تبلیغات

جهش بزرگ بعدي در سفرهاي فضايي آينده چيست؟

جهش بزرگ بعدي در سفرهاي فضايي آينده چيست؟

آريا/ چندي پيش سياره‌اي شبيه به زمين کشف شد. اين سياره به دور نزديک‌ترين ستاره (بعد از خورشيد) به زمين مي‌گردد. سفر به اين سياره با فناوري امروزي حدد 70 هزار سال طول مي‌کشد. طبيعتا پيمودن چنين فواصل دوري با مقياس عمر بشر و با تکنولوژي‌هاي امروزي ما ممکن نيست اما شايد در آينده دور آن‌قدرها هم غير ممکن نباشد. در اين گزارش برخي از تکنولوژي‌هايي که شايد بتوانند روزي سفرهاي سريع فضايي را براي ما ممکن کنند با هم مرور مي‌کنيم.
در سال 1980(1359) ، کارل سيگن (Carl Sagan) در مجموعه تلويزيوني کاسموس (Cosmos) فضاپيماي تخيلي خودش را معرفي کرد. طراحي فانتزي اين فضاپيما شبيه به قاصدکي شناور روي بادهاي کيهان بود. اما به نظر مي‌رسد تا رسيدن به رويا و تخيل سيگن راه زيادي باقي نمانده است.

ايده بادبان الکتريکي (اي‌.سِيل) را براي نخستين‌بار «دکتر پِکا جان‌هونِن»(Pekka Janhunen) از موسسه‌ي هواشناسي فنلاند ارائه کرد. او روي نورهاي شمالگان و جنوبگان مطالعه مي‌کرد. پديده‌‌اي که بر اثر برخورد و واکنش ذرات باردار خورشيدي با لايه‌هاي فوقاني جو زمين به وجود مي‌آيد.

جان هونن محاسبه کرد چگونه مي‌توان بادبان مجازي ساخت که با مهار مداوم ذرات الکتريکي ناشي از بادهاي خورشيدي يا ستاره‌اي باعث حرکت فضاپيما شود. براساس محاسبات او بايد از مرکز بادبان مجازي بين 50 تا 100 سيم خارج شود. طول هر سيم هم به حدود 20 کيلومتر مي‌رسد. اين سيم‌ها با بار الکتريکي مثبت با شدت جريان 20 هزار ولت شارژ مي‌شود و هنگامي‌که ذرات مثبت بادهاي خورشيدي به بادبان مي‌رسند، باعث دفع آن و سپس حرکت فضاپيما مي‌شود.

براساس محاسبات فضاپيمايي با وزن يک تن با شتاب يک ميلي‌متر برمجذور ثانيه حرکت خود را آغاز مي‌کند. اين عدد بسيار کم است. اما بعد از گذشت يک سال سرعت فضاپيما به 30 کيلومتر بر ثانيه مي‌رسد. به اين معنا که فضاپيماي نيم‌تني نيوهورايزنز ناسا براي رسيدن به پلوتو حدود نه سال در راه بود. درحالي‌که يک بادبان الکتريکي قادر است فضاپيمايي با وزن دو برابر نيوهورايزنز را در نصف اين زمان به پلوتو برساند.

جهش بزرگ بعدي در سفرهاي فضايي آينده چيست؟
قرار است به‌زودي نمونه‌ي آزمايشي از يک بادبان الکتريکي در ماهواره «آلتوا-1» فنلاند آزمايش شود. اين ماهواره چهار کيلوگرم وزن دارد و ماموريت آن در فضا دو سال طول مي‌کشد. اما در اين مدت قرار نيست از بادبان الکتريکي خود براي شتاب‌گرفتن استفاده کند؛ بلکه اين ماهواره پس از اتمام ماموريت‌اش (براي آنکه به زباله فضايي تبديل نشود) به کمک بادبان الکتريکي ارتفاع مداري خود را کاهش مي‌دهد و در جو زمين سقوط خواهد کرد.

جان پراکس (JaanPraks)، پژوهشگر ارشد ماهواره در دانشگاه آلتو در فنلاند درباره‌ي اهميت اين فناوري بادبان الکتريکي مي‌گويد: «فناوري‌اي. سيل ظرفيت بزرگي دارد. زيرا مي‌تواند پيشران موردنياز ماموريت‌هاي بين‌سياره‌اي را بسيار سريع‌تر و ارزان‌تر فراهم کند. اين باعث مي‌شود ده‌ها ميليون دلار در هزينه‌هاي پرتاب صرفه‌جويي شود.»

او مهم‌ترين جنبه‌ي فناوري اي.سيل را قابل قبول‌بودن و اجرايي‌بودن آن مي‌داند. پراکس اعتقاد دارد اي.سيل اختراع مرموزي براي آينده نيست. فقط درحال‌حاضر به تعدادي مهندس خوب و تصميم‌گيرندگان عاقل نياز است.
به‌تازگي ناسا هم به سرمايه‌گذاري روي طرح بادبان‌ الکتريکي علاقمند شده است. جان‌هونِن و همکارانش در آمريکا اخيرا موفق شدند براي توسعه‌ي اين طرح حمايتي 500 هزار دلاري به همراه آزمايشگاهي در آمريکا را به دست بياورند. آن‌ها روي طرح مفهومي کار مي‌کنند که بتواند فضاپيمايي را به فراسوي مدار پلوتو ببرد.

فضاپيمايي با بادبان الکتريکي براي رسيدن به لبه‌ي منظومه‌ي شمسي تنها به 10 سال زمان نياز دارد. اما رسيدن به نزديک‌ترين ستاره با اين فناوري هزاران سال طول مي‌کشد.
«پادماده»، سوخت اصلي فضاپيماي «اينترپرايس» در فيلم «پيشتازان فضا» است. پادماده به معناي واقعي سوختي ايدئال است. زيرا 100درصد بهره‌وري دارد و با استفاده از آن مي‌توان کل يک ماده را به انرژي تبديل کرد. ناسا در سال 2006 (1385)، مطالعات اوليه‌اي را براي بررسي ساخت سوخت پادماده آغاز کرد. «جرالد اسميت» مدير اين طرح پژوهشي مي‌گويد يک فضاپيما به کمک اين فناوري مي‌تواند چهل‌وپنج‌روزه به مريخ برسد. اما چرا بايد در مريخ توقف کرد؟

پيش از اين در سال 2003 (1382)، نتايج مطالعات فيزيکدان «جرالد جکسون» (Gerald Jackson) و مهندس هسته‌اي «استيو هاو» (Steven Howe) نشان داد يک فضاپيما با 17 گرم پادماده قادر است مسافت يک سال نوري را در 10 سال بپيمايد. اين يعني سفر به نزديک‌ترين ستاره با اين فناوري (به جاي چندهزار سال)، تنها 40 سال طول مي‌کشد.

اما توليد پادماده در زمين بسيار پرهزينه است. ناسا در سال 1999 (1378) محاسبه کرد توليد هر گرم پادماده حدود 5/62 تريليون دلار (هزارهزار ميليارد) هزينه دارد. زيرا براي توليد همين مقدار کم از پادماده به شتاب‌دهنده‌هاي ذرات بسيار گران‌قيمتي نياز است. درحال حاضر با مجموع توان همه‌ي شتاب‌دهنده‌هاي فعلي جهان از جمله شتاب‌دهنده‌ي بزرگ هادرون در «سرن»، تنها قادر به توليد 20 نانوگرم پادماده هستيم.

مشکل بعدي در توليد پادماده، بحث ذخيره‌سازي و نگهداري آن است. همان‌طور که مي‌دانيد، پادماده در مقابل ماده است. معادل الکترون در ماده، پوزيترون در پادماده نام دارد؛ دقيقا با همان جرم، اما با بار الکتريکي مخالف. هنگامي که يک پوزيترون و الکترون به هم مي‌رسند، همديگر را نابود مي‌کنند. بنابراين ذخيره‌ي پادماده در محيطي ساخته‌شده از ماده عملا محکوم به شکست است.

با اين حال پادماده بار الکتريکي دارد و مي‌توان آن را به کمک ميدان مغناطيسي منحرف کرد. به اين معني که مي‌توان پادماده را در ظروفي با پوشش مغناطيسي ذخيره کرد و مانع از تماس آن با بطري شد. فراهم‌کردن همه‌ي اين شرايط بسيار سخت است و دقيقا همين چالش‌ها، انگيزه و محرک پژوهشگران آينده براي مطالعه‌ي چگونگي ساخت پادماده است.

هم‌اکنون جکسون و هاو سرمايه‌گذاري براي توليد نمونه‌ي آزمايشگاهي پادماده را آغاز کرده‌اند تا اين نظريه‌ را به‌واقعيت نزديک کنند.

جهش بزرگ بعدي در سفرهاي فضايي آينده چيست؟
چگونه يک رانشگر مي‌تواند بدون سوخت کار کند؟ بسياري از فيزيکدان‌ها ايده‌ي ماشين الکترومغناطيس را بيشتر روياپردازي و فانتزي مي‌دانند، اما طرفداران اين فرضيه اعتقاد دارند با ظهور اين ماشين‌ها بازي عوض مي‌شود.
هنگامي‌که ما فضاپيمايي را به فضا پرتاب مي‌کنيم، بخش زيادي از جرم آن را سوخت تشکيل مي‌دهد؛ به عنوان نمونه جرم سوخت شاتل فضايي، 16 برابر جرم خود فضاپيما‌ست. فيزيکدان‌ها معتقد هستند راهي جز اين وجود ندارد. زيرا سوخت موشک مي‌سوزد و گاز حاصل از آن از يک طرف با سرعت زياد خارج مي‌شود و آن را به سمت مخالف حرکت مي‌دهد. اين موضوع به خوبي در قانون سوم نيوتن بيان شده است؛ هر عملي، عکس‌العملي در جهت مخالف دارد. موتورهاي الکترومغناطيس که فاقد ماده‌ي پيشران هستند به دليل ناسازگاري با قوانين فيزيک نمي‌توانند کار کنند. طرح ساخت اين موتور مخالفان نظري سرسختي دارد.

اما فارغ از اين‌ها پژوهشگراني در بريتانيا، آمريکا و چين روي اين طرح کار کرده‌اند. گروهي پژوهشي هم در ناسا به تازگي در سال 2015 (1394) موفق شد نمونه‌اي اوليه و آزمايشگاهي‌ از اين موتور را بسازد.نمونه‌ي اوليه‌ي اين موتور توانست با اتصال به يک طناب، اندکي از روي زمين بلند شود.

منتها منتقدان هنوز به درستي قانع نشدند. زيرا اعتقاد دارند که آزمايش به درستي انجام نمي‌شود و خطايي در آن وجود دارد. آن‌ها پيشنهاد دادند تا عملکرد اين موتور را در محيط خلأ آزمايش کنند، زيرا به نظر مي‌رسد قوانين فيزيک کوانتوم بتواند توجيهي براي آن پيدا کند که فيزيک کلاسيک از توصيف آن عاجز است. دکتر «مک‌کولاک» استاد «دانشکده‌ي علوم و فنون دريايي دانشگاه پليموث» (Plymouth State University) مي‌گويد: «در علم، داده‌هاي جديد بايد بر پايه‌ي نظريه‌هاي قديمي توضيح داده شود و هميشه خطر خطاي آزمايش وجود دارد. ولي معمولا سريع‌ترين پيشرفت‌ها در شرايط عجيب و به ظاهر غيرعادي به وجود آمده‌اند.

بدون کمک يک ماشين وارپ امکان سفرهاي بين‌ستاره‌اي وجود نخواهد داشت. اين ماشين فرضي بخش اصلي داستان پيشتازان فضا بود. در اين راه عملا يک مشکل اساسي فيزيکي وجود دارد و آن اين‌که هنوز چيزي سراغ نداريم که بتواند سريع‌تر از نور حرکت کند. آلبرت اينشتين در نظريه‌ي نسبيت نشان داد که نور از هر چيزي در کيهان سريع‌تر حرکت مي‌کند.

جهش بزرگ بعدي در سفرهاي فضايي آينده چيست؟
با آن‌که سرعت نور حدود 300 هزار کيلومتر در ثانيه است، اما در مقايسه با فواصل کيهاني سرعت آهسته‌اي دارد. سفر به نزديک‌ترين ستاره‌ي بعد از خورشيد با سرعت نور حدود 3/4 سال طول مي‌کشد. مگر آن‌که ما بتوانيم سرعت نور را بشکنيم و در اين‌جا بحث ماشين وارپ مطرح مي‌شود. اينشتين در نظريه‌ي نسبيت عام، تعريف جديدي از ماهيت گرانش ارائه کرد. او فهميد براي توصيف گرانش گفت که فضا همانند يک صفحه‌ي پلاستيکي انعطاف‌پذير (فضا – زمان) است که هر ستاره يا سياره بسته به جرمي که دارد در اين صفحه خمش و فرورفتگي ايجاد مي‌کند و گرانش دقيقا بر‌اثر همين به وجود مي‌آيد.

در سال 1994 (1373)، ميگل آلوبيره، فيزيکدان مکزيکي مقاله‌اي منتشر کرد و در آن نشان داد که مي‌توان فضاپيمايي ساخت که سريع‌تر از سرعت نور حرکت کند. هيچ‌کدام از قوانين فيزيک هم نقض نمي‌شود. زيرا نسبيت عام فقط شامل سفر در فضاست، نه حرکت خود فضا. اما مشکل اين‌جاست که براي ايجاد خمش در صفحه‌ي فضا – زمان به ماشيني نياز داريم که آن را «آلوبيره» مي‌نامند و در حال حاضر هيچ جسم يا انرژي وجود ندارد که بتواند انرژي اوليه را تامين کند. در راستاي طرح آلوبيره، ناسا در سال 1996(1375) برنامه‌اي براي پژوهش در زمينه‌ي فيزيک پيشرانش آغاز کرد. در اين برنامه هدف اين بود که آيا راهي براي شکستن سرعت نور وجود دارد؟ اما اين برنامه پس از شش سال و صرف 1.2 ميليون دلار هزينه متوقف شد. نتيجه‌ي کلي اين برنامه نشان داد که هيچ نيروي محرکه‌اي قطعي وجود ندارد که بتواند سرعت نور را بشکند. متاسفانه بايد گفت سفر به ستاره‌ها به اين راحتي نيست و بعيد به نظر مي‌رسد در طول حيات نسل ما اين آرزو محقق شود.



با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويدمنبع: آريا

فروش اسکریپت

اسکریپت مجله تفریحی فان سیتی به فروش میرسد. جهت دریافت اطلاعات بیشتر به صفحه زیر مراجعه کنید.

فروش اسکریپت

گزارش تخلف

تمامی مطالب از سایت های مجاز فارسی و ایرانی تهیه و جمع آوری شده است، در صورت وجود هرگونه مشکل از طریق صفحه گزارش تخلف اطلاع دهید.

تبلیغات


جدیدترین اخبار

در انتخاب و نمایش محتوا هیچ دخالت انسانی وجود ندارد لذا از شما خواهشمندیم در صورتی که این مطلب را مغایر با قوانین جمهوری اسلامی ایران است به ما گزارش کنید.