت APL ، کاوشگر در حالی که مانور خود را در اوبرت انجام می داد ، حدود 2.5 ساعت در دمای حدود 4500 درجه فارنهایت سپری خواهد کرد. برای ذوب شدن از طریق سپر حرارتی پارکر سولار پروب بیش از حد گرم است ، بنابراین تیم چیخ ناسا مواد جدیدی پیدا کرده است که می تواند در خارج پوشش داده شود تا گرمای دور را منعکس کند. این پوشش ها همراه با اثر خنک کنندگی هیدروژن جریان یافته از کانال در محافظ حرارتی ، پروب بین ستاره ای را در حین تابش از خورشید خنک نگه می دارند. شیخ می گوید: “شما می خواهید میزان انرژی را که به عقب می رانید به حداکثر برسانید.” “حتی اختلافات اندک در بازتابندگی مواد باعث گرم شدن قابل توجه فضاپیمای شما می شود.”

“فرصت های زیادی نداریم”

حتی یک مشکل بزرگتر این است که چگونه با هیدروژن داغی که از مجاری جریان دارد مقابله کنیم. در دمای بسیار بالا ، هیدروژن از طریق پایه کربن محافظ حرارتی تغذیه می کند ، به این معنی که داخل مجاری باید با ماده قوی تری پوشانده شود. این تیم چندین ماده را شناسایی کرده است که می تواند کار را انجام دهد ، اما به سادگی اطلاعات زیادی در مورد عملکرد آنها ، به ویژه دمای شدید وجود ندارد. شیخ گفت: “مواد زیادی وجود ندارد که بتواند این نیازها را برآورده کند.” “از برخی جهات ، این خوب است ، زیرا ما فقط باید به این مواد نگاه کنیم. اما این هم بد است زیرا فرصت های زیادی نداریم. “

چیخ می گوید ، نتیجه مهم تحقیق وی این است که آزمایشات زیادی وجود دارد که باید قبل از ارسال موشک حرارتی خورشیدی به دور خورشید ، روی مواد محافظ حرارتی انجام شود. اما این شکستن معامله نیست. در حقیقت ، پیشرفت باورنکردنی در علم مواد باعث شده است که این ایده سرانجام بیش از 60 سال پس از ایده گرفتن توسط مهندسان نیروی هوایی ایالات متحده عملی شود. بنکوسکی گفت: “من فکر می کردم این ایده عالی را به طور مستقل به ذهنم رسیده است ، اما مردم در سال 1956 در مورد آن صحبت می کردند.” “تولید مواد افزودنی یکی از م keyلفه های اصلی این امر است و ما 20 سال پیش نمی توانستیم این کار را انجام دهیم. اکنون می توانم فلز سه بعدی را در آزمایشگاه چاپ کنم. “

حتی اگر بنکوسکی اولین نفری نیست که ایده پیشرانه حرارتی خورشیدی را شناور می کند ، اما او معتقد است که وی اولین شخصی است که یک موتور نمونه اولیه را به نمایش می گذارد. بنكوسكي و تيمش در طي آزمايشات خود با كاشي كانال دار در ظرف حمل و نقل ، نشان دادند كه هنگام حركت دادن گاز از طريق مجاري تعبيه شده در يك سپر حرارتي ، مي توان با استفاده از نور خورشيد براي جذب حرارت ، كشش توليد كرد. این آزمایشات محدودیت های زیادی داشت. آنها از مواد یا سوخت مشابهی که برای یک ماموریت واقعی استفاده می شد ، استفاده نکردند و آزمایشات در دمای بسیار پایین تر از آنچه کاوشگر بین ستاره ای تجربه کرده بود ، انجام شد. بنكوسكی می گوید ، مهمتر از همه ، داده های حاصل از آزمایشات دمای پایین با مدلهایی مطابقت دارد كه پیش بینی می كنند چگونه پروب بین ستاره ای ماموریت واقعی خود را انجام دهد ، پس از تنظیم مواد مختلف. “ما این کار را در سیستمی انجام دادیم که واقعاً هرگز پرواز نخواهد کرد. و اکنون قدم دوم این است که شروع به جایگزینی هر یک از این اجزا با چیزهایی کنید که در یک فضاپیمای مانور واقعی اوبرت قرار می دهید ، “می گوید بنکوسکی.

یک راه طولانی

این مفهوم تا استفاده از آن برای یک مأموریت راه طولانی در پیش دارد – و تنها یک سال به مطالعه کاوشگر بین ستاره ای باقی مانده است ، زمان کافی برای پرتاب یک ماهواره کوچک برای آزمایش در مدار کم زمین وجود ندارد. اما تا زمانی که بنکوسکی و همکاران APL گزارش خود را در سال آینده ارائه دهند ، آنها داده های زیادی تولید می کنند که پایه و اساس آزمایش های فضایی است. هیچ تضمینی وجود ندارد که آکادمی های ملی مفهوم کاوشگر بین ستاره ای را به عنوان اولویت اصلی برای دهه آینده انتخاب کنند. اما هر زمان که آماده باشیم خورشید را پشت سر بگذاریم ، احتمال زیادی وجود دارد که هنگام ترک در از آن برای تقویت استفاده کنیم.

این داستان در ابتدا در سایت wired.com منتشر شد.


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*