🍭 ☸️ ☝🏼 إلى المريخ في ثلاثة أيام؟ ◾️ 🐺 🙈

في نهاية فبراير ، ذكرت العديد من وسائل الإعلام أن وكالة ناسا قد توصلت إلى طريقة للطيران إلى المريخ والكواكب الأخرى بسرعات خفيفة. كان حول عمل أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا ، فيليب لوبين (فيليب لوبين). كان معنى الرسائل هو أن وكالة ناسا ، في شخص الأستاذ المذكور أعلاه ، ستطلق مجسات إلى كواكب النظام الشمسي وما بعده باستخدام ضوء الليزر من الأرض. وعدوا بتسليم مركبة وزنها 100 رطل إلى المريخ في ثلاثة أيام وفرص رائعة أخرى. على ما يبدو ، بسبب الصفرة الواضحة للعناوين الرئيسية ، لم يجرؤ أحد على نشر أخبار مماثلة هنا وعلى موارد مماثلة. كنت أتساءل ما الذي لا يزال وراء العناوين الصاخبة وهذا ما اكتشفته.

في الواقع ، لم تكن الأخبار حديثة جدًا ، فقد نشرتها بعض وسائل الإعلام في صيف 2015. الآن أعطى الدافع لهذا الموضوع نشر مقطع فيديو يشرح بشكل عام التكنولوجيا المقترحة من قبل ناسا 360 بودكاست (وإعادة النشر اللاحقة بواسطة موقع Space.com).

لا يحتوي هذا الفيديو على أي تفاصيل علمية وتقنية ، ولكنه يتكون بالكامل تقريبًا من أجزاء مختلفة من عمليات إطلاق المكوك ومقاطع الفيديو الفضائية الأخرى. يقال فقط عن التكنولوجيا نفسها التي من المفترض أن تستخدم الدفع الفوتوني ، أي الطاقة النبضية للفوتونات. في الواقع ، فكرة محرك الفوتون ليست جديدة على الإطلاق ، ومع ذلك ، يقترح الباحثون نهجًا جديدًا تمامًا - يتم نقل الزخم من خلال "تسليط الضوء" على جسم متحرك مع شعاع ليزر من الأرض أو من المنصة المدارية. وبالتالي ، يُقترح التخلص من احتياطيات الوقود اللازمة على الجسم نفسه ، ويُقال إن مثل هذا النهج سيحقق سرعات قريبة من الضوء.

الصورة

فيليب لوبين هو مدير مشروع في مشروع DEEP-IN (دفع الطاقة الموجهة للاستكشاف بين النجوم) التابع لوكالة ناسا. في أبريل 2015 ، نشر ورقة علمية بعنوان "خارطة طريق إلى رحلة بين النجوم" ، اقترح فيها تقنية لنقل زخم الفوتون إلى مركبة فضائية باستخدام مجموعة من أجهزة الليزر المثبتة على الأرض ، كما قدم حسابات تؤكد الاحتمال النظري هذه التكنولوجيا. في أغسطس 2015 ، خصصت وكالة ناسا 100000 دولار لإجراء مزيد من الدراسات لهذه المجموعة.

علاوة على ذلك ، سأحاول أن أوجز بإيجاز النقاط الرئيسية الموضحة في هذا العمل.

تقول مقدمة العمل أنه على مدى الستين سنة الماضية من عصر الفضاء ، حققت البشرية نجاحًا كبيرًا في تطوير تكنولوجيا الفضاء ، باستثناء الخصائص عالية السرعة للمركبات الفضائية. على سبيل المثال ، لم يتمكن Voyager-1 من مغادرة النظام الشمسي إلا بعد 37 عامًا من الطيران ، بسرعة 17 كم / ثانية ، أي 0.006٪ من الضوء. من الواضح أن هذا لا يكفي للطيران حتى إلى أقرب النجوم.

لنقل الطاقة عن بعد ، يقترح استخدام محرك الفوتون (سائق الفوتون) - مجموعة من الليزر ، فئة كيلووات ، مع نفس المراحل بالضبط ، تعمل كمصدر ضوء واحد. مثل هذا النهج سيجعل من الممكن التخلي عن تطوير ليزر واحد قوي عظمى ، بالإضافة إلى أنظمة بصرية عملاقة (نظرًا لأن كل ليزر في الصفيف له نظام بصري خاص به). يتم وصف مجموعة مماثلة في دراسات أخرى من قبل مجموعة بحثية تسمى DE-STAR (نظام الطاقة الموجهة لاستهداف الكويكبات واستكشافها). يقترح توفير الطاقة للصفيف بسبب طاقة المجموعة المقابلة من الألواح الشمسية.

يقترح بناء صفائف DE-STAR بأحجام مختلفة ، في تطور لوغاريتمي من عددهم. على سبيل المثال DE-STAR 1 سيكون لها جانب 10 متر ، DE-STAR 2 - 100 متر وهلم جرا. على سبيل المثال ، خصائص مجموعة من الحجم الأقصى DE-STAR-4 وقوة 50-70 جيجاوات ، والتي ، في وجودها في مدار أرضي منخفض ، ستسمح بتفريق ساتل فيمتوس (مصنوع على شكل بلورة واحدة ، يزن حوالي 1 جرام) بشراع بطول متر واحد ، مصنوع من طبقة رقيقة إلى سرعة حوالي 26٪ من الضوء في حوالي 10 دقائق. سيصل هذا الجهاز إلى كوكب المريخ في غضون 30 دقيقة ، ويتفوق على Voyager-1 في أقل من 3 أيام ويصل إلى Alpha Centauri في حوالي 15 عامًا. كأمثلة أخرى ، يقال أن مثل هذا الصفيف يمكن أن يسرع جسمًا يزن 100 كجم إلى حوالي 2 ٪ من سرعة الضوء ، وجسم يزن 10000 كجم إلى 1000 كم / ثانية.

الصورة

بالنظر إلى أن تسريع القمر الصناعي الفيمتو يستغرق وقتًا قصيرًا جدًا ، وبعد ذلك تكون مجموعة من الليزر غير ضرورية عمليًا ، نظريًا ، يمكنك إطلاق مئات من هذه الأجهزة يوميًا وتشغيل حوالي 40،000 وحدة سنويًا ، مما سيسمح بجهاز واحد لكل درجة مربعة من السماء ( ويقدر أن الكتلة الكلية لجميع سواتل الفيمتو ستبلغ حوالي 80 كيلوجرام).

علاوة على ذلك ، يوفر العمل حسابات الطاقة اللازمة لتسريع الأجسام إلى سرعات الضوء القريبة ، بالإضافة إلى حسابات الأحجام اللازمة للأشرعة لتجميع الطاقة المرسلة. يُقترح أيضًا استخدام جزء من الطاقة المتلقاة لاحتياجات المركبة الفضائية الخاصة ، والتي من ناحية ستقلل من كفاءة نقل الطاقة ، ومن ناحية أخرى ، ستسهل بشكل كبير الجهاز نفسه. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إعطاء التصميم والحسابات اللازمة لبناء مجموعة من الليزر.

يمكن أن تكون مشكلة خطيرة هي فرملة الجهاز الذي وصل إلى المكان. لهذا الغرض ، يقترح استخدام طاقة الفوتونات المنبعثة من النجم والرياح النجمية ، وكذلك الترابط المغناطيسي مع بلازما النظام النجمي. يُشار إلى أن الأمر سيستغرق سنوات عديدة من التجارب لمعرفة كيفية استخدام هذه الفرص ، ولكن تتسع المهام الآن.

جانب عملي آخر لاستخدام صفائف الليزر يمكن أن يكون التواصل مع الأجهزة لمسافات طويلة. على سبيل المثال ، يتم إعطاء الحساب مرة أخرى لصفيف DE-STAR-4 بطول موجة يبلغ 1.06 ميكرومتر وقوة 50 جيجاوات. يقال أنه على مسافة سنة ضوئية واحدة ، سيكون قطر نقطة الضوء 2 * 10 ⁶ أمتار (2000 كم) ، والتي بالنسبة للمسبار الذي يزن 100 كجم وهوائي استقبال بقطر 30 مترًا سيسمح لك باستقبال البيانات بسرعة 2 * 10 ¹⁸bit / s (بافتراض أن الجهاز يحتاج إلى استقبال 40 فوتونًا لترميز البت الأول). في نفس الوقت ، مع وجود جهاز إرسال ليزر بقوة 10 واط ، سيتمكن الجهاز من إرسال المعلومات بطريقة مماثلة بسرعة 1 * 10 ⁹ بت / ثانية (أي 1 جيجابت / ثانية). وبالمثل ، يُحسب أنه بالقرب من بروكسيما سنتوري ، فإن نظام إرسال البيانات هذا سيوفر سرعة تبلغ حوالي 70 ميغابت / ثانية. على سبيل المثال ستتاح للبشرية فرصة مشاهدة فيديو يتم بثه من نظام نجوم مجاور في الوقت الحقيقي.
كفرص إضافية لاستخدام مجموعة الليزر ، يتم توفير الأغراض العسكرية والحماية ، على سبيل المثال ، الحماية من الكويكبات ، وكذلك نقل الإشارات إلى الحضارات خارج الأرض.

في نهاية المقال ، يتم إعطاء بعض الحسابات للمركبات الفضائية المستقبلية المرسلة باستخدام مصفوفة ليزر بسعة 70 جيجاوات:

1	2	3	4	5	6	7	8	9
1 جرام	0.85 م	186 ثانية	4.01 * 10 ⁹ م	4.31 * 10 ⁷ م / ث	0.14	6.10 * 10 ⁷ م / ث	0.20	2.37 * 10 ⁴ غ
10 غ	2.7 م	1050 ثانية	1.27 * 10 ¹⁰ م	2.43 * 10 ⁷ م / ث	0.081	3.43 * 10 ⁷ م / ث	0.11	2.37 * 10 ³ غ
100 جرام	8.5 م	5880 ثانية	4.01 * 10 ¹⁰ م	1.36 * 10 ⁷ م / ث	0.046	1.93 * 10 ⁷ م / ث	0.064	237 جرام
1 كغم	27 م	3.32 * 10 ⁴ ثانية	1.27 * 10 ¹¹ م	7.67 * 10 ⁶ م / ث	0.026	1.08*10⁷ /	0.036	23.7 g
10	85	1.86*10⁵	4.01*10¹¹	4.31*10⁶ /	0.014	6.10*10⁶ /	0.020	2.37 g
100	270	1.06*10⁶	1.27*10¹²	2.43*10⁶ /	0.0081	3.46*10⁶ /	0.011	0.237 g
1000	850	5.88*10⁶	4.01*10¹²	1.36*10⁶ /	0.0046	1.93*10⁶ /	0.0064	0.0237 g
10 000	2.7	3.32*10⁷	1.27*10¹³	7.67*10⁵ /	0.0026	1.08*10⁶ /	0.0036	2.37*10^-3 g
100 000	8.5	1.86*10⁸	4.01*10¹³	4.31*10⁵ /	0.0014	6.10*10⁵ /	0.0020	2.37*10^-4 g

وبالتالي ، يقول المقال أن التكنولوجيا المقترحة ، على الرغم من طبيعتها الرائعة ، ممكنة تمامًا في المستقبل المنظور ومن الواضح أنها أكثر واقعية من الثقوب الدودية ، والتحريك عن بُعد والمحركات المضادة للمادة. بالطبع ، سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى تتطور التقنيات بشكل كافٍ لإنشاء وحدات وزن المركبة الفضائية بالجرام ومصفوفات الليزر اللازمة للتسارع. للموافقة على هذا أم لا - يمكن للجميع أن يقرروا بأنفسهم. من المهم بالنسبة لي أن وكالة ناسا شهدت أيضًا حبوبًا صحية في هذا العمل وتمول المزيد من التطورات. قد تكون الخطوات التالية أول اختبار أرضي لتقنية نقل الزخم ، ثم الاختبار في مدار صفائف الليزر الأرضية ذات القوى المختلفة.

كما هو متوقع ، فإن النظرية المقترحة لديها خصوم. بالإضافة إلى الاستحالة التقنية لإطلاق مثل هذه المركبة الفضائية في الوقت الحاضر ، هناك أيضًا صعوبات نظرية وعملية أخرى. على سبيل المثال ، يقولون أن شراع الليزر ساخن جدًا أثناء تشغيل نظام الليزر ، أو أنه إذا كان الشراع (وينبغي أن يعكس 99.99 ٪ من الطاقة المستلمة) يعكس 70 جيجاوات من الطاقة مرة أخرى في مصفوفة الليزر ، فلن يتم استقبال الأخير. ويذكرون أيضًا قانون نيوتن الثالث ، والذي بموجبه ستعمل قوة رد فعل هائلة على منصة الفضاء التي سيتم تثبيت مجموعة الليزر عليها (على الرغم من أن المنصة نفسها ، وفقًا لحسابات نفس النقاد ، سيكون لها كتلة باهظة تبلغ حوالي 300000 طن).

على أي حال ، سيحدد الوقت من كان على حق ومن لم يكن كذلك.

أعتذر عن استخدام مصطلح "فيمتو القمر الصناعي" للأجهزة المذكورة في المقالة ، لأن الأصل يستخدم مصطلح "المركبة الفضائية مقياس الرقاقة" ، والتي لا تترجم بأي مصطلح أعرفه.

قائمة الروابط:

إلى المريخ في ثلاثة أيام؟

More articles: