سفر به مريخ با ده گرم سوخت
نگاهي به كاركرد فضاپيماي ضد ماده
اکثر سفینه هایی که در داستان های علمی تخیلی شگفتی خوانندگان را بر می انگیزند برای سوخت خود از ضد ماده استقاده می کنند دلیل آن هم ساده است:« ضد ماده » قدرتمند ترین سوختی است که تا به حال شناخته شده است.
[ نجوم و اخترفيزيك ]
اكثر سفينه هايي كه در داستان هاي علمي تخيلي شگفتي خوانندگان را بر مي انگيزند براي سوخت خود از ضد ماده استقاده مي كنند دليل آن هم ساده است:« ضد ماده» قدرتمند ترين سوختي است كه تا به حال شناخته شده است در حالي كه چندين تن سوخت شيميايي براي فرستادن كاوشگرها به مريخ نيازاست،تنها ده ها ميلي گرم از ضد ماده براي همين منظور كفايت مي كند.اين مقدار ازضد ماده حدود يك هزارم وزن يك آب نبات كوچك است.اما در واقع اين نيروخطرات خاص خود را دارد. برخي از واكنش هاي ضدماده فوران هايي از پرتوهاي پرانرژي گاما توليد مي كنند. آنها به درون ماده نفوذ مي كنند و مولكولهاي موجود درسلول ها را متلاشي مي سازند .
اكنون «مؤسسه ايده هاي پيشرفته» (NIAC) سازمان ناسا در حال بشتيباني مالي گروهي از پژوهشگران است كه در حال تحقيق و كار بر روي طرحي جديد جهت ساخت يك سفينه با سوخت «ضد ماده »هستند.اين سفينه با ايجاد پرتوهاي كم انرژي تر خطرات ذكر شده را قابل اجتناب مي سازد.
ضد ماده گاهي وقت ها «تصوير آينه اي» ماده عادي ناميده مي شود زيرا در حالي كه مانند ماده عادي به نظر مي رسد برخي از خواص آن معكوس هستند.براي مثال الكترونهاي عادي ذراتي كه جريان الكتريكي را در همه چيزاز تلفن هاي همراه گرفته تا تلويزيون هاي پلاسمايي انتقال مي دهند داراي بار منفي هستندوضد الكترون ها داراي بار مثبت هستند وبه همين دليل دانشمندان آنها را «پوزيترون» ها نامگذاري كردند.زماني كه ضد ماده با ماده برخورد مي كند ،هر دوي آنها با تبديل شدن به انرژي از بين مي روند.همين تبديل شدن كامل به انرژي است كه باعث قدرتمند شدن ضد ماده مي شود.در طرح هاي قبلي براي ساخت سفينه هايي كه از سوخت ضد ماده استفاده مي كردند،فقط ضد پروتون ها منظور مي شدند كه در زمان نابود شدن پرتوهاي پر انرژي گاما توليد مي كردند.طرح جديد از پوزيترون استفاده مي كند كه پرتو گاماي توليدي آن حدود400 بار كم انرژي تر است.
پژوهش هاي صورت گرفته در موسسهNIAC
در واقع بررسي اين مسئله است كه آيا ايده مورد نظر عملي است يا خير؟اگر اين تحقيق اميد بخش باشد و سرمايه لازم نيز براي ايجاد موفقيت آميز فناوري تأمين شود آنگاه فضا پيماهايي كه از پوزيترون به عنوان سوخت استفاده مي كنند مزاياي زيادي در مقايسه با طرح هاي موجود براي ماموريت ها ي مريخ خواهند داشت.دكتر «جرالد اسميت »از بخش تحقيقات پوزيتروني در سان تافه نيومكزيكو مي گويد:«مهمترين مزيت اين فضا پيما ايمني بيشتر آن است.» ماموريت هاي فعلي به مريخ مستلزم وجود رآكتورهاي هسته اي است تا فضاپيما را به سوي اين سياره حركت دهند استفاده از اين رآكتورها راهكاري مطلوب است زيرا پيش رانش هسته اي زمان مسافرت به مريخ و همچنين زماني كه فضانوردان در معرض پرتوهاي كيهاني قرارمي گيرند را كاهش مي دهد كه در نتيجه ايمني آنها افزايش مي يابد .
فضاپيمايي كه از سوخت شيميايي استفاده مي كند وزن بسيار زيادي دارد و هزينه هاي پرتاب آن نيز بسيار زياد است .رآكتور هسته اي همچنين نيروي كافي براي يك ماموريت سه ساله فراهم مي كند اما رآكتورهاي هسته اي پيچيده هستند بنابراين ممكن است طي ماموريت برخي حوادث بالقوه ناخوشايند اتفاق بيافتد.اسميت كه محقق ارشد اين پروژه است ،مي گويد:«رآكتور پوزيتروني تمامي اين مزيت ها را دارد با اين تفاوت كه نسبتا ساده است.»رآكتورهاي هسته اي همچنين حتي بعد از اينكه سوخت خود را كاملا مصرف مي كنند راديواكتيو باقي مي مانند.در ماموريت هاي فعلي بعد از اينكه فضاپيما به مريخ مي رسد رآكتور به مداري هدايت مي شود كه حد اقل يك ميليون سال با زمين مواجه نخواهد شد.طي يك ميليون سال تشعشعات پس مانده تا حد بي خطر كاهش مي يابد.گروه تحقيقاتي مي گويد كه در رآكتورهاي پوزيتروني زماني كه سوخت به اتمام مي رسد هيچ گونه تشعشعي باقي نمي ماند در نتيجه اگر رآكتور پوزيتروني مصرف شده به طور تصادفي مجددا به جو زمين وارد شود هيچ گونه نگراني براي سلامتي ساكنان زمين ايجاد نمي كند.
پرتاب فضاپيماي ضد ماده ايمن ترهم خواهد بود.اگر يك راكت كه يك رآكتور هسته اي را حمل مي كند منفجر شود، مواد راديواكتيو را به درون جو زمين آزا د مي كند.اسميت مي گويد:«فضاپيماي پوزيتروني ما در صورت انفجار،يك لحظه كوتاه پرتوهاي گاما رها مي كند كه اين پرتوها طي يك زمان بسيار كوتاه ناپديد مي شوند.در نتيجه ذرات راديواكتيوي وجود نخواهند داشت تا توسط باد جابه جا شوند. اين گسيل كوتاه مدت از پرتوهاي گامانيز به يك ناحيه نسبتا كوچك محدود خواهد شد.ناحيه خطر فقط يك كيلومتر در گرداگرد فضاپيما است.»يكي ديگر از مزاياي برجسته اين فضاپيما سرعت آن خواهد بود.فضاپيماهاي فعلي مسافران خود را طي 180 روز به مريخ مي رسانند .«كربي ماير»كه مهندس بخش پوزيتروني است و در اين تحقيق شركت دارد،مي گويد:طرح هاي ما ممكن است اين زمان را به نصف و حتي شايد به 45 روز كاهش دهند.»
هزينه ي توليد پوزيترون بزرگترين چالش فني است كه تبديل اين فضاپيما به واقعيت را مشكل مي سازد.ضد ماده به دليل تاثير چشم گيري كه بر روي ماده عادي مي گذارد به مقدار زياد يافت نمي شود.در فضا ضد ماده در اثر برخوردهاي ذرات پرانرژي موسوم به پرتوهاي كيهاني توليد مي شود.بر روي زمين مي بايد آن را در شتاب دهنده هاي ذرات توليد كرد.به گفته اسميت:«با كمك فناوري اي كه هم اكنون در حال ايجاد است براي توليد ده ميلي گرم پوزيترون كه براي فرستاده انسان به مريخ لازم است حدود 250ميليون دلار هزينه لازم است .اين هزينه ممكن است زياد به نظر برسد اما مي بايد هزينه اضافي پرتاب يك راكت سنگين تر با سوخت شيميايي و يا هزينه سوخت وايمن سازي رآكتورهاي هسته اي را در نظر گرفت.هزينه هاي فعلي پرتاب حدود 10هزار دلار براي هر پوند وزن است.براساس تجارب در زمينه فناوري هسته اي انتظار مي رود كه هزينه توليد پوزيترون با تحقيقات بيشتر كاهش يابد.»
چالش ديگر ذخيره سازي مقدار كافي پوزيترون است.به دليل اينكه پوزيترون ها ماده عادي را نابود مي كنند نمي توان آنها را در يك بطري قرار داد.در عوض مي بايد آنها را در ميان ميدان مغناطيسي و الكتريكي جاي داد.اسميت مي گويد :«ما اطمينان داريم كه با تحقيقات بيشتر برنامه توسعه اي اين چالش ها برطرف خواهند شد.» اگر اين ايده ها به حقيقت بپيونند شايد منبع سوخت فضاپيمايي كه اولين انسان ها را به سياره سرخ مي رسانند همان منبعي باشد كه سفينه هاي ستاره اي را در عرصه كيهان هاي رويايي علمي ـ تخيلي ما به حركت درمي آورند.
منابع:
www.universetoday.com,Apr.2006
نشريه دانشجويى انجمن علمى فيزيك دانشگاه قم
به نقل از سي پي اچ تئوري http://cph-theory.persiangig.com/1513-fazapeymazedemade.htm
ارسال توسط کاربر محترم سایت : sabamm
اکثر سفینه هایی که در داستان های علمی تخیلی شگفتی خوانندگان را بر می انگیزند برای سوخت خود از ضد ماده استقاده می کنند دلیل آن هم ساده است:« ضد ماده » قدرتمند ترین سوختی است که تا به حال شناخته شده است.
[ نجوم و اخترفيزيك ]
اكثر سفينه هايي كه در داستان هاي علمي تخيلي شگفتي خوانندگان را بر مي انگيزند براي سوخت خود از ضد ماده استقاده مي كنند دليل آن هم ساده است:« ضد ماده» قدرتمند ترين سوختي است كه تا به حال شناخته شده است در حالي كه چندين تن سوخت شيميايي براي فرستادن كاوشگرها به مريخ نيازاست،تنها ده ها ميلي گرم از ضد ماده براي همين منظور كفايت مي كند.اين مقدار ازضد ماده حدود يك هزارم وزن يك آب نبات كوچك است.اما در واقع اين نيروخطرات خاص خود را دارد. برخي از واكنش هاي ضدماده فوران هايي از پرتوهاي پرانرژي گاما توليد مي كنند. آنها به درون ماده نفوذ مي كنند و مولكولهاي موجود درسلول ها را متلاشي مي سازند .
اكنون «مؤسسه ايده هاي پيشرفته» (NIAC) سازمان ناسا در حال بشتيباني مالي گروهي از پژوهشگران است كه در حال تحقيق و كار بر روي طرحي جديد جهت ساخت يك سفينه با سوخت «ضد ماده »هستند.اين سفينه با ايجاد پرتوهاي كم انرژي تر خطرات ذكر شده را قابل اجتناب مي سازد.
ضد ماده گاهي وقت ها «تصوير آينه اي» ماده عادي ناميده مي شود زيرا در حالي كه مانند ماده عادي به نظر مي رسد برخي از خواص آن معكوس هستند.براي مثال الكترونهاي عادي ذراتي كه جريان الكتريكي را در همه چيزاز تلفن هاي همراه گرفته تا تلويزيون هاي پلاسمايي انتقال مي دهند داراي بار منفي هستندوضد الكترون ها داراي بار مثبت هستند وبه همين دليل دانشمندان آنها را «پوزيترون» ها نامگذاري كردند.زماني كه ضد ماده با ماده برخورد مي كند ،هر دوي آنها با تبديل شدن به انرژي از بين مي روند.همين تبديل شدن كامل به انرژي است كه باعث قدرتمند شدن ضد ماده مي شود.در طرح هاي قبلي براي ساخت سفينه هايي كه از سوخت ضد ماده استفاده مي كردند،فقط ضد پروتون ها منظور مي شدند كه در زمان نابود شدن پرتوهاي پر انرژي گاما توليد مي كردند.طرح جديد از پوزيترون استفاده مي كند كه پرتو گاماي توليدي آن حدود400 بار كم انرژي تر است.
پژوهش هاي صورت گرفته در موسسهNIAC
در واقع بررسي اين مسئله است كه آيا ايده مورد نظر عملي است يا خير؟اگر اين تحقيق اميد بخش باشد و سرمايه لازم نيز براي ايجاد موفقيت آميز فناوري تأمين شود آنگاه فضا پيماهايي كه از پوزيترون به عنوان سوخت استفاده مي كنند مزاياي زيادي در مقايسه با طرح هاي موجود براي ماموريت ها ي مريخ خواهند داشت.دكتر «جرالد اسميت »از بخش تحقيقات پوزيتروني در سان تافه نيومكزيكو مي گويد:«مهمترين مزيت اين فضا پيما ايمني بيشتر آن است.» ماموريت هاي فعلي به مريخ مستلزم وجود رآكتورهاي هسته اي است تا فضاپيما را به سوي اين سياره حركت دهند استفاده از اين رآكتورها راهكاري مطلوب است زيرا پيش رانش هسته اي زمان مسافرت به مريخ و همچنين زماني كه فضانوردان در معرض پرتوهاي كيهاني قرارمي گيرند را كاهش مي دهد كه در نتيجه ايمني آنها افزايش مي يابد .
فضاپيمايي كه از سوخت شيميايي استفاده مي كند وزن بسيار زيادي دارد و هزينه هاي پرتاب آن نيز بسيار زياد است .رآكتور هسته اي همچنين نيروي كافي براي يك ماموريت سه ساله فراهم مي كند اما رآكتورهاي هسته اي پيچيده هستند بنابراين ممكن است طي ماموريت برخي حوادث بالقوه ناخوشايند اتفاق بيافتد.اسميت كه محقق ارشد اين پروژه است ،مي گويد:«رآكتور پوزيتروني تمامي اين مزيت ها را دارد با اين تفاوت كه نسبتا ساده است.»رآكتورهاي هسته اي همچنين حتي بعد از اينكه سوخت خود را كاملا مصرف مي كنند راديواكتيو باقي مي مانند.در ماموريت هاي فعلي بعد از اينكه فضاپيما به مريخ مي رسد رآكتور به مداري هدايت مي شود كه حد اقل يك ميليون سال با زمين مواجه نخواهد شد.طي يك ميليون سال تشعشعات پس مانده تا حد بي خطر كاهش مي يابد.گروه تحقيقاتي مي گويد كه در رآكتورهاي پوزيتروني زماني كه سوخت به اتمام مي رسد هيچ گونه تشعشعي باقي نمي ماند در نتيجه اگر رآكتور پوزيتروني مصرف شده به طور تصادفي مجددا به جو زمين وارد شود هيچ گونه نگراني براي سلامتي ساكنان زمين ايجاد نمي كند.
پرتاب فضاپيماي ضد ماده ايمن ترهم خواهد بود.اگر يك راكت كه يك رآكتور هسته اي را حمل مي كند منفجر شود، مواد راديواكتيو را به درون جو زمين آزا د مي كند.اسميت مي گويد:«فضاپيماي پوزيتروني ما در صورت انفجار،يك لحظه كوتاه پرتوهاي گاما رها مي كند كه اين پرتوها طي يك زمان بسيار كوتاه ناپديد مي شوند.در نتيجه ذرات راديواكتيوي وجود نخواهند داشت تا توسط باد جابه جا شوند. اين گسيل كوتاه مدت از پرتوهاي گامانيز به يك ناحيه نسبتا كوچك محدود خواهد شد.ناحيه خطر فقط يك كيلومتر در گرداگرد فضاپيما است.»يكي ديگر از مزاياي برجسته اين فضاپيما سرعت آن خواهد بود.فضاپيماهاي فعلي مسافران خود را طي 180 روز به مريخ مي رسانند .«كربي ماير»كه مهندس بخش پوزيتروني است و در اين تحقيق شركت دارد،مي گويد:طرح هاي ما ممكن است اين زمان را به نصف و حتي شايد به 45 روز كاهش دهند.»
هزينه ي توليد پوزيترون بزرگترين چالش فني است كه تبديل اين فضاپيما به واقعيت را مشكل مي سازد.ضد ماده به دليل تاثير چشم گيري كه بر روي ماده عادي مي گذارد به مقدار زياد يافت نمي شود.در فضا ضد ماده در اثر برخوردهاي ذرات پرانرژي موسوم به پرتوهاي كيهاني توليد مي شود.بر روي زمين مي بايد آن را در شتاب دهنده هاي ذرات توليد كرد.به گفته اسميت:«با كمك فناوري اي كه هم اكنون در حال ايجاد است براي توليد ده ميلي گرم پوزيترون كه براي فرستاده انسان به مريخ لازم است حدود 250ميليون دلار هزينه لازم است .اين هزينه ممكن است زياد به نظر برسد اما مي بايد هزينه اضافي پرتاب يك راكت سنگين تر با سوخت شيميايي و يا هزينه سوخت وايمن سازي رآكتورهاي هسته اي را در نظر گرفت.هزينه هاي فعلي پرتاب حدود 10هزار دلار براي هر پوند وزن است.براساس تجارب در زمينه فناوري هسته اي انتظار مي رود كه هزينه توليد پوزيترون با تحقيقات بيشتر كاهش يابد.»
چالش ديگر ذخيره سازي مقدار كافي پوزيترون است.به دليل اينكه پوزيترون ها ماده عادي را نابود مي كنند نمي توان آنها را در يك بطري قرار داد.در عوض مي بايد آنها را در ميان ميدان مغناطيسي و الكتريكي جاي داد.اسميت مي گويد :«ما اطمينان داريم كه با تحقيقات بيشتر برنامه توسعه اي اين چالش ها برطرف خواهند شد.» اگر اين ايده ها به حقيقت بپيونند شايد منبع سوخت فضاپيمايي كه اولين انسان ها را به سياره سرخ مي رسانند همان منبعي باشد كه سفينه هاي ستاره اي را در عرصه كيهان هاي رويايي علمي ـ تخيلي ما به حركت درمي آورند.
منابع:
www.universetoday.com,Apr.2006
نشريه دانشجويى انجمن علمى فيزيك دانشگاه قم
به نقل از سي پي اچ تئوري http://cph-theory.persiangig.com/1513-fazapeymazedemade.htm
ارسال توسط کاربر محترم سایت : sabamm
/ج
