سفر به نزدیکترین ستاره چقدر طول می‌کشد؟

سفر به نزدیکترین ستاره چقدر طول می‌کشد؟

پاسخ‌های زیادی برای سوالاتی که مطرح شدند وجود دارد. بعضی از آن‌ها بسیار ساده هستند و برخی دیگر در قلمرو داستان‌های علمی-تخیلی قرار می‌گیرند. فراهم کردن پاسخی جامع برای این سوالات به معنی در نظر گرفتن بسیاری از مسائل است. متاسفانه تمامی ارزیابی‌های واقع بینانه، احتمالاً موجب دلسرد شدن آینده‌پژوهان و علاقه‌مندان به سفرهای بین ستاره‌ای خواهد شد.

خوشتان بیاید یا نه، فضا خیلی بزرگ است و تکنولوژی ما همچنان بسیار ابتدایی است. اما اگر روزی به هر دلیلی تصمیم به “خروج از گهواره‌مان” گرفتیم، طیف وسیعی از گزینه‌ها برای رسیدن به نزدیک‌ترین منظومه درکهکشان راه شیری وجود دارد. نزدیک‌ترین ستاره به زمین خورشید است؛ ستاره‌ای متوسط در دیاگرام هرتسپرونگ-راسل. این به معنی ثبات بالای خورشید و فراهم کردن نور مناسب برای شکل‌گیری حیات بر روی زمین است. می‌دانیم که سیاراتی به دور دیگر ستاره‌های مجاور منظومه‌ی شمسی می‌چرخند و بسیاری از این ستاره‌ها شبیه خورشید هستند.

اگر در آینده مجبور شویم یا بخواهیم منظومه‌ی شمسی خودمان را ترک کنیم، مجموعه‌ی عظیمی از ستاره‌ها را برای انتخاب مقصد خواهیم داشت. از میان آن‌ها، احتمالاً تعداد زیادی شرایط مناسب برای شکوفایی حیات را خواهند داشت. اما کجا را به عنوان مقصد انتخاب خواهیم کرد و رسیدن به آنجا چقدر به طول خواهد انجامید؟

به یاد داشته باشید، آنچه در ادامه خواهیم گفت تماماً نظری است و در حال حاضر هیچ گونه معیار و محکی برای سفرهای بین سیاره‌ای وجود ندارد.

نزدیک‌ترین ستاره

همانطور که شاید از قبل بدانید، نزدیک‌ترین ستاره به منظومه‌ی شمسی “پروکسیما قنطورس” است و به همین دلیل طراحی سفر به آن از دیگر گزینه‌ها منطقی‌تر است.

nearest star

پروکسیما قنطورس بخشی از یک سیستم سه‌گانه‌ی ستاره‌ای با نام آلفا قنطورس است و ۴.۲۴ سال نوری با زمین فاصله دارد. آلفا قنطورس در حقیقت پرنورترین ستاره‌ی این مجموعه است و با زمین ۴.۳۷ سال نوری فاصله دارد. در حالی که پروکسیما قنطورس (کم‌نورترین ستاره‌ی مجموعه) یک کوتوله‌ی قرمز است که ۰.۱۳ سال نوری از دو ستاره‌ی دیگر فاصله دارد.

در حالی که راه‌حل‌های مافوق سرعت نور ((Faster-Than-Light (FTL)بسیاری برای سفرهای بین ستاره‌ای ارائه شده است، اکثر آن‌ها یا بیش از حد بر مبنای فرضیات استوار هستند (مانند کرم‌چاله‌ها و موتور الکوبیر) یا به کل در قلمروی فیلم‌های علمی-تخیلی قرار دارند.

در تمامی حالات، هر ماموریت در عمق فضا به احتمال زیاد چندین نسل طول خواهد کشید، نه در عرض چند روز یا یک چشم به هم زدن. بنابراین از کندترین اشکال سفرهای فضایی شروع می‌کنیم تا ببینیم رسیدن به پروکسیما قنطورس چقدر طول خواهد کشید.

روش‌های فعلی

رسیدن به یک نقطه‌ی خاص از فضا چقدر طول می‌کشد؟ اگر آن نقطه‌ی خاص در منظومه‌ی شمسی خودمان باشد و برای رسیدن به آن از تکنولوژی‌های فعلی بخواهیم استفاده کنیم، پاسخ دادن به این سوال بسیار آسان‌تر خواهد بود.

شاتل فضایی

برای مثال، با استفاده از تکنولوژی به کار رفته در ماموریت نیوهورایزنز(که متشکل از ۱۶ پیشرانه با سوخت هیدرازین بود) رسیدن به ماه ۸ ساعت و ۳۵ دقیقه طول خواهد کشید.

از سوی دیگر، آژانس فضایی اروپا با استفاده از پیشرانش یونی در ماموریت SMART-1 عجله‌ای برای رسیدن به ماه ندارد. با این تکنولوژی انقلابی، ماموریت SMART-1 یک سال و یک ماه و دو هفته برای رسیدن به ماه به زمان احتیاج دارد.

پس برای سفرهای نزدیک، گزینه‌های متعددی از پیشرانش موشکی گرفته تا موتورهای اقتصادی یونی پیش رو داریم. علاوه بر این از جاذبه‌ی عظیم مشتری و زحل هم می‌توان مانند تیرکمان استفاده کرد. با این حال اگر بخواهیم به ماموریت‌هایی با مسافت‌های بیشتر فکر کنیم، باید به تکنولوژی خود مقیاس بزرگتری بدهیم و ببینیم چه روش‌هایی واقعاً “ممکن” هستند.

وقتی صحبت از روش‌های ممکن می‌شود، منظور آن‌هایی است که از تکنولوژی‌های موجود فعلی (یا آن‌هایی که هنوز وجود ندارند، ولی از لحاظ فنی امکان‌پذیر و دست یافتنی هستند) استفاده می‌کنند.

همانطور که در ادامه خواهیم دید بعضی از این تکنولوژی‌ها امتحان خود را پس داده‌اند و برخی دیگر تکنولوژی‌های در حال ظهور هستند. تقریباً در تمامی موارد، این تکنولوژی‌ها سناریوهایی عملی، اما به شدت کند یا گران قیمتی را برای رسیدن به نزدیک‌ترین ستاره‌ها ارائه می‌دهند.

پیشرانش یونی

موتور یونی در حال حاضر کندترین نوع پیشرانش است، اما در عین حال بیشترین بهره‌وری سوخت را دارد. تا چند دهه پیش پیشرانش یونی موضوعی علمی-تخیلی تصور می‌شد. با این حال در سال‌های اخیر تکنولوژی موتورهای یونی راه زیادی را از تئوری تا عمل پیموده است.

رانش یونی

برای مثال، ماموریت SMART-1 آژانس فضایی اروپا توانست با موفقیت پس از طی مسیر مارپیچ ۱۳ ماهه‌ای به ماه برسد.SMART-1 از انرژی الکتریکی به دست آمده از صفحات خورشیدی‌ خود برای فعال‌سازی پیشرانه‌های “اثر هال” استفاده می‌کرد. تنها ۸۲ کیلوگرم سوخت زنون برای به حرکت درآوردن SMART-1 به سمت ماه استفاده شد. در پیشرانه‌ی به کار رفته در این ماموریت هر کیلوگرم سوخت زنون سرعت فضاپیما را ۴۵ متر بر ثانیه افزایش می‌داد. این نوع از پیشرانش بسیار کارآمد و بهینه است، اما به هیچ وجه سریع نیست.

یکی از اولین ماموریت‌هایی که از تکنولوژی موتور یونی استفاده کرد، ماموریت اعماق فضای ۱ (Deep Space 1) به دنباله‌دار بورلی در سال ۱۹۹۸ بود. در این ماموریت از یک موتور یونی با ۸۱.۵ کیلوگرم زنون به عنوان سوخت پیشرانه استفاده شد. بعد از ۲۰ ماه رانش، سفینه به سرعت ۵۶ هزار کیلومتر بر ساعت رسید.

پیشرانه‌های یونی از آنجایی که “رانش در واحد جرم” بسیار بیشتری دارند، از تکنولوژی موشکی اقتصادی‌تر هستند. اما زمان زیادی طول می‌کشد تا پیشرانه‌های یونی به سرعت‌های بالا برسند و علاوه بر آن حداکثر سرعت قابل دست‌یابی توسط آن‌ها به میزان دخیره‌ی سوخت و مقدار انرژی الکتریکی‌ که بتواند تولید کند بستگی دارد.

پس در صورتی که برای سفر به پروکسیما قنطورس از پیشرانش یونی استفاده کنیم، پیشرانه‌ها به منبع عظیمی برای تولید انرژی (مانند انرژی هسته‌ای) و مقادیر زیادی سوخت احتیاج دارد (هرچند این میزان سوخت هنوز هم بسیار کمتر از میزان مورد نیاز برای تکنولوژی موشکی است).

بر اساس فرض تبدیل ۸۱.۵ کیلوگرم سوخت زنون به سرعت ۵۶ هزار کیلومتر بر ساعت می‌توان محاسباتی انجام داد: با سرعت ۵۶ هزار کیلومتر بر ساعت، ۸۱ هزار سال طول خواهد کشید تا فاصله‌ی ۴.۲۴ سال نوری بین زمین و پروکسیما قنطورس را طی کنیم.

برای اینکه درک بهتری از این اعداد داشته باشید، چنین سفری ۲۷۰۰ نسل از انسان‌ها زمان خواهد برد. می‌توان نتیجه گرفت که موتور یونی برای سفرهای سرنشین‌دار بین ستاره‌ای بسیار کند است. اما اگر پیشرانه‌های یونیِ بزرگتر و قوی‌تری ساخته شوند و فضاپیما بتواند سوخت کافی برای روشن نگه داشتن موتور در طول کل مسیر با خود حمل کند، زمان سفر به شدت کاهش خواهد یافت؛ هرچند همچنان بیشتر از طول عمر انسان خواهد بود.

کمک گرانشی

سریع‌ترین ابزار موجود فعلی برای سفرهای فضایی روش کمک گرانشی است. در این روش فضاپیما با استفاده از حرکت نسبی (مثل حرکت در مدار) و جاذبه‌ی سیاره، برای تغییر مسیر و سرعت خود استفاده می‌کند. کمک گرفتن از جاذبه روشی بسیار مفید برای سفرهای فضایی است، مخصوصاً اگر در آن از سیاره‌ی عظیمی مانند مشتری برای افزایش سرعت استفاده شود.

کمک گرانشی

مارینر ۱۰ اولین فضاپیمایی بود که از این روش استفاده کرد. این فضاپیما با استفاده از کشش جاذبه‌ی زهره در سال ۱۹۷۴ به سمت عطارد پرتاب شد. در دهه‌ی هشتاد میلادی وُیجر ۱ از جاذبه‌ی زحل و مشتری برای رسیدن به سرعت ۶۰ هزار کیلومتر بر ساعت استفاده کرد و هم اکنون هم با همین سرعت در حال سفر به فضای میان‌ستاره‌ای است.

هرچند این ماموریت هلیوس ۲ است که رکورد بیشترین سرعت به دست آمده توسط “کمکِ گرانشی” را در اختیار دارد. هلیوس ۱ و ۲ در زمان پرتاب در سال‌های ۱۹۷۴ و ۱۹۷۶ رکورد رسیدن به نزدیک‌ترین فاصله تا خورشید را نیز در اختیار داشتند. هلیوس ۲ توسط یک موشک معمولی به نام تایتان توسط ناسا به فضا پرتاب شد و در مداری به شدت بیضوی قرار گرفت.

به دلیل خروج از مرکز بسیار زیاد (۰.۵۴) مدار هلیوس ۲، این فضاپیما قادر بود در حضیض خورشیدی به حداکثر سرعتی برابر با ۲۴۰ هزار کیلومتر بر ساعت برسد. این سرعت بالا تنها توسط گرانش خورشید به دست آمده بود.

هرچند از لحاظ فنی سرعت حضیض هلیوس ۲ “کمک گرانشی” به شمار نمی‌رود، بلکه “بالاترین سرعت مداری” نام دارد. به هر حال، این فضاپیما رکورد سریعترین وسیله‌ی ساخت بشر را در اختیار دارد. اگر ویجر ۱ با سرعت ثابت ۶۰ هزار کیلومتر در ساعت به سمت پروکسیما قنطورس حرکت می‌کرد، ۷۶ هزار سال (بیش از ۲۵۰۰ نسل) طول می‌کشید تا این فاصله را طی کند.

اما اگر ویجر ۱ می‌توانست به رکورد هلیوس ۲ دست پیدا کرده و با سرعت ثابت ۲۴۰ هزار کیلومتر بر ساعت حرکت کند، مسافت ۴.۲۳۴ سال نوری بین زمین و پروکسیما قنطورس را ظرف ۱۹ هزار سال (بیش از ۶۰۰ نسل) طی می‌کرد. این میزان به طرز قابل توجهی بهتر است، ولی برای عملی کردن یک سفر همچنان کافی نیست.

موتور الکترومغناطیسی (EM)

یکی از دیگر روش‌های ارائه شده برای سفرهای بین ستاره‌ای استفاده از “پیشرانه‌ی حفره‌ی رزونانس فرکانس رادیویی” است که با نام درایو الکترومغناطیسی یا EM شناخته می‌شود. این طرح اولین بار در سال ۲۰۰۱ توسط راجر شایر، دانشمند انگلیسی پیشنهاد شد. تا قبل از آن تصور می‌شود که از انرژی الکتریکی نمی‌توان برای ایجاد رانش در فضاپیماها استفاده کرد.

درایو الکترومغناطیسی

چنین طرحی بسیار با تردید مواجه شده است. دلیل عمده‌ی آن هم این است که قانون بقای مومنتوم را نقض می‌کند. هرچند که آزمایش‌های جدید بر روی این تکنولوژی ظاهراً به نتایج مثبتی منجر شده است. در جولای سال ۲۰۱۴ محققان بخش تحقیقات پیشرفته‌ی پیشرانش ناسا ادعا کردند که با موفقیت طرح جدیدی از درایو پیشرانش الکترومغناطیسی را آزمایش کرده‌اند.

در آوریل ۲۰۱۵ هم محققان ناسا اعلام کردند که با موفقیت موتور EM را در شرایط خلاء آزمایش کرده‌اند که نشان می‌دهد این موتور می‌تواند در فضا هم کار کند. در جولای همان سال، تیم تحقیقاتی دپارتمان سیستم‌های فضایی دانشگاه درسدن آلمان نسخه‌ی خودشان از موتور را ساختند و رانش قابل تشخیصی را مشاهده کردند.

بر اساس محاسبات نمونه‌ی ساخت ناسا، (که قدرت تخمینی ۰.۴ نیوتن بر کیلو وات دارد) فضاپیمایی که با درایو الکترومغناطیسی تجهیز شده باشد، می‌تواند در کمتر از ۱۸ ماه به پلوتو سفر کند، چیزی حدود یک ششم زمانی که نیوهورایزنز (با سرعتی نزدیک ۵۸ هزار کیلومتر بر ساعت) طول کشید تا به پلوتو برسد.

هرچند این افزایش سرعت پیشرفت قابل ملاحظه‌ای است، اما حتی با این سرعت هم فضاپیمایی که به موتور EM مجهز باشد بیش از ۱۳ هزار سال برای رسیدن به پروکسیما قنطورس به زمان احتیاج دارد.

پیشرانش حرارتی هسته‌ای (NTP) و پیشرانش الکتریکی هسته‌ای (NEP)

راه محتمل دیگر برای سفرهای بین ستاره‌ای استفاده از فضاپیماهای مجهز به موتورهای هسته‌ای است. ناسا چندین دهه است که بر روی چنین طرح مفهومی کار می‌کند.

رانش هسته ای

در موشک‌های با نیروی پیشرانش حرارتی هسته‌ای (NTP)، از واکنش‌ اورانیوم یا دوتریوم برای گرم کردن هیدروژن مایع درون رآکتور استفاده می‌شود. هیدروژن مایع بر اثر دمای بسیار بالای ناشی از واکنش هسته‌ای به گاز هیدروژن یونیزه شده (پلاسما) تبدیل شده و سپس از طریق نازل موشک به بیرون هدایت شده و رانش تولید می‌کند.

موشک‌های با نیروی پیشرانش الکتریکی هسته‌ای (NEP) هم همان اصول کلی رآکتورهای هسته‌ای را دارند، با این تفاوت که در آن‌ها با تبدیل گرما به انرژی الکتریکی، قدرت مورد نیاز یک موتور الکتریکی تامین می‌شود. در هر دو صورت، موشک برای تامین نیروی پیشرانش خود، به جای پیشرانه‌های شیمیایی که تا به امروز تکیه‌گاه اصلی ناسا و دیگر آژانس‌های فضایی به شمار می‌روند، به شکافت یا همجوشی هسته‌ای متکی است.

NTP و NEP در مقایسه با پیشرانه‌های شیمیایی مزیت‌های زیادی دارند. اولین و مهمترین این مزیت‌ها چگالی انرژی تقریباً بی‌نهایت در مقایسه با سوخت متداول موشک است. علاوه بر این، موتوری که از سوخت هسته‌ای استفاده می‌کند پیشرانش بیشتری به نسبت مقدار سوخت مصرفی تولید می‌کند. این ویژگی سبب کاهش میزان سوخت مورد نیاز و در نتیجه کاهش وزن و هزینه‌ی پرتاب فضاپیما می‌شود.

هرچند تا به حال در هیچ ماموریتی از موتور هسته‌ای استفاده نشده است، طی چند دهه‌ی گذشته چندین نمونه‌ ساخته و آزمایش شده‌اند و چندین طرح مفهومی برای این نوع موتورها پیشنهاد شده است. دانشمندان ناسا تخمین می‌زنند که با استفاده از موتور هسته‌ای که از شکافت یا همجوشی استفاده کند، سفر به مریخ تنها ۹۰ روز طول خواهد کشید.

اما برای سفر یک طرفه به پروکسیما قنطورس، یک موتور هسته‌ای باید چندین قرن روشن باشد تا به کسر کوچکی از سرعت نور برسد. فراموش نکنید موتور مذکور باید چندین قرن هم در جهت معکوس کار کند تا سرعت فضاپیما هنگام رسیدن به مقصد کم شود. با یک حساب ساده مشخص می‌شود که با این روش، رسیدن به پروکسیما قنطورس۱۰۰۰ سال طول می‌کشد. پس موتور هسته‌ای هم تنها برای سفرهای بین سیاره‌ای خوب است، نه بین ستاره‌ای.

روش‌های نظری

با استفاده از تکنولوژی‌های موجود، زمان مورد نیاز برای فرستادن فضانوردان و دانشمندان به ماموریت‌های بین ستاره‌ای بسیار طولانی‌تر از آن است که عملی باشد. اگر بخواهیم چنین سفری در طول عمر یک انسان صورت بگیرد، به روش‌های جاه‌طلبانه‌تری احتیاج داریم. چنین روش‌هایی در حال حاضر تماماً نظری هستند.

در حالی که روش‌هایی مانند استفاده از کرم‌چاله یا موتور پرش هنوز کاملاً تخیلی حساب می‌شوند، ایده‌های پیشرفته‌ای هم وجود دارند که ممکن است در آینده عملی شوند.

پیشرانش پالس هسته‌ای

پیشرانش به وسیله‌ی پالس هسته‌ای یک شکل محتمل (از لحاظ نظری) برای سفرهای فضایی است.

پالس هسته ای

مفهوم آن برای اولین بار در سال ۱۹۴۶ توسط استانیسلا اولام، ریاضیدان لهستانی-امریکایی که در پروژه‌ی منهتن بر روی ساخت بمب اتم کار می‌کرد ارائه شد. پروژه‌ی ساخت فضاپیمایی که از این نوع پیشرانش استفاده کند، اوراین نام داشت و در سال ۱۹۵۸ آغاز به کار کرد و در سال ۱۹۶۳ منتفی شد.

پروژه‌ی اوراین قرار بود از پالس ایجاد شده توسط انفجارهای اتمی برای پیشرانش سفینه استفاده کند. به صورت خلاصه، این پروژه شامل یک فضاپیمای بزرگ با محموله‌ی عظیمی از کلاهک‌های اتمی می‌شد که نیروی پیشرانش خود را با استفاده از رهاسازی بمب‌های اتمی پشت سر خودش و سوار شدن بر موج انفجار تامین می‌کرد. بعد از هر انفجار، نیروی آن توسط صفحه‌ای در پشت فضاپیما با نام “هل دهنده” جذب شده و تبدیل به رانش به سمت جلو می‌شد.

هرچند با استانداردهای امروزی چنین طرحی به هیچ وجه ظریف و هوشمندانه نیست، اما بر اساس برخی برآوردها پروژه‌ی اوراین می‌تواند به سرعتی برابر ۵ درصد سرعت نور (برابر با ۵۴ میلیون کیلومتر بر ساعت) دست پیدا کند.

البته این طرح نکات منفی اجتناب ناپذیری نیز داشت. به عنوان نمونه، ساختن سفینه‌ای به آن بزرگی، از لحاظ مالی به شدت گران تمام خواهد شد. فضاپیمای اوراین که قرار بود از بمب هیدروژنی برای پیشرانش خود استفاده کند، بین ۴۰۰ هزار تا ۴ میلیون تن وزن داشت که حداقل سه چهارم این وزن مربوط به بمب‌های اتمی بود (وزن هر کلاهک ۱ تن در نظر گرفته شده بود). با این تفاسیر، بنا به محافظه‌کارانه‌ترین برآوردها در سال ۱۹۶۸، ساخت سفینه‌ی اوراین ۳۶۷ میلیارد دلار هزینه داشت.

اگر تورم را در نظر بگیریم، ساخت سفینه‌ی اوراین امروزه ۲.۵ تریلیون دلار (برابر با دو سوم درآمد سالانه‌ی دولت امریکا) هزینه دارد. بنابراین ساخت چنین سفینه‌ای حتی در سبک‌ترین حالت ممکن هم بسیار گران قیمت خواهد بود. همچنین مشکل تشعشعات و زباله‌های اتمی را هم نباید فراموش کرد. در حقیقت پروژه‌ی اوراین بیشتر به این دلیل و همچنین پیمان منع آزمایش‌های اتمی در سال ۱۹۶۳ خاتمه یافت.

موشک همجوشی

احتمال دیگری که در قلمروی مهار انرژی هسته‌ای قرار دارد، موشک‌هایی است که از همجوشی هسته‌ای برای پیشرانش استفاده می‌کنند.

موشک همجوشی

در این طرح، وقتی گلوله‌‌های حاوی مخلوط دوتریوم و هلیوم-۳ در محفظه‌ی واکنشی که توسط پرتوهای الکترونی محصور شده است دچار همجوشی می‌شوند، انرژی تولید می‌شود. این رآکتور همجوشی ۲۵۰ گلوله در ثانیه مصرف می‌کند تا پلاسمایی با انرژی بالا تولید کند. پلاسمای تولید شده سپس از طریق یک نازل مغناطیسی به بیرون هدایت می‌شود تا نیروی پیشرانش تولید شود.

مثل موشکی که به رآکتور هسته‌ای متکی است، این طرح هم از لحاظ بهینگی مصرف سوخت و تکانه‌ی ویژه مزایایی دارد. سرعت خروج پلاسما از نازل حدود ۱۰ هزار کیلومتر بر ثانیه تخمین زده می‌شود که بسیار فراتر از راکت‌های معمولی است.

علاوه بر آن، این تکنولوژی طی چند دهه‌ی گذشته به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است و پیشنهادهایی هم در رابطه با آن ارائه شده است. برای مثال، در بین سال‌های ۱۹۷۳ تا ۱۹۷۸، انجمن بین سیاره‌ای بریتانیا مطالعات امکان سنجی چنین طرحی را با نام پروژه‌ی دایدالوس به انجام رساند. با تکیه بر تکنولوژی موجود همجوشی، تحقیقات بر روی ساخت سفینه‌ی بدون سرنشینی متمرکز بود که بتواند ظرف طول عمر یک انسان به ستاره‌ی بارنارد (با فاصله‌ی ۵.۹ سال نوری از زمین) سفر کند.

در این طرح از یک موشک دو مرحله‌ای استفاده می‌شود. مرحله‌ی اول به مدت ۲ سال کار کرده و سرعت فضاپیما را به ۷.۱ درصد سرعت نور می‌رساند. مرحله‌ی اول سپس از فضاپیما جدا می‌شود و مرحله‌ی دوم ظرف مدت ۱.۸ سال سرعت فضاپیما را به ۱۲ درصد سرعت نور می‌رساند. سپس مرحله‌ی دوم هم خاموش می‌شود و سفینه سفر ۴۶ ساله‌ی خود با سرعت ثابت را آغار می‌کند.

بر اساس برآوردهای این پروژه، این ماموریت ۵۰ سال برای رسیدن به ستاره‌ی بارنارد زمان نیاز داشت. با انجام کمی محاسبات متوجه می‌شویم که این سفینه در صورت ساخته شدن، ظرف ۳۶ سال به پروکسیما قنطورس می‌رسید. اما این پروژه با توجه به تکنولوژی آن زمان از خیلی جهات غیر عملی ارزیابی شد. بسیاری از دلایل غیر عملی بودن این پروژه هنوز هم صادق هستند.

برای مثال هلیوم ۳ بر روی زمین بسیار کمیاب است و باید از ماه استخراج شود. به علاوه، با توجه به تکنولوژی فعلی، انرژی‌ که برای روشن کردن رآکتور همجوشی نیاز است، از انرژی تولید شده توسط آن بیشتر است. هرچند دانشمندان در آزمایش‌های جدید بر روی زمین به حالتی که انرژی تولیدی و مصرفی رآکتور برابر باشد دست پیدا کرده‌اند، اما هنوز راه زیادی تا استفاده از رآکتور همجوشی در سفرهای بین ستاره‌ای وجود دارد.

همچنین هزینه‌ی ساخت چنین سفینه‌ای بسیار زیاد خواهد بود. پروژه‌ی دایدالوس در سبک‌ترین حالت ممکن ۶۰ هزار تن وزن خواهد داشت. برای مقایسه سیستم پرتاب فضایی ناسا (SLS) تنها ۳۰ تن وزن دارد و با این وجود، هر پرتاب ۵ میلیارد دلار هزینه روی دست ناسا می‌گذارد. به طور خلاصه، ساخت موشک‌های همجوشی هسته‌ای نه تنها به شدت گران‌قیمت است، بلکه نیازمند سطحی از تکنولوژی رآکتور همجوشی است که تاکنون به آن دست پیدا نکرده‌ایم.

موسسه‌ی بین ستاره‌ای ایکاروس، یک سازمان بین المللی از دانشمندان داوطلب (که بسیاری از آن‌ها قبلاً برای ناسا و یا آژانس فضایی اروپا کار می‌کرده‌اند) است که تلاش دارد پروژه‌ی دایدالوس را در قالب پروژه‌ی ایکاروس احیا کند. ایکاروس در سال ۲۰۰۹ تاسیس شده و امیدوار است تا پیشرانش از طریق همجوشی هسته‌ای را در آینده‌ای نزدیک امکان‌پذیر کند.

رمجت همجوشی

این نوع پیشرانش نظری که با نام رمجت باسارد هم شناخته می‌شود، اولین بار توسط رابرت باسارد فیزیک‌دان در سال ۱۹۶۰ پیشنهاد شد.

رمجت همجوشی

در واقع این طرح بهبودی بر موشک همجوشی است که در بالا به آن اشاره کردیم. در موشک همجوشی با استفاده از میدان مغناطیسی، سوخت هیدروژن آنقدر فشرده می‌شود تا همجوشی هسته‌ای رخ دهد. اما در رمجت یک قیف عظیم الکترومغناطیسی هیدروژن را از فضای بین ستاره‌ای جمع‌آوری کرده و آن را به عنوان سوخت به رآکتور تزریق می‌کند.

با توجه به نبود محفظه‌ی سوخت و در نتیجه وزن پایین فضاپیما در این طرح، رمجت می‌تواند به سرعتی برابر ۴ درصد سرعت نور دست پیدا کرده و به هر نقطه‌ای از کهکشان سفر کند. هرچند این طرح هم اشکالات بالقوه‌ی خودش را دارد. برای مثال مشکل “درگ” یا نیروی پسا وجود دارد. سفینه برای جمع‌آوری سوخت مجبور است با هیدروژن موجود در فضای بین ستاره‌ای برخورد داشته باشد که این از سرعت فضاپیما خواهد کاست.

به علاوه، دوتریوم و تریتیوم که بر روی زمین برای همجوشی استفاده می‌شوند در فضا کمیاب هستند و استفاده از هیدروژن معمولی برای همجوشی هم فراتر از تکنولوژی فعلی ما است.

این طرح مفهومی شهرت خود را بیشتر مدیون مجموعه “پیشتازان فضا” است. اما جدای از دنیای علمی-تخیلی و در واقعیت برای ساخت رمجت دانش ما از همجوشی نیازمند پیشرفت چشمگیری است. همچنین قبل از ساختن چنین فضاپیمایی باید فکری به حال مشکل درگ هم کنیم.

بادبان لیزری

بادبان لیزری

بادبان‌های خورشیدی مدت طولانی است که به عنوان راهی مقرون به صرفه برای کاوش منظومه‌ی شمسی در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر آسان و ارزان بودن نسبی ساخت، مزیت عدم نیاز به سوخت در بادبانی خورشیدی هم وجود دارد.

در بادبان‌های خورشیدی به جای استفاده از موشک که به نوعی از سوخت به عنوان پیشرانه نیاز دارد، بادبان از نیروی تشعشعات خورشید برای فشار آوردن به آینه‌های فوق باریک خود و رسیدن به سرعت بالا استفاده می‌کند. هرچند، برای سفرهای بین ستاره‌ای، چنین بادبان‌هایی باید توسط پرتوهای متمرکز انرژی (مثل لیزر یا امواج مایکروویو) برای رسیدن به سرعت‌هایی تا نزدیکی سرعت نور استفاده کنند. در این روش یک لیزر بسیار قدرتمند بر روی زمین قرار می‌گیرد و با تابش مستمر پرتو بر بادبان‌های فضاپیما، آن را از راه دور به جلو می‌راند.

این طرح اولین بار توسط رابرت فوروارد در سال ۱۹۸۴ پیشنهاد شد. بادبان لیزری مزایای بادبان‌های خورشیدی مانند نیاز نداشتن به سوخت را دارا است، و علاوه بر آن این مزیت را هم دارد که انرژی لیزر در مسافت‌های زیاد مانند نور خورشید پراکنده نمی‌شود. پس از لحاظ تئوری تنها عامل محدود کننده‌ی سرعت بادبان‌های لیزری، سرعت نوراست.

بر اساس تحقیقات ناسا در سال ۲۰۰۰، فضاپیماهای مجهز به بادبان لیزری می‌توانند ظرف مدت کمتر از یک دهه به نصف سرعت نور برسند. طبق محاسبات ناسا بادبانی با قطر ۳۲۰ کیلومتر می‌تواند سفینه را ظرف مدت ۱۲ سال به پروکسیما قنطورس برساند. اگر قطر بادبان را به ۹۶۵ کیلومتر افزایش دهیم، این زمان به ۹ سال کاهش پیدا خواهد کرد.

هرچند چنین بادبانی برای ذوب نشدن باید از مواد کامپوزیتیپیشرفته‌ای تولید شود. جالب اینجاست که هزینه‌ی ساخت چنین بادبان غول آسایی مشکل اصلی بازدارنده‌ی چنین پروژه‌ای نیست، بلکه تامین انرژی لیزری که قرار است به بادبان تابیده شود پروژه را تقریباً غیر ممکن می‌کند. بر اساس محاسبات، چنین لیزری نیاز به جریان ثابت ۱۷ هزار ترا وات انرژی دارد که با انرژی مصرفی کل زمین در حال حاضر برابر است.

موتور پادماده

موتور پادماده

طرفداران داستان‌های علمی-تخیلی حتماً تا به حال نام پادمادهرا شنیده‌اند. پادماده از پادذرات تشکیل شده است که جرمی برابر، اما بار مخالف ماده‌ی معمولی را دارند. موتور پادماده شکلی از پیشرانش است که در آن از واکنش بین ماده و پادماده برای تولید نیرو یا ایجاد رانش استفاده می‌شود.

به طور خلاصه، موتور پادماده با برخورد دادن هیدروژن و پادهیدروژنکار می‌کند. واکنش بین این دو ذره انرژی‌ برابر با بمب اتمی و همچنین بارشی از ذرات با نام پیون و میون ایجاد می‌کند. این ذرات که سرعتی برابر با یک سوم سرعت نور دارند، از طریق نازل الکترومغناطیسی به بیرون هدایت می‌شوند تا رانش ایجاد کنند. مزیت بزرگ این نوع موشک‌ها این است که کسر بزرگی از ماده در آن به انرژی تبدیل می‌شود و بنابراین موشک‌های پادماده چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به دیگر انواع موشک دارند.

علاوه بر آن، با استفاده از این روش، می‌توان سرعت موشک را به نیمی از سرعت نور رساند. سفینه‌هایی که با استفاده از این تکنولوژی ساخته شوند، سریع‌ترین و بهینه‌ترین فضاپیماها خواهند بود. درحالی که موشک‌های معمولی برای رسیدن به مقصدی خاص در منظومه‌ی شمسی به چندین تن سوخت نیاز دارند، موتور پادماده همین کار را با تنها چندین میلی‌گرم سوخت انجام می‌دهد. در حقیقت میزان انرژی آزاد شده از واکنش ۲۵۰ گرم هیدروژن-پادهیدروژن بیشتر از انرژی ۱۰ مگاتن بمب اتمی از نوع هیدروژنی است. به همین دلیل است که موسسه‌ی مفاهیم پیشرفته‌ی ناسا (NIAC) بر روی این تکنولوژی به عنوان یکی از راه‌های ممکن سفر به مریخ تحقیق می‌کند.

متاسفانه برای سفر به ستاره‌ها میزان سوخت مورد نیاز به شدت افزایش پیدا می‌کند و هزینه‌های تامین چنین سوختی هم نجومی است. بر اساس محاسبات ناسا، یک موتور موشک پادماده‌ایِ دو مرحله‌ای، برای رسیدن به پروکسیما قنطورس ظرف ۴۰ سال به ۸۱۵ تن سوخت نیاز دارد. این در حالی است که تولید تنها یک گرم پادماده به ۲۵ میلیون میلیارد کیلووات-ساعت انرژی نیاز دارد و هزینه‌ی آن بیش از یک تریلیون دلار است.

حتی اگر می‌توانستیم به روشی ارزان پادماده تولید کنیم، برای حمل آن نیاز به فضاپیمایی بسیار بزرگ می‌بود. اما اگر روزی بر تمامی مشکلات فنی ساخت فضاپیمایی با موتور پادماده فائق آمدیم، سفینه‌ای که بتواند با این روش به نیمی از سرعت نور دست پیدا کند، ظرف مدت ۸ سال به پروکسیما قنطورس خواهد رسید. چنین سفینه‌ای به ۱۷۰ مگاتن پادماده نیاز خواهد داشت.

پس ساخت موتور پادماده با توجه به تکنولوژی فعلی بشر غیر عملی است.

موتور الکوبیر

وارپ درایو

موتور الکوبیر که با نام موتور وارپ هم شناخته می‌شود، مانند پادماده از جمله نام‌های آشنا برای طرفداران داستان‌های علمی-تخیلی است. این تکنولوژی که توسط میگل الکوبیر فیزیکدان مکزیکی در سال ۱۹۹۴ پیشنهاد شد، تلاشی برای ممکن ساختن سفر با سرعت‌های بالاتر از سرعت نور، بدون نقض کردن نسبیت خاص اینشتین است.

به صورت خلاصه، این طرح شمال کشیدن بافت فضا-زمان درون یک موج است؛ بطوری که بافت فضای جلوی جسم منقبض و فضای پشت آن منبسط شود.جسمی که درون این موج قرار داشته باشد (برای مثال یک سفینه‌ی فضایی) می‌تواند بر این موج که با نام “حباب وارپ” شناخته می‌شود سوار شود. از آنجایی که سفینه درون حباب حرکتی نمی‌کند، قوانین فضا-زمان و نسبیت در مورد آن صادق بوده و هیچ‌کدام نقض نمی‌شوند.

پس با فرض اینکه فضاپیمایی بتواند به موتور الکوبیر مجهز شود، می‌تواند در مدتی کمتر از ۴ سال به پروکسیما قنطورس سفر کند. بنابراین وقتی صحبت از سفر بین ستاره‌ای در میان باشد، این تکنولوژی امیدوارکننده‌ترین روش (حداقل از لحاظ سرعت) است. طبیعتاً خیلی‌ها ممکن بودن چنین روشی را زیر سوال می‌برند. اصلی‌ترین دلیل هم این است که در این طرح مکانیک کوانتوم اصلاً در نظر گرفته نشده است و ممکن است “تئوری همه چیز” خط بطلانی بر آن بکشد.

همچنین محاسبات نشان می‌دهند تامین انرژی مورد نیاز برای راه‌اندازی موتور وارپ تقریباً غیر ممکن است. از جمله دیگر دلایلی که برای عملی نبودن چنین طرحی مطرح می‌شود می‌توان به امنیت چنین سیستمی، اثرات آن بر روی فضا-زمان مقصد و نقض علیّت اشاره کرد.

در سال ۲۰۱۲ دو تن از دانشمندان ناسا اعلام کردند که تحقیق بر روی عملی بودن موتور الکوبیر را آغاز کرده‌اند. پس از گذشت یک سال ناسا آزمایش میدان وارپ در شرایط خلاء را “بدون نتیجه” اعلام کرد.

نتیجه

اگر امیدوار بودید که در طول حیات خود بتوانید به نزدیک‌ترین ستاره سفر کنید، متاسفانه احتمال آن بسیار بعید است. هرچند اگر جامعه‌ی جهانی (به هر دلیلی!) تصمیم بگیرد که تمام منابع و تمرکز خود را بر روی ساخت سفینه‌ای بزرگ بگذارد که قادر به حمل جامعه‌ای خودکفا از انسان‌ها باشد، با استفاده از آخرین تکنولوژی‌ها چنین سفری ظرف مدت یک قرن امکان پذیر است.

نکته‌ی بسیار جالب این است که در طول مدت چنین سفر زمانبری، تکنولوژی هم بر روی زمین پیوسته در حال پیشرفت بوده و ممکن است بعد از گذشت چندین سال فضاپیمایی بسازیم که زودتر از سفینه‌ی اول به مقصد برسد!

بنابراین تا زمانی که به پیشرفت‌های بزرگی در زمینه‌ی گداخت هسته‌ای، پادماده و تکنولوژی لیزر دست پیدا نکرده‌ایم، باید به گشت و گذار در منظومه‌ی شمسی خودمان بسنده کنیم.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید