فیزیکدان ایرانی‌الاصل با الهام از شراره‌های خورشیدی راکت فض...
فیزیکدان ایرانی‌الاصل با الهام از شراره‌های خورشیدی راکت فضایی طراحی کرد
یکی از فیزیکدانان ایرانی‌الاصل وزارت انرژی ایالات متحده راکتی طراحی کرده که با استفاده از میدان‌های مغناطیسی نیروی پیشران تولید کرده و می‌تواند مدت زمان سفر به مریخ را کم کند.
راکت‌های شیمیایی کنونی با تولید انرژی فوق العاده از نیروی گرانش قوی زمین فرار کرده و محموله‌ها یا فضانوردان را به مدار می‌رسانند. این قبیل راکت‌ها اما بازدهی بسیار کمی دارند به طوری که سوخت آنها پس از تنها چند دقیقه تمام می‌شود. موتورهای الکتریکی مثل «پیشرانه اثر هال» برعکس هستند؛ آنها نیروی بسیار کمی تولید کرده ولی تا ماه‌ها به تولید آن ادامه می‌دهند.
متأسفانه هیچ‌کدام از این دو پیشرانه مناسب سفر به مریخ نیستند و با استفاده از آنها رسیدن به سیاره سرخ ماه‌ها و حتی سال‌ها طول خواهد کشید. بنابراین نیاز به پیشرانه‌ای است که خصوصیات پیشرانه الکتریکی و شیمیایی را ترکیب می‌کند.
«فاطمه ابراهیمی»، فیزیکدان ایرانی-آمریکایی آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) متعلق به وزارت انرژی ایالات متحده طرح چنین راکتی را ارائه کرده است. این راکت از همان مکانیزمی که شراره‌های خورشیدی به کمک آن از سطح خورشید با سرعت سرسام‌آور به بیرون پرتاب می‌شوند استفاده می‌کند. این شراره‌ها از اتم‌های باردار و ذراتی به نام پلاسما تشکیل شده‌اند که درون میدان‌های مغناطیسی قوی به دام می‌افتند.
ابراهیمی برای پیشرانه راکت خود از نوعی فرآیند فیزیکی به نام «اتصال مغناطیسی» (magnetic reconnection) استفاده کرده است. در این فرآیند میدان‌های مغناطیسی در پلاسماهای باردار خود را برای همگرا شدن، دور شدن و دوباره همگرا شدن تغییر شکل می‌دهند. آنها با این کار مقدار زیادی انرژی جنبشی و گرمایی تولید کرده و به ذرات شتاب می‌دهند. این پدیده علاوه بر خورشید در اتمسفر زمین و همچنین درون رآکتورهای همجوشی مثل «توکامک» (Tokamak) دیده می‌شود.
به عبارت خیلی ساده، پیشرانه مغناطیسی شبیه به پیشرانه یونی است که ناسا به دنبال استفاده از آنها در فضاپیماهای آینده است. پیشرانه‌های یونی اتم‌های سنگین مثل زنون را با استفاده از میدان الکتریکی شتاب می‌دهند. در طرح ارائه شده توسط ابراهیمی کار شتاب‌دهی توسط میدان‌های مغناطیسی انجام می‌شود.
شبیه‌سازی های کامپیوتری نشان می‌دهند که سرعت خروجی پیشرانه اتصال مغناطیسی ۱۰ برابر سریع‌تر از پیشرانه‌های الکتریکی کنونی است. ابراهیمی می‌گوید: «سفر به مقاصد دوردست به خاطر تکانه ویژه بسیار پایین راکت‌های کنونی ماه‌ها و حتی سال‌ها طول می‌کشد. اما با پیشرانه اتصال مغناطیسی می‌توانیم سفرهای طولانی را در مدت زمان کمتری انجام دهیم.»
این پیشرانه مفهومی علاوه بر کم کردن زمان سفر، توپ‌هایی از پلاسما به نام Plasmoid که درون حباب‌های مغناطیسی قرار گرفته‌اند را به بیرون پرتاب می‌کند که به قدرت موتور می‌افزایند. علاوه بر این، پیشرانه برای تولید نیروی پیشران به عناصر سنگین نیاز نداشته و می‌توان تانکر آن را با عناصر سبک‌تر و ارزان‌تر پر کرد. ابراهیمی در این رابطه می‌گوید: «پیشرانه‌های دیگر به گازهای سنگین که از اتم‌هایی مثل زنون تشکیل شده‌اند نیاز دارند، اما در این طرح می‌توانید از هر نوع کازی که می‌خواهید استفاده کنید.»
یافته‌های این تحقیق در ژورنال Plasma Physics منتشر شده است.
دیجیاتو
#تحقیق #راکت #فضانوردی #مریخ
