سفر به مریخ تنها در 39 روز
انتقاد بزرگی که 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 اکنون به نظر می‌رسد با تلاش‌هایی که برای رسیدن انسان به اجرام آسمانی نظیر مریخ می‌شود این انتقاد بتدریج رنگ ببازد. از همان زمان که 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 کنجکاوی بشر را برای کشف سریع‌تر آن تحریک کرده است، تا آنجا که صحبت از طراحی و ساخت فضاپیماهایی می‌شود که فراتر از حد تصور سرعت داشته و به جای چند ماه و چند سال، تنها در کمتر از 40 روز انسان را به مریخ می‌رسانند.
چندی پیش چهلمین سالگرد فرود انسان روی ماه که تحت عنوان ماموریت آپولوی 11 انجام شده بود، در حالی برگزار شد که باز آلدرین و مایکل کالینز، 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 که 40 سال پیش آنها را همراه آرمسترانگ به ماه رسانده بود قابلیت آن را دارد که 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 که در قالب آن راکت پلاسمای یونی جدیدی ساخته می‌شود که تنها با استفاده از مقدار اندکی از سوخت مخصوص، فضانوردان را در 39 روز به مریخ می‌رساند. این فناوری نوین از سوی فرانکلین 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 کار گرفته شود اما هنوز همه چیز در حد نظریه آزمایشگاهی است.
مشکلی که درخصوص راکت‌های فعلی و سنتی وجود دارد این است که به طرز وحشتناکی ناکارآمد هستند. حدود 90 درصد از وزن کل فضاپیماها در ابتدای انجام ماموریت‌شان را سوخت آنها تشکیل می‌دهد که حجم قابل توجهی از آن برای خارج شدن فضاپیما از اتمسفر و رهایی از جو زمین می‌سوزد.
از آن گذشته یک راکت معمولی تنها می‌تواند با سرعت آرامی به سوی مریخ حرکت کند. این سرعت آنچنان کم توصیف می‌شود که به گفته دانشمندان علوم فضایی «بسیار کند» است. دانشمندان راندمان و عملکرد راکت‌ها را در قالب تکان‌های مخصوصی ارزیابی و توصیف می‌کنند که همواره با خارج شدن میزان سوخت سوخته شده از انتهای آن ارزیابی دقیقی در این باره صورت می‌گیرد. بررسی‌های دقیق نشان داده‌اند که یک راکت شیمیایی تکان‌های رانشی مخصوص نسبتا کمی درحدود 450 ثانیه دارد. اما در ایده جدید فرانکلین چانگ دیاز، نسبت بسیار جالب توجهی دیده می‌شود که از نظر تئوری زمان مسافرت‌های فضایی و از جمله رسیدن به مریخ را بسیار کوتاه می‌کند چیزی در حدود 39 روز! در طرح اولیه این محقق تکان‌های رانشی به بلندی 15 هزار ثانیه ایجاد می‌شود. این رقم برای دانشمندان علوم فضایی بهت‌آور عنوان شده است و این پرسش مطرح می‌شود که چگونه چنین فرآیندی امکان‌پذیر است؟ پاسخ ساده و کاملا روشن‌کننده است: راکتی که این محقق طرح آن را ارائه کرده است به واسطه سوزاندن سوخت نیروی محرکه مورد نیاز خود را به دست نمی‌آورد بلکه برای حرکت بسیار سریع چنین راکتی، اتم‌ها را آنچنان حرارت می‌دهند که در نتیجه آن دود پلاسمایی مخصوصی تولید و با فشار به بیرون هدایت می‌شود. این راکت که Magnetoplasma RocketVariable Specific Impulse نام داشته و به اختصار عنوان VASIMR را به آن داده‌اند متشکل از 3 سلول مغناطیسی مرتبط با یکدیگر هستند. نخستین مرحله از عملکرد این راکت بی‌شباهت به آنچه که در یک کتری آب جوش روی می‌دهد، نیست. در این مرحله اتم‌های گاز طبیعی همچون آرگون با استفاده از ژنراتور فرکانس رادیویی حرارت می‌بینند تا آنجا که الکترون‌های نهفته در آن به نوعی به جوش آمده و پلاسمای مورد نیاز را تولید کنند.
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 تکان رانشی مورد نیاز کافی نیست. مرحله دومVASIMR همچون یک تقویت‌کننده (آمپلی‌فایر) عمل می‌کند که طی آن انرژی بیشتری به پلاسمای تولید شده تزریق می‌شود. این فرآیند با استفاده از امواج الکترومغناطیسی صورت می‌گیرد. تا این مرحله پلاسمای تولید شده دمایی در حدود یک میلیون درجه سلسیوس پیدا کرده است که تقریبا با دمای مرکز خورشید برابری می‌کند.
اما سومین و آخرین مرحله یک گلوگاه مغناطیسی است که انرژی قابل توجه پلاسمای به دست آمده را به جنبش غیرمستقیمی تبدیل می‌کند و در نهایت تکان رانشی بسیار شتابی خلق می‌شود، اما اکنون پرسش مهمی مطرح می‌شود و آن چیزی نیست جز این که چه ماده‌ای می‌تواند چنین دمای بسیار زیادی را تحمل کند؟ این یکی از دلایلی است که به موجب آن سلول‌های به کار گرفته شده از نوع مغناطیسی هستند. یک میدان مغناطیسی نه‌تنها به افزایش دمای پلاسما کمک می‌کند بلکه در عین حال آن را نیز در بر گرفته و این در حالی است که عملا چیزی را لمس نمی‌کند.
از بعد تئوریک، راکت VASIMR می‌تواند به سطح قدرت و توانی معادل صدها برابر سایر موتورهای یونی برسد، اما هنوز 2 مشکل بزرگ دیگر نیز وجود دارند که پیش از آماده شدن برای رفتن به سوی مریخ باید آنها را دقیقا بررسی و راه‌حل قطعی برایشان ارائه شود. نخستین مشکل این است که راکت 200 کیلوواتی VASIMR تنها معادل یک پوند تکان رانشی تولید می‌کند. این میزان در فضا و جای که خلا محسوب می‌شود، جایی که موتور یونی می‌تواند به طور پیوسته برای ماه‌های طولانی به فعالت خود ادامه دهد، بیش از حد کافی است. شاید این مثال به روشن‌کننده «کافی بودن» این میزان باشد: تنها یک پوند تکان رانشی می‌تواند دو تن بار را از خورشید تا مشتری طی 19 ماه حمل کند! اما این به معنای آن است که راکت VASIMR هرگز به خودی خود از جاذبه زمین رهایی نخواهد یافت بلکه به راکت‌های سنتی نیاز دارد تا با صرف سوختی قابل توجه آن را به خلا برسانند.
اما مساله دوم این است که در حالی که موتورهای فعلی می‌توانند با تکیه بر انرژی خورشیدی حرکت کنند که البته از این لحاظ برای سفر به ماه یا سایر اجرام آسمانی نزدیک به زمین کاملا مناسب است اما برای ماموریت‌های بسیار دوردست فضایی به قدرت بیشتری همچون 200 مگاواتی نیاز است که البته تنها با استفاده از یک رآکتور هسته‌ای نصب شده روی راکت امکان تهیه چنین قدرتی امکان‌پذیر خواهد شد.
گرچه به نظر می‌رسد این دو مشکل 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 راکت آماده می‌کنند. پیش‌بینی وی این است که در آن سال و با کمک ناسا، این راکت در ایستگاه فضایی بین‌المللی مورد آزمایش قرار گیرد که در صورت موفقیت جرقه تاریخی برای آغاز مسافرت‌های طولانی مدت فضایی آن هم در مدت زمان بسیار کوتاه خواهد بود.
منبع: جام جم
بخش دانش وفناوری
