عصر ایران- با پیشرفت علم و فناوری فضایی، سفرهای بین سیاره ای به سرعت به یکی از اهداف اصلی بشر تبدیل شده است. یکی از محدودیت های اصلی سفرهای طولانی، تاثیرات مخرب تابش کیهانی و کاهش حجم عضلات فضانوردان در مدت زمان طولانی سفر است. ایده ای که از حدود 3 قبل بسیار جدی شد، چنان از منظر علمی جذاب است که پرداختن به آن هیچ گاه اسیر زمان نمی شود.
استفاده از موتورها و سیستم های پیشران سنتی شیمیایی، هرچند قابل اعتماد، به دلیل نیاز به سوخت زیاد و زمان طولانی سفر، این خطرات را افزایش می دهد. در این زمینه، فناوری موشک های هسته ای همجوشی به عنوان راهکاری نوآورانه مطرح شده است که می تواند زمان سفرهای بین سیاره ای را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و سفرهای انسانی به مریخ و فراتر از آن را عملی سازد.
همجوشی هسته ای فرآیندی است که در آن دو هسته سبک مانند دوتریوم و تریتیوم، با یکدیگر ترکیب شده و هسته سنگین تری تشکیل می دهند. در این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می شود که منشا انرژی خورشید و دیگر ستارگان است.
برای استفاده از این انرژی در پیشران های فضایی، پژوهشگران از روش های مختلفی مانند همجوشی مغناطیسی و همجوشی هدف گذاری مغناطیسی استفاده می کنند. در پیشران های مغناطیسی، پلاسما با دماهای چند میلیون درجه سانتی گراد تحت میدان های مغناطیسی شدید محصور می شود تا از برخورد با دیواره های محفظه جلوگیری شود و واکنش همجوشی پایدار شود. این واکنش انرژی حرارتی بسیار بالا ایجاد کرده و با تبدیل آن به پرتاب ماده در سرعت های نزدیک به 10000 کیلومتر بر ساعت، رانش عظیمی تولید می کند.
موشک های مبتنی بر همجوشی از چند بخش اصلی تشکیل شده اند: راکتور همجوشی، سیستم خنک کننده، محفظه خروج پلاسما و سیستم کنترل میدان مغناطیسی. در این موشک ها انفجارهای کنترل شده انرژی باعث شتاب گرفتن فضاپیما می شود. یکی از مزایای اصلی این فناوری نسبت به پیشران های شیمیایی، نسبت رانش به وزن بسیار بالاتر و مصرف سوخت بسیار کمتر است.
نمونه ای از موشک همجوشی شرکت بریتانیایی پالسر فیوژن
با استفاده از موشک های شیمیایی، سفر یک طرفه به مریخ حدود 6 تا 9 ماه طول می کشد و یک ماموریت کامل رفت و برگشت با احتساب زمان انتظار در مدار مریخ برای هم ترازی با زمین تقریبا 500 روز طول می کشد. بهره گیری از موشک های مبتنی بر همجوشی هسته ای می تواند این مدت زمان را به 30 تا 90 روز کاهش دهد.
شرکت پالسر فیوژن مستقر در بریتانیا یکی از پیشگامان توسعه پیشران های مبتنی بر همجوشی هسته ای برای سفرهای فضایی و سیستم های انرژی با راندمان بالا است. این شرکت هم اکنون فعال بوده و پروژه های توسعه پیشران های فضایی و سیستم های انرژی همجوشی در دست اجرا قرار دارند.
پالسر فیوژن روی فناوری همجوشی مغناطیسی هدف گذاری شده کار می کند که امکان تولید رانش بالا با مصرف سوخت کم را فراهم می کند و می تواند سرعت فضاپیما را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
پیشران های این شرکت از چند بخش اصلی تشکیل شده اند:
راکتور همجوشی کوچک و فشرده که پلاسما را تا دمای میلیون ها درجه سانتی گراد گرم می کند.
سیستم کنترل میدان مغناطیسی برای حفظ پایداری پلاسما و جلوگیری از برخورد با دیواره ها.
محفظه خروج پلاسما که انرژی آزاد شده از واکنش همجوشی را به رانش تبدیل می کند.
سیستم خنک کننده و مدیریت گرما برای محافظت از تجهیزات حساس.
ویژگی مهم پیشران های پالسر فیوژن، نسبت رانش به وزن بالا و اندازه کوچک آنهاست، که امکان استفاده در فضاپیماهای جمع و جور و ماموریت های انسانی بین سیاره ای را فراهم می کند. شرکت اعلام کرده است که استفاده از این فناوری می تواند مدت زمان سفر به مریخ را از چند ماه با موشک های شیمیایی به کمتر از 90 روز کاهش دهد و همزمان خطرات ناشی از تابش کیهانی و تحلیل عضلات فضانوردان را کاهش دهد.
تجربه گسترده Pulsar Fusion در کنترل واکنش های همجوشی و مدیریت انرژی بالا موجب می شود توسعه پیشران های فضایی با اطمینان بیشتری انجام شود. این نمونه نشان می دهد که فناوری موشک های همجوشی تنها یک مفهوم نظری نیست و توسعه عملی آن در حال پیشرفت است.
کاهش زمان سفر مزایای متعددی دارد. نخست، تابش کیهانی که در طول سفرهای طولانی می تواند باعث آسیب به سلول های بدن شود، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. دوم، کاهش مدت زمان بی حرکت بودن بدن فضانوردان، امکان حفظ حجم عضلات و سلامت استخوان ها را بیشتر می کند. سوم، مصرف سوخت کمتر و بهره وری بالاتر انرژی، هزینه های سفرهای بین سیاره ای را کاهش می دهد.
با وجود این مزایا، چالش های فنی قابل توجهی وجود دارد. یکی از مهمترین مشکلات، کنترل پایدار واکنش همجوشی در شرایط خلا و دمای بسیار بالا است. علاوه بر آن، تولید و نگهداری سوخت دوتریوم و تریتیوم، مدیریت گرمای بسیار زیاد و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات حساس فضاپیما، از دیگر موانع اصلی محسوب می شود. پژوهشگران برای رفع این مشکلات، آزمایشگاه های تخصصی و شبیه سازی های پیچیده ای طراحی کرده اند تا اجزای مختلف را در شرایط نزدیک به فضای واقعی تست کنند.
اگر فناوری موشک های همجوشی به بلوغ برسد، سفرهای انسان به مریخ و دیگر سیارات منظومه شمسی به شکل قابل توجهی کوتاه و ایمن خواهد شد. این پیشرفت می تواند دسترسی بشر به منابع فضایی، ایجاد پایگاه های تحقیقاتی در سیارات دیگر و گسترش فعالیت های علمی و صنعتی در فضا را ممکن سازد. علاوه بر آن، توسعه پیشران های همجوشی می تواند به عنوان یک پلتفرم برای اکتشافات عمیق تر و سفر به ستارگان نزدیک مورد استفاده قرار گیرد.
گردآوری و ترجمه: مازیار دانیالی