مروری بر فهرست مهمترین فیلمهای تابستان ۲۰۲۶ هالیوود
هواپیماهای فضایی ایدهای ارزان برای سفر به فضا
راه یافتن به فضا هیچگاه ساده نبوده است. تنها برای هر بار پرتاب، فرود بیخطر و آمادهسازی دوباره شاتلهای فضایی به هزاران تن از نیروهای فنی و مهندسی خبره نیاز است. از آن گذشته حتی پیشرفتهترین راکتهای فضایی نیز به بخشهای تشکیلدهنده بسیار سنگینی نیاز دارند که هریک حامل قسمتی از سوخت مورد نیاز فضاپیماها هستند که از آغاز پرتاب در فواصل زمانی مختلف از راکت اصلی جدا میشوند. چندین دهه است که مهندسان علوم فضایی رویای دستیابی به شیوهای بهتر برای ساخت فضاپیماها را در ذهن میپرورانند.
یکی از این ایدههای جذاب، دستیابی به مدل قطعی برای فضاپیمای یکمرحلهای است که تنها در یک مرحله جداسازی بتواند خود را به اتمسفر زمین برساند. فلسفه اصلی نهفته در ورای این ایده، ارائه فضاپیمایی ارزانقیمتتر، سبکتر و در عین حال با قابلیت مهمی همچون استفاده مجدد است که همواره به عنوان چالش اصلی فراروی دانشمندان این عرصه خودنمایی کرده است. به عقیده حامیان این ایده، حفظ و نگهداری از فضاپیمایی که با هزینه کم تولید میشود معادل هزینه مربوط به نگهداری از هواپیماهای جت است که هرگز با هزینههای مرتبط با شاتل قابل مقایسه نیست. از آن گذشته زمان لازم برای آمادهسازی پیش از پرتاب از چندین ماه به چند روز و حتی ساعت تقلیل پیدا میکند. از آنجا که بخش اصلی وزن سنگین یک فضاپیما مربوط به مخزن سوخت آن میشود، یکی از راهبردهای کاربردی برای رهایی از این مشکل طراحی موتوری است که فضاپیما با استفاده از آن بتواند بخشی از مسیر پروازی خود را با سوزاندن اکسیژن موجود در اتمسفر زمین به عنوان سوخت طی کند. اکنون این پرسش مطرح میشود که <آیا در حال نزدیک شدن به این هدف هستیم؟> چندی پیش یک شرکت تحقیقاتی موسوم به <موتورهای واکنشی> در انگلیس از دریافت بودجه یک میلیون یورویی از آژانس فضانوردی اروپا خبر داد تا با استفاده از آن قطعات مهم موتور راکت فضایی را طراحی کند که اساس کارکرد آن مبتنی بر هوا باشد.
محققان این شرکت امیدوارند در آیندهای نهچندان دور و با استفاده از این قطعات بتوان به ایده قدیمی طراحی و ساخت هواپیمای فضایی موسوم به <اسکایلون> جامه عمل بپوشند. ذهنیت اولیه دانشمندان در خصوص این هواپیمای فضایی این است تا سازهای طراحی کنند که همچون هواپیماهای رایج از باند فرودگاه برای نشستن و برخاستن استفاده کند. اما هواپیمای اسکایلون تنها گزینه برای آینده نیست. هماکنون پروژههای مختلفی در آزمایشگاههای مختلف در گوشه و کنار جهان در دست بررسی است که گرچه برخی از آنها تنها در مرحله ایده هستند، اما با توجه به لزوم جدی دستیابی به روشی جدید و سریع برای سفرهای ارزانقیمت به فضا به نظر میرسد در یک یا دو دهه آینده برخی از آنها به مرحله آزمایشهای عملی نیز برسند. در این میان فناوری موسوم به <سوخت هوا> به عنوان مبنای بسیاری از این طرحها در نظر گرفته شده است و حتی گفته میشود آینده توسعه دانش سفرهای فضایی به توسعه این مفهوم جذاب بستگی دارد: استفاده از هوا به عنوان سوخت موتور فضاپیماهای آینده. اما موتورهایی از این دست چگونه با استفاده از هوا به عنوان سوخت کار میکنند؟ بخش مهمی از موتورهایی که با استفاده از هوا کار میکنند، شامل قسمت ورودی بسیار باریکی است که در قسمت جلوی سیستم فضایی قرار دارد و هوا از طریق آن وارد موتور میشود. جت رم از جمله موتورهایی است که میتوان با استفاده از آن ایده طراحی فضاپیماهایی که با سوخت هوا کار میکنند را عملی ساخت. در این نوع موتور بر اساس استفاده از طرحهای خاص هندسی شرایطی فراهم میشود که افت جریان هوا در آن به آهستگی صورت گیرد. اما جت رمها تنها در سرعتهای نسبتا پایین کاربرد دارند. در سرعتهای بسیار بالا به عنوان مثال 5 برابر سرعت صوت یا حدود 5 ماخ جریان هوا برای احتراق درون موتور بیش از حد داغ است.
راه حل کلی برای این مشکل <جت اسکرم>ها هستند که سرعتی بالغ بر 6 برابر سرعت صوت دارند. در این موتورها جریان هوا چندان کم نمیشود، اما در عوض به سرعت هوای بشدت در حال جریان با سوخت ترکیب شده تا فرآیند پیشرانش ایجاد شود. اما این موتورها هم تنها در سرعتهای بالای 5 ماخ کارایی دارند و این یعنی که به سیستم دیگری مثلا راکتهای فعلی برای پیشرانش هواپیما در سرعتهای مافوق صوت نیاز است. اکنون پرسش دیگری مطرح میشود که پاسخ آن جذابیت خاصی دارد و در حقیقت به بسیاری از دانشمندان در طراحی و ساخت فضاپیماهایی مبتنی بر آنها انگیزه میدهد: سرعت سیر در فضا با استفاده از این نوع موتورها چقدر است؟
پاسخ این پرسش هنوز چندان روشن نیست، زیرا فناوری این موتورها هنوز پیشرفتهای قابل ذکری ندارد و آزمایشهای چشمگیری نیز در این زمینه صورت نگرفته است. اما در سرعتی معین محققان بر این باورند که امکان ترکیب هوا با سوخت و ایجاد احتراق میسر نیست. این مساله محدودیتهایی را در زمینه عملکرد موتورهای هواسوز ایجاد میکند و از آن جمله اینکه برای وارد شدن به مدار زمین بیشک به قدرت راکتی نیز نیاز است تا فرآیند سیر در هوا و فضا را تکمیل کند. مارک لویس از مهندسان علوم هوا و فضا در دانشگاه مریلند میگوید: برآوردهای صورت گرفته نشان میدهند جت اسکرمها دارای برد سرعتی بین 12 تا 20 ماخ خواهند بود که به نوع سوخت مصرفی بستگی دارد. در جت اسکرمها نیاز به استفاده از تبادلگر حرارتی اهمیت بالایی دارد. در این تبادل گرمایی هوای ورودی که در سرعت 5 ماخ بالغ بر یکهزار درجه سانتیگراد حرارت دارد، باید به کمتر از یکصد درجه برسد. پس از این مرحله است که هوای خنک شده با هیدروژن مایع ترکیب میشود و میسوزد.
اما باز هم سراغ اسکایلون میرویم. این هواپیما با این هدف طراحی شده است که پس از رسیدن به ارتفاع 26 کیلومتری از سطح زمین و پایان یافتن اکسیژن قابل سوخت در محیط، موتور آن به شیوه فعلی تغییر حالت دهد و از اکسیژن ذخیرهسازی شده برای ادامه پیشرانش آن استفاده شود. مارک همپسل، مدیر برنامههای آینده شرکت موتورهای واکنشی میگوید: این یک طرح مفهومی منحصربهفرد است و فکر کنم در حال حاضر تنها شیوه واقعبینانه برای ساخت هواپیمایی باشد که با استفاده از آن بتوان به فضا رفت. بیشک موتوری که در نهایت در این فرآیند ساخته خواهد شد باید قدرت کافی برای پیشرانش هواپیمایی به وزن 43 تن را داشته باشد و البته باید 12 تن بار را نیز به این رقم اضافه کرد که در ماموریتهای مختلف به مدار زمین و نقاطی نظیر ایستگاه فضایی بینالمللی منتقل خواهد شد.
سعید حسینی
تازه ها
گوناگون
پیشنهاد سردبیر
آخرین تمرینهای تیم ملی فوتبال در سایه حمایت فوقالعاده مردم مکزیک
طنین «زندهباد ایران» در تیخوانا
گفت و گو
