بهنوش خرم‌روز

 مریخ، دومین سیاره نزدیک به زمین در منظومه شمسی است و از آن‌جایی‌که در لبه خارجی کمربند سبز خورشید قرار دارد ( کمربند سبز، منطقه‌ای در اطراف هر ستاره است که امکان وجود آب مایع در سطح سیاره و پیدایش حیات در آن وجود دارد)، اشتیاق بسیاری برای سفر به این سیاره و کاوش آن وجود دارد. اما با توجه به فناوری فعلی بشر، سفر به سیاره سرخ در حالت معمولی 8 ماه و در بهترین حالت 7 ماه طول می‌کشد. اگر بخواهیم سفر رفت‌وبرگشت انسان را به این سیاره بررسی کنیم که 8 ماه برای سفر رفت، 16 ماه برای انتظار و 8 ماه دیگر برای برگشت باید وقت گذاشت و این زمان هزار روزه، بسیار طولانی و خسته‌کننده خواهد بود.

به گزارش نیوساینتیست، پژوهشگران موفق شده‌اند موتور یونی جدیدی را طراحی کنند که روزی می‌تواند سفر به سیاره سرخ را در تنها 39 روز امکان‌پذیر سازد.

در روش فعلی پرتاب فضاپیما به‌سوی مریخ از راکت‌های سوخت مایع استفاده می‌شود. با احتراق سوخت، گاز پرفشاری تولید می‌شود که با خروج از انتهای موشک، آن‌را به سوی جلو هل می‌دهد. اما بخش اعظم این سوخت زمان پرتاب از روی سطح زمین مصرف می‌شود و فضاپیما با سرعت اولیه بیش از 32 کیلومتر بر ثانیه در مدار انتقال به مریخ قرار می‌گیرد. این سرعت آن‌قدر هست تا فضاپیما بقیه مسیر را با استفاده از گرانش خورشید بپیماید.

اما موتورهای یونی با شتاب دادن به اتم‌ها یا ذرات باردار الکتریکی (یون‌ها) درون یک میدان الکتریکی، باعث می‌شوند که سفینه فضایی به سمت مخالف هل داده شود. موتورهای یونی در مقایسه با راکت‌های شیمیایی توان بسیار کمتری دارند، یعنی در یک لحظه معین فشار بسیار کم‌تری ایجاد می‌کنند و به خودی خود نمی‌توانند از جاذبه زمین رها شوند. اما برخلاف راکت‌های شیمیایی که سوختشان به‌سرعت تمام می‌شود، می‌توانند برای سال‌ها کار کنند و فشار تولید کنند. بدین‌ترتیب در مدت‌زمانی نسبتا کوتاه (از چند روز تا چند ماه) و تولید فشار ثابت، می‌توانند به سرعت‌های بسیار بیشتر از راکت‌های شیمیایی دست یابند. بدین‌ترتیب، این موتورهای یونی بهترین ابزار پیشران برای سفرهای دوردست فضایی به‌شمار می‌روند.

در بسیاری از ماموریت‌های فضایی چند سال اخیر، مانند فضاپیمای داون ناسا که در راه سیاره کوتوله سرس و سیاره وستا در فاصله بین سیارات مریخ و مشتری است، یا فضاپیمای هایابوسای ژاپن که در سال 2005/ 1384 از سیارک ایتوکاوا دیدار کرد، ‌از موتورهای یونی استفاده شده است. اما پژوهشگران توانسته‌اند موتور یونی جدیدی به‌نام راکت تکانه متغیر مگنتوپلاسما یا با اختصار VASIMR‌ را تولید کنند که در مقایسه با موتورهای یونی پیشین، جذابیت بیشتری دارد. این موتور جدید برای گرم کردن ذرات یا پلاسمای باردار از یک مولد فرکانس رادیویی استفاده می‌کند که مشابه فرستنده‌هایی است که برای مخابره برنامه‌های رادیویی استفاده می‌شوند.

شرکت اد.آسترا راکت که در سال 2005 / 1384 توسط فرانکلین چانگ دیاز، ‌فیزیکدان پلاسما و فضانورد سابق شاتل فضایی پایه‌گذاری شد،‌ در حال ساخت این موتور یونی جدید است.

به داغی خورشید
این موتور جدید شبیه به یک موتور بخار کار می‌کند که برای ایجاد بخار، ابتدا آب را به جوش می‌آورد. مولد فرکانس رادیویی، گاز متشکل از اتم‌های آرگون را آن‌قدر گرم می‌کند تا اصطلاحا الکترون‌ها به جوش بیایند و پلاسما تشکیل شود. این مرحله برای اولین بار سه هفته پیش در این شرکت آزمایش شد. اگر این پلاسما از راکت بیرون داده می‌شد،‌ خودش می‌توانست فشار ایجاد فشار کند، اما این فشار کافی نبود. برای بهینه‌سازی، یون‌ها دوباره گرم می‌شوند، اما در مرحله دوم دمای آنها تا حدود یک میلیون درجه کلوین،‌ یعنی دمایی نزدیک به دمای مرکز خورشید،‌ داغ می‌شوند.

برای دست‌یابی به این دما، پژوهشکران از این واقعیت فیزیکی استفاده کردند که یون‌ها،‌ در یک میدان مغناطیسی قوی‌ مانند آن‌چه توسط مغناطیس‌های ابررسانای درون موتور ایجا می‌شود،‌ با فرکانس ثابتی می‌چرخند. سپس مولد فرکانس رادیویی با همان فرکانس تنظیم می‌شود تا پدیده تشدید روی دهد و این، انرژی فراوانی را به یون‌ها تزریق می‌کند.

سپس میدان‌های مغناطیسی قوی،‌ این پلاسما را از پشت سفینه بیرون می‌دهند که باعث می‌شود سفینه در جهت مخالف رانده شود. به لطف مولد فرکانس رادیویی،‌ واسیمر می‌تواند به قدرتی صد برابر دیگر موتورهایی برسد که تنها با عبور پلاسما از شبکه‌های فلزی با ولتاژ متفاوت،‌ به آن شتاب می‌دهند. در آن روش،‌ برخورد یون‌ها با شبکه فلزی،‌ آن را فرسوده می‌کرد و قدرت و طول عمر موتور یونی را کاهش می‌داد؛ اما مولد فرکانس رادیویی واسیمر هرگز با یون‌ها در تماس نیست و بدین ترتیب این مشکل را برطرف کرده است. جرد اسکوییر،‌ مدیر پژوهشی شرکت اد.آسترا می‌گوید: « تا جایی که ما می‌دانیم،‌ این قوی‌ترین منبع پلاسمای ابررسانا است».

دانشمندان شرکت اد.آسترا آزمایش‌های مرحله دوم موتور، ‌یعنی داغ کردن پلاسما را هفته پیش آغاز کرده‌اند. تا کنون گروه، موتوری دو مرحله‌ای را با قدرت 50 کیلووات به کار انداخته است. آن‌ها امیدوارند در آزمایش‌های بعدی بتوانند به توان 200 کیلووات برسند که برای تولید نیم نیوتن فشار کافی است. شاید این مقدار خیلی به نظر نرسد، اما به گفته اسکوییر با آن می‌توان 2 تن بار را در فضا حمل کرد و ظرف 19 ماه از نقطه‌ای نزدیک به خورشید به سیاره مشتری رسید.

ارتقای مدار
ناسا با اد.آسترا بر سر آزمایش پرتاب این راکت به فضا برای اتصال به ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال 2012 یا 2013/ 1391 یا 1392 به توافق رسیده‌اند. احتمال دارد که واسیمر بتواند نیاز‌های دوره‌ای نگه‌داشتن ایستگاه فضایی بین‌المللی را در مدار خودش برآورده کند.

واسیمر با سطح قدرت فعلی خود می‌تواند کاملا با انرژی خورشیدی کار کند. به عقیده اسکوییر، ‌این راکت یونی می‌تواند یدک‌کش خوبی در مدار زمین باشد که ماهواره‌ها را به مدارهای مختلف منتقل کند. همچنین می‌تواند برای پایگاه فضایی روی ماه، محموله بفرستد و چون سرعت نسبتا زیادی دارد، می‌توان آن را به سیارک‌های خطرناک فرستاد تا به کمک نیروی گرانشی، سال‌ها پیش از این که به زمین برخورد کنند، مسیرشان را تغییر دهد.

با این‌حال،‌ این موتور برای سفر 39 روزه به سیاره مریخ،‌ به نیرویی هزار برابر آن‌چه انرژی خورشیدی می‌تواند تامین کند، نیاز دارد و از این رو، واسیمر احتمالا به یک راکتور هسته‌ای نیاز خواهد داشت. اتحاد جماهیر شوروی، نسخه‌های اولیه فناوری راکتور را از دهه 1960/ 1340 تا 1980/ 1360 استفاده می‌کرد، اما این راکتورها تاکنون در فضا استفاده نشده‌اند و ساخت آن احتمالا نیاز به زمان دارد.

تغییر دهنده بازی

از سوی دیگر، چارلز بولدن، رییس جدید ناسا، ‌به تازگی از احتمال چنین سفر کوتاهی به مریخ سخن گفته است. او گفته که ناسا در ساخت واسیمر حق کوچکی دارد و این همکاری را مثال خوبی از مشارکت با صنعت خصوصی خوانده که می‌تواند ناسا را بعد از این که شاتل فضایی در سال 2010 / 1389 بازنشسته شد، ‌به اهداف خودش برساند.

جان موریتور،‌ از دانشگاه موسسه فضایی تنس و از مهندسان سابق برنامه شاتل فضایی ناسا،‌ معتقد است موتورهایی مانند واسیمر می‌توانند اولین سفر انسان به مریخ را محقق سازند. وی می‌گوید:‌ «با فناوری نیروهای محرکه فعلی،‌ سفر بشر به مریخ نشدنی است. این سفرهای طولانی در خارج از میدان مغناطیسی محافظ زمین،‌ می‌تواند فضانوردان را در معرض پرتوهای فضایی خطرناک‌تری قرار دهد. اما اگر موتوری مثل واسیمر بتواند انسان را 40 روزه به مریخ برساند،‌ این سفرها هم جزو کارهایی قرار می‌گیرد که با انجام آن توسط انسان مشکلی نخواهیم داشت. این موتور بازی را تغییر می‌دهد».