سفر به فراتر از مرزهای شناخته شده: از کاوش مریخ تا سفرهای بینستارهای
از آغاز عصر فضا در دهه ۱۹۶۰، زمانی که یوری گاگارین نخستین انسانی شد که پا به فضای بیرونی گذاشت، تا امروز که شرکتهای خصوصی در حال برنامهریزی برای سکونت در مریخ هستند، فناوری فضایی مسیری پرسرعت و پرشتاب را طی کرده است. در قرن بیست و یکم، شاهد تحولی بنیادین در صنعت فضایی بودهایم که نه تنها توسط دولتها، بلکه با حضور پررنگ بخش خصوصی پیش میرود.
اهمیت فناوری فضایی در زندگی مدرن غیرقابل انکار است. از سیستمهای ناوبری و ارتباطات ماهوارهای گرفته تا پیشبینی آب و هوا و مدیریت بلایای طبیعی، فضا به بخش جداییناپذیر زیرساخت حیاتی بشر تبدیل شده است. بر اساس گزارش انجمن صنایع ماهوارهای، صنعت فضایی جهانی در سال ۲۰۲۳ بیش از ۴۶۹ میلیارد دلار ارزش داشته و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۰ به بیش از ۱ تریلیون دلار برسد.
چشمانداز آینده صنعت فضایی شامل اهداف بلندپروازانهای مانند پایگاههای دائمی در ماه، شهرکهای انسانی در مریخ، معدنکاوی سیارکی و حتی آمادهسازی برای سفرهای بینستارهای است. این مقاله به بررسی جامع پیشرفتهای کلیدی در تکنولوژی فضایی قرن بیست و یکم میپردازد و به سؤالات مهمی پاسخ خواهد داد.
سیستمهای پیشرانه سنتی شیمیایی که بر پایه احتراق سوخت و اکسیدکننده عمل میکنند، اگرچه قدرت لازم برای فرار از جاذبه زمین را فراهم میآورند، اما برای سفرهای طولانی فضایی کارایی محدودی دارند. این محدودیت محققان را به سمت توسعه فناوریهای پیشرانه نوین سوق داده است.
موتورهای یونی با شتاب دادن به یونها (اتمهای باردار) توسط میدان الکتریکی، نیروی پیشرانه ایجاد میکنند. اگرچه نیروی رانش تولیدی این موتورها بسیار کم است (معادل وزن یک ورق کاغذ روی دست)، اما به دلیل بازدهی سوخت بسیار بالا (ضریب ویژه impulso حدود ۳۰۰۰-۵۰۰۰ ثانیه در مقایسه با ۴۵۰ ثانیه موتورهای شیمیایی) میتوانند برای ماهها یا سالها به طور پیوسته کار کنند و سرعت فضاپیما را به تدریج افزایش دهند.
پیشرانه حرارتی هستهای (NTP) با استفاده از رآکتور هستهای برای گرم کردن پیشماده (مانند هیدروژن مایع) و سپس خروج آن از نازل، نیروی رانش ایجاد میکند. این سیستم میتواند بازدهی دو برابر موتورهای شیمیایی داشته باشد. پروژه دیویدا (DRACO) دارپا و ناسا قصد دارد تا سال ۲۰۲۷ یک نمایشگر پرواز پیشرانه حرارتی هستهای را آزمایش کند.
مقایسه بازدهی سیستمهای پیشرانه مختلف:
موتورهای رامجت بینسیارهای (Bussard ramjet) مفهومی نظری هستند که با جمعآوری هیدروژن بینستارهای به عنوان سوخت، امکان سفرهای بینستارهای را فراهم میکنند. اگرچه این فناوری هنوز در مرحله نظری است، اما میتواند کلید سفر به ستارگان دیگر باشد.
انقلاب در فناوریهای ساخت و پرتاب، هزینه دسترسی به فضا را به میزان قابل توجهی کاهش داده و امکان مأموریتهای فضایی تجاری را فراهم کرده است.
شرکت اسپیسایکس با توسعه موشکهای فالکون ۹ و فالکون هوی که قابلیت فرود عمودی و استفاده مجدد دارند، هزینه پرتاب به فضا را تا ۷۰٪ کاهش داده است. تا سال ۲۰۲۳، اسپیسایکس بیش از ۲۰۰ فرود موفق مرحله اول را انجام داده و برخی از بوسترها بیش از ۱۵ بار پرواز کردهاند.
چاپ سهبعدی امکان تولید قطعات یدکی، ابزار و حتی زیستگاه در فضا را فراهم میکند. شرکت Relativity Space در حال توسعه موشکهایی است که ۹۵٪ قطعات آنها با چاپ سهبعدی تولید میشوند. در ایستگاه فضایی بینالمللی، چاپگر سهبعدی Made In Space از سال ۲۰۱۴ تاکنون دهها قطعه و ابزار تولید کرده است.
جاذبه میکروگرانش در فضا شرایط منحصر به فردی برای تولید مواد با خلوص بالا و ساختارهای کریستالی بینقص فراهم میآورد. شرکت Varda Space Industries قصد دارد کارخانههای فضایی برای تولید محصولات دارویی و مواد پیشرفته در مدار زمین ایجاد کند.
آینده کاوش فضایی با پروژههای بلندپروازانهای شکل خواهد گرفت که مرزهای علم و فناوری را جابجا خواهند کرد.
پروژه Breakthrough Starshot که در سال ۲۰۱۶ announced شد، قصد دارد نانوکاوشگرهای سبک weight مجهز به بادبانهای لیزری را به سistema Alpha Centauri بفرستد. این کاوشگرها میتوانند با سرعت ۲۰٪ سرعت نور حرکت کنند و در حدود ۲۰ سال به Alpha Centauri برسند.
چندین فناوری انقلابی در حال توسعه هستند که میتوانند کاوش فضایی را متحول کنند. پیشرانههای ضد ماده که میتوانند بازدهی ۱۰۰ برابر پیشرانههای هستهای داشته باشند، warp drive نظری که基于 ت distort کردن فضا-زمان است، و فناوریهای cryogenic برای خواب طولانی مدت فضانوردان از جمله این innovations هستند.
تأثیر این پیشرفتها بر نسلهای آینده بشریت profound خواهد بود. کاوش فضایی not only درک ما از کیهان را расшиرش میدهد، بلکه فناوریهایی ایجاد میکند که میتوانند چالشهای جهانی روی زمین را حل کنند.
منابع: ناسا، آژانس فضایی اروپا، سازمان فضایی چین، SpaceNews، گزارشهای صنعت فضایی مورگان استنلی، مقالات علمی از Nature و Science