عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.
تم إنشاء صورة Alpha Centauri هذه من خلال تجميع الصور من مسح Sky Digitized 2. | الائتمان: ناسا
يمكن أن يكون الوصول إلى الفضاء بين النجوم أبسط بكثير مما كنا نظن ، وذلك بفضل فكرة جديدة تسمى Tars ، أو “تسارع Torqued باستخدام الإشعاع من الشمس”. إنه في الأساس عبارة عن طرد مركزي يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه مزلقة التحقيقات الصغيرة إلى سرعات أكبر من سرعة الهروب المطلوبة للخروج من النظام الشمسي.
يعد القيام بمهمة بين النجوم “أحد أكثر المشكلات صعوبة التي ستواجهها الإنسانية” ، “David Kipping ، العالم الذي يقف وراء فكرة Tars ، لـ STHENSPACE.com.
يمكن أن تكون Tars ، التي سميت على اسم الروبوت من فيلم 2014 “Interstellar” ، وسيلة للسفر إلى نجوم آخرين. لا تتطلب Tars مفاعلات الانصهار ، ولا ليزر Gigawatt – ولا حتى صاروخ كيميائي (بخلاف إطلاق القطران من الأرض). بدلاً من ذلك ، يكمن جمال القطران في بساطته. إليكم كيف يُقصد به العمل.
تتصور Kipping ، أستاذ علم الفلك بجامعة كولومبيا في نيويورك ، القطران على أنه يضم مجادين ، مع كل مجداف له طلاء عاكس على جانب واحد وطلاء مظلم من جهة أخرى. تقع المجاذيف 180 درجة فيما يتعلق ببعضها البعض ، وبالتالي فإن الجوانب العاكسة تشير إلى اتجاهين متعاكسين. سيكون متصلاً بواسطة الحبل.
كما هو الحال مع الشراع الشمسي ، فإن أشعة الشمس ستدفع على الجوانب العاكسة ، مما يتسبب في تدور القطران – أسرع وأسرع حتى تصل إلى سرعة حرجة يتم فيها إطفاء مركبة فضائية صغيرة ، وربما لا تكون أكبر من هاتف محمول ، بسرعة عالية. ستعمل Tars أيضًا على شكل بطارية ، وتشحن بالطاقة الشمسية حتى تصبح جاهزة لإطلاق كل تلك الطاقة الشمسية كطاقة حركية.
في ورقته ، المكتوبة مع طالبة الهندسة في كولومبيا كاثرين لامبو ، يعطي Kipping مثالاً على مجاذيات اثنين فقط من سماكة 2.8 ميكرون فقط ولكن بعرض 23 قدمًا (7 أمتار) ، مفصولة ببلاب 207 قدمًا (63 مترًا) ، يمكن نسجها لمدة ثلاث سنوات قبل أن تتنقل على سباكاكيرت على بعد 7.5 ميلاً (12.1 كيلوومًا) في المركز الثاني. أضف حركتها المدارية إلى سرعة مقلاعها ويجب أن يتجاوز هذا الجهاز 26 ميلًا (42 كيلومترًا) في الثانية المطلوبة للهروب من النظام الشمسي وإدخال مساحة بين النجوم.
ومع ذلك ، فإن السفر بهذه السرعة النهائية سيستغرق أكثر من 30،000 عام للوصول إلى Alpha Centauri ، أي 4.3 سنة ضوئية. على الجانب المشرق ، هناك أشياء يمكن القيام بها لتسريع الأمور إلى أبعد من ذلك.
فيما يتعلق بالتصميم الأساسي ، يقول Kipping إن هناك عاملين يحكمان سرعة الإصدار: “أحدهما هو المدة التي تتقاضاها ، ولكن الأهم من ذلك هو قوة الشد المحددة ، وهي قوة الشد بالنسبة للكتلة.”
تصف قوة الشد الحد الأقصى الذي يمكن أن تحمله المادة قبل الانهيار ، ويتم تحديده بواسطة المادة المستخدمة. كانت أقوى المواد التي يمكن أن تجدها kipping هي أوراق متاحة تجاريا من الأنابيب النانوية الكربونية ، وهو ما تستند إليه الحسابات في ورقته. ومع ذلك ، في المستقبل ، قد نجد طريقة لتصنيع الجرافين على نطاق صناعي ، والتي ستكون مادة أفضل بكثير لأنها تتمتع بقوة شد أكبر بكثير من أنابيب الكربون النانوية. هذا من شأنه أن يحسن بشكل كبير من سرعة الإطلاق ، كما يقول Kipping.
يمكن أن تشمل التقنيات الأخرى تسخير “تأثير Oberth” ، حيث تتسارع المركبة الفضائية أثناء تحركها نحو الشمس ، لذلك عندما تُزداد سرعة الشمس ، تزداد سرعة المركبة الفضائية.
يمكن أن يكون الشراع الشمسي مفتاحًا لطريقة منخفضة التكلفة للسفر الأسرع للمساحة. | الائتمان: ناسا
هناك مشكلة في هذه الغاية ، رغم ذلك. تدريجياً ، سيبدأ تأثير الإشعاع الشمسي في دفع القطران بعيدًا عن الشمس ، وكلما وصلت إلى أبعد من أشعة الشمس ، كلما كان ضوء الشمس الذي يتلقاه (أشعة الشمس تنخفض بعد قانون المربع العكسي ، لذلك في مرتين على المسافة من الشمس ، ستشعر القطران بأربعة مرات أقل من أشعة الشمس).
يحتوي Kipping على حل جاهز – يطلق عليه شبه شبه. إنه اختلاف في فكرة تسمى إحصاء ، وهو نوع من الإبحار الشمسي ، إلا أنه تم تصميمه بحيث يكون الضغط الخارجي من أشعة الشمس متوازنة تمامًا مع الضغط الداخلي لجاذبية الشمس. الشراع الشمسي من الإحصاء وبالتالي لا يبحر في أي مكان.
بالمقارنة ، أ شبه سيكون غير متوازن بعض الشيء ، ويشعر بالجاذبية أكثر بقليل من ضغط الإشعاع الخارجي ، مما يؤدي إلى سقوطه نحو الشمس. ومع ذلك ، امنحها القليل من الدفعة الجانبية ، ويمكن أن تحافظ على مدار حول الشمس ، على غرار كيف تكون الأقمار الصناعية في السقوط الحرة حول الأرض – السقوط دائمًا تحت خطورة الأرض ، ولكن على مسار يتبع منحنى الأرض.
وقال كابينج: “بالنسبة إلى شبه ، لا تزال الجاذبية تفوز ، لذا فهي تريد أن تقع في الشمس ، وبالتالي تحتاج إلى القليل من الحركة للحفاظ عليها في مدار ، لكن هذا المدار سيكون بطيئًا للغاية”.
هذا هو ما يجعل شبه شبه: لا يتبع قوانين يوهانس كيبلر للحركة المدارية. على سبيل المثال ، فإن سرعة الزئبق المدارية أسرع بكثير من الأرض لأنها أقرب بكثير من الشمس. من ناحية أخرى ، يمكن أن يدور الكواسيكي على الشمس في نفس المسافة مثل الزئبق ولكن مع وتيرة الأرض أبطأ.
إن كونك شبه شبه من شأنه أن يمنع القطران من الضغط بعيدًا عن أشعة الشمس ، مما يسمح للقطران بالحفاظ على المسافة وزيادة كمية الطاقة الشمسية التي تتلقاها.
على الرغم من أنه ، من الناحية النظرية ، لا يوجد حد أقصى للسرعة ؛ سيحتاج التصميم إلى النمو بشكل كبير في الحجم إذا كان يحاول الوصول إلى سرعات نسبية تشكل جزءًا كبيرًا من سرعة الضوء. في الواقع ، من خلال الجمع بين الكوازيت مع تأثير Oberth ، فإن بناء الجرافين ، وحقل كهرومغناطيسي ، وشيء يدور في البداية تدور لأعلى (مثل الليزر) ، يمكن أن تصل المركبة الفضائية الصغيرة المنبعثة من القطران إلى سرعة تصل إلى 620 ميلًا في الثانية (1000 كيلومتر في الثانية) ، وهي 0.3 ٪ من سرعة الضوء.
بالانتقال إلى مثل هذه السرعة ، يمكن أن تصل المركبة الفضائية إلى نظام ألفا سنتوري في أقل من 1300 عام.
“يقول الناس دائمًا أنك لن تصل أبدًا إلى Alpha Centauri في حياتك ، ولكن بطريقة ما ، من يهتم؟” قال kipping. “بالنسبة لي ، يبدو أن أنانيًا جدًا أن نصر على أن أي نظام فضاء نقوم ببنائه يجب أن يصل إلى دورة الانتهاء بالكامل في حياة إنسانية. ما نحاول القيام به هو ترك عالم أفضل للأشخاص الذين يأتون بعدنا ، وأن مهمةنا المتمثلة في أن تصل إلى بين النجوم ، والاستكشاف ، فإنها تستحق القيام بها”.
بالطبع لا يزال Tars مجرد مفهوم ورقي في الوقت الحالي ، لكن Kipping كشف أنه تلقى اهتمامًا من بعض شركات Faceflight الخاصة التي توفر مساحة في إطلاقها التالي مجانًا إذا كان بإمكانه توفير نموذج أولي بحجم Cubesat من Tars.
“كان علي أن أتحقق من ذلك لأنه ليس لدينا أي شيء لنطلقه!” قال kipping. “ربما في المستقبل ، يمكننا أن نأخذهم في هذا العرض. أعتقد أنه نوع المشروع الذي يمكن أن يبنيه الطلاب الجامعيون الهندسيون.”
إن مفهوم أن الطالب الجامعي يمكن أن يساعد في بناء مهمة بين النجوم هو مفهوم مذهل ، ولكن هذا هو الإمكانية التي يراها Kipping في القطران. ستكون الصعوبات الهندسية الرئيسية للنموذج الأولي في نشرها-ألواح سميك ميكرون ، ثم إعادة القياس عن بعد إلى الأرض حتى يتمكن الفريق من التأكد من أنه يدور بشكل صحيح وعدم الهبوط.
كلما كانت الأجزاء المتحركة أقل وأبسط التصميم ، كان ذلك أفضل. في الواقع ، قام Kipping بتعديل تصميمه الأصلي الخاص به ، وإزالة الحبل والانضمام إلى المجاذيف في بنية واحدة ، مدبب على كلا الجانبين.
قصص ذات صلة
– ما هو الشراع الشمسي؟
– ينشر الشراع الشمسي في ناسا أجنحته في الفضاء بنجاح
– المركبات الفضائية المزودة بإبحار شمسي يمكن أن توفر تحذيرات سابقة من تهديدات الطقس الفضائية لتقنيات الأرض
وقال كابينج الذي وضع القطران في المجال العام “لا يوجد أي ضمان لحدوث ذلك ،” لماذا لا ينتظرون ثلاثة قرون حتى يخترق شخص ما حملة تشوه ، أقول لماذا “فلسفتي هي أننا نحتاج فقط إلى جميع الأفكار التي يمكننا الحصول عليها ؛ كلما زاد عدد الخيارات التي لدينا في القائمة ، ربما سيصلنا بعضها إلى النجوم”.
يمكنك قراءة ورقة Kipping و Lampo التي تصف Tars في مجلة Astro-Ph.