پیشران پلاسمامحور سرعت سفرهای فضایی را زیاد می کند

فاطمه ابراهیمی فیزیکدانی در آزمایشگاه فیزیک پلاسما درPrinceton  (Princeton Plasma Physics Laboratory) از دانشکده انرژی و طراح پیشرانی پلاسمایی است که پتانسیل بالایی برای سریع‌‌تر کردن سفرهای فضایی را دارد. سریع‌تر از هر فناوری دیگر که در حال حاضر موجود است. در متن حاضر جزئیات این طرح را به صورت مختصر بیان خواهیم کرد. از شما دعوت می‌شود برای دریافت اطلاعات بیشتر با مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی همراه باشید.

منبع: Brian McGowan/Unsplash

سفرهای فضایی سریع در آینده مطالعات فضایی بسیار مهم است. شاید این سفرها درک ما از کیهان و چگونگی شکل گیری حیات را تغییر دهند. احتمال موفقیت این طرح بسیار است.

تفاوت پیشران های موجود و طرح فاطمه ابراهیمی

یکی از عمده‌ترین و مهم‌ترین تفاوت‌ها در طرح فاطمه ابراهیمی با سایر طرح‌ها استفاده از میدان مغناطیسی است. کاهش و افزایش سرعت با تغییر میدان مغناطیسی ممکن می‌شود. پیشران‌های موجود با میدان الکتریکی کار می‌کنند. در موتور راکت‌های موجود پالس‌های الکتریکی ضعیف و سرعت‌های پایین‌تری حاصل می‌شود.

این پیشران با تزریق پلاسما و حباب‌های پلاسما(پلاسموئید – plasmoids) حرکت ایجاد می‌کند. در این طرح افزودن همین پلاسموئیدها است که در کنار سایر ذرات شتاب ایجاد می‌کند.

پیشران های وابسته به میدان الکتریکی سرعت کمتری بدست می دهد

افزون بر این پیشران‌های وابسته به میدان الکتریکی گازهای سنگین مانند زنون را به کار می‌گیرند. میدان مغناطیسی طرح فاطمه ابراهیمی به پلاسمای داخل پیشران اجازه استفاده از انواع بیشتری از گاز‌ها را خواهد بود. بنابراین انعطاف‌پذیری این پیشران و گستره شتاب‌هی در دسترس بیشتر می‌شود.

در حال حاضر سفر به نزدیک‌ترین سیاره به زمین، مریخ، در حدود شش ماه طول می‌کشد. موتورهای کنونی با اینجاد پالس‌های ضعیف سرعت گاز خروجی را تنظیم می‌کنند. پس برای شتاب گرفتن سفینه زمان لازم است. طرح فاطمه ابراهیمی در این مورد کارکرد بهتری دارد. بخشی از این کارایی بالا به میدان مغناطیسی برای تولید نیروی پیشران مربوط است.

شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای این پیشران نشان می‌دهد که سرعت ذرات خروجی ۱۰ برابر بیشتر از ذرات در پیشران‌های کنونی است. به همین دلیل این پیشران پلاسمایی هم اکنون نیز راهی بسیار کارآمد برای سفر به مریخ محسوب می‌شود.

تاثیرات مورد انتظار فناوری سفر سریع فضایی

مسلما موتور سریع‌تر به ما امکان بازدید از منظومه‌های مجاور یا ستاره‌ها را نخواهد داد اما می‌تواند اطلاعات، دانش، منابع و شاید اقتصاد ما را بهبود بخشد. برخی از تاثیرات سفرهای سریع‌تر فضایی عبارتند از:

فواید مستقیم مرتبط با کاهش زمان سفر

یک موتور پیشران سریع می‌تواند هزینه سفرهای فضایی از جمله سفر به مریخ را به شدت کم کند. با موتورهای سریع طول زمانی سفر کاهش می‌یابد و هزینه سوخت، تجهیزات و … کم می‌شود. بنابراین سفرهای میان سیاره‌ای قابل اجرا‌ به نظر می‌رسد.

Mike Kiev/Unsplash

کاهش زمان سفر با کاهش تعداد فضانوردانی همراه است که در معرض تابش‌های کیهانی نفوذی به هر سفینه فضایی قرار می‌گیرند. یک پیشران پلاسما که سرعت بالایی را فراهم می‌سازد مشکلات سلامت ناشی از قرار گرفتن انسان در فضا را کم می‌کند. همچنین سازمان‌های فضایی مانند NASA را به اجرای سفرهای بیشتری تشویق می‌سازد.

سفر سریع‌تر در فضا به بسیاری از طرح‌های فضایی سرعت می‌بخشد. به این صورت شاید بستگی انسان به منابع زمین با در اختیار گرفتن سایر منابع کم شود.

فواید غیر مستقیم کاهش زمان سفر

سفرهای فضایی مسلما فناوری و پژوهش را به جلو می‌راند. بنابراین با دردسترس بودن فضا می‌توان فرضیات بیشتری را مورد آزمایش قرار داد.

شاید پیشرفت‌های بسیاری برای میسر شدن سفرهای فضایی نیاز باشد اما دکتر فاطمه ابراهیمی در مورد طرح خود بسیار خوشبین است. وی امیدوارد است که به زودی نمونه‌ای آزمایشی از این طرح آماده شود.

ایده موجود در پس طرح فاطمه ابراهمی

در اصل ایده این پیشران پلاسمامحور از آزمایش‌های دستگاه‌های دونات شکل همجوشی هسته‌ای در tokamaks نشات می‌گیرد. این دستگاه در آزمایشگاه پلاسما در Princeton پیاده سازی شده است.

tolamak

در سال ۱۹۹۹ همکاری Princeton ، دانشگاه Columbia، آزمایشگاه ملی Oak Ridge و دانشگاه Wadhington آزمایشی با نام آزمایش ملی چنبره کروی یا National Spherical Torus Experiment یا NSTX را شکل داد. در این آزمایش یک دستگاه با مفهومی مشابه tokamak ساخته شد. این دستگاه با ارتقا یافتن و پیروی از فناوری روز به طرح NSTX-U تبدیل شده است.

PPPL/Wikimedia Commons

NSTX چه می کند؟

هدف NSTX پیشبرد فناوری همجوشی و تبدیل آن به یک فناوری گسترش یافته، ایمن، اقتصادی و طبیعت دوست برای تولید برق است. این دستگاه با ساختاری چنبره مانند یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با در بر گرفتن گاز یونش یافته یا پلاسما مقدمات همجوشی را ایجاد می‌کند. در نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای از مخلوط دتریوم و تریتیوم برای تولید هلیوم استفاده می شود. این میدان مغناطیسی روشی برای جایگزیده کردن پلاسما و جلوگیری از تراوش آن فراهم می‌کند.

به لحاظ نظری یک چنبره به پلاسما با حفظ فشار و تولید واکنش خودجوش همجوشی هسته‌ای با میدان‌های مغناطیسی کوچک کار می‌کند. هر چه موفقیت در حفظ این میدان‌های کوچک بیشتر باشد طرحی اقتصادی‌تر خواهیم داشت. چراکه تجهزات لازم برای تولید میدان‌های مغناطیسی قوی هزینه طرح را زیاد می‌کند.

سرعت ذرات خروجی از tokamak به بیست کلیومتر بر ثانیه می رسد

به گفته فاطمه ابراهیمی تشابهی که وی در گازهای خروجی خودروها و ذرات خروجی سرعت بالا در آزمایش NSTX دیده بود در برای وی الهام بخش بوده است. وی دریافت که tokamak در حین کار حباب‌های پلاسما تولید می‌کند که با سرعت بالای ۲۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند.

Javier Mendoza/pexels

این مشاهده به وی کمک کرد طرحی را ارائه دهد که با میدان مغناطیسی شتاب بالا تولید می‌کند. جزئیات طرح در مجله Plasma Physics منتشر شده است.


بیشتر بخوانیم
گوشت در اعماق فضا نیز تولید می شود
موتورهای ایستگاه فضایی موجب راحتتر شدن پروتزهای پا و افزایش عمر باتری آنها میشود
لباس فضایی سفر به مریخ


منبع: interestingengineering

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *