ما برای رفتن به فضا به راه بهتری نیازمندیم

ما برای رفتن به فضا به راه بهتری نیازمندیم

انسان‌ همواره موجودی کاوشگر و کنجکاو بوده‌ است. ما برای یافتن جواب پرسش‌هایمان، سیاره‌ی کوچک و آبی خودمان را به طور کامل گشته‌ایم و در ادامه با سوالات بیشتری مواجه شده‌ایم. ما چرا اینجا هستیم؟ این کار چه مفهومی دارد؟

ما همچنان گام های کوچکی در راه دسترسی به منظومه‌ی شمسی برداشته‌ایم. اما سفر فضایی‌ای که ارزان و قابل دسترسی باشد، به عنوان یک اتفاق انقلابی و نویدبخش در زمینه‌ی فناوری‌هایی خواهد شد که ما هنوز توانایی تصورشان را نداریم. حتی تغییرات ایجاد شده در زمینه‌های اجتماعی و اقتصادی توسط اینترنت هم در مقایسه با این اتفاق کمرنگ جلوه خواهد کرد. اما مسئله‌ی اصلی این است که: ما نمی‌توانیم با استفاده از موشک به سمت ستارگان سفر کنیم. موشک‌ها برای سفر فضایی وسیله‌ی طاقت فرسایی هستند.

مدار یک راهکار متعادل است

در مکانیک مداری گفته می‌شود که قرار گرفتن در مدار به منزله‌ی پیمودن نصف راه برای رسیدن به یک مکان است. ساده‌ترین راه برای رفتن دایمی به فضا، مدار است. این کار در واقع اولین گام بزرگ برای پشت سر گذاشتن اثر گرانش زمین در راه رسیدن به فضا محسوب می‌شود. بودن در فضا به این مفهوم است که بین گرانشی که شما را به سمت پایین می‌کشد و تکانه‌ای که شما را به سمت فضای بیرون پرتاب می‌کند در تعادل باشید. شما در یک ارتفاع مشخص در حال گردش به دور زمین باقی می‌مانید، چون زمین با همان سرعتی می‌رود که شما در حال حرکت به سمتش هستید. کمی کاهش سرعت، شما را به سمت فضای گرانشی زمین خواهد‌ کشاند. اندکی افزایش سرعت هم باعث خواهد شد که به کلی از قید گرانش زمین آزاد شده و فضای گرانش زمین را به طور کامل ترک کنید.

مدار به منزله‌ی دروازه‌ی دسترسی به منظومه‌ی شمسی، کهکشان و کل جهان هستی است. متاسفانه دروازه‌ی مذکور ۱۶۰ مایل بالاتر از سطح زمین قرار دارد و با سرعت ۳۲۰۰۰ کیلومتر بر ساعت در حرکت است. قسمت بسیار کوچکی از موشک در نهایت بر روی مدار قرار می گیرد. این در حالی است که اغلب قسمت‌ها از بین می‌روند، می‌سوزند یا اینکه به صورت بی‌هدف در فضا رها می‌شوند و شناور می‌مانند. شما نمی‌توانید دوباره از آن استفاده کنید چون دیگر نمی‌توانید ان را برگردانید، بنابراین موشک را در فضا باقی می‌گذارید تا بماند.

بر خلاف تصورات رایجی که در مورد علم موشک وجود دارد، یک موشک به هیچ عنوان از یک جت قاره پیما پیچیده‌تر یا گران‌تر نیست. بیایید یک مقایسه بین هواپیمای A300-200F و یک موشک با پرتابگر Falcon Heavy انجام دهیم.

هر دوی آن‌ها دارای مقدار محموله‌ی مشابه‌اند و هزینه‌ی تقریبا یکسانی برای ساختشان صرف شده است. اما هزینه‌ی جابجایی یک تن بار بسته به روشی که برای انتقال آن استفاده می‌کنید به وضوح تفاوت زیادی دارد. یک هواپیما هزاران بار استفاده می‌شود، پس هزینه‌ی کلی را می‌توان بر تعداد کل پرواز‌ها تقسیم کرد و نتیجه گرفت.

موشک‌ها ناکارامد هستند

رفتن به فضا با موشک دقیقا مانند این است که شما برای سفر از ایالات متحده به انگلستان خود را به یک منجنیق بسته و از روی اقیانوس اطلس پرتاب کنید. البته با این تفاوت که منجنیق‌ هزینه‌ی میلیون دلاری ندارد و بعد از یک بار استفاده منفجر نمی‌شود.

در اصل موشک یک رهیافت استفاده نیروی زیاد غیر‌قابل کنترل است. شما موشک را در مسیری که می‌خواهید تنظیم می‌کنید. سپس مقدار زیادی انرژی را در قسمت پایین آن آزاد کرده (سوخت خود را با اکسیژن منفجر می‌کنید.) تا جایی که نیروی حاصل از انفجار موشک را از روی زمین بلند کند. این کار بسیار ناکارامد است. علاوه بر این، موشک باید همه‌ی اکسیژن مورد نیاز برای سوخت را با خود حمل کند.

ناکارامد بودن یعنی اینکه شما برای رساندن بار مورد نظرتان به ارتفاع و سرعت مطلوب، باید همواره تانک های سوختی را که خالی می‌شوند دور بیندازید. به همین دلیل موشک‌ها به صورت مرحله‌ای ساخته می‌شوند و به چند بخش تقسیم می شوند. وقتی یک بخش سوختش تمام می‌شود شما می‌توانید محفظه‌ی سوخت خالی شده را به فضای بیرون پرتاب کنید.

به وضوح می‌توان گفت که سفر به فضا با یک هواپیما بسیار ارزان‌تر خواهد بود. مسئله این ‌است که شما نمی‌توانید با یک هواپیما به فضا سفر کنید. هواپیما‌ها مانند هر چیز دیگری که پرواز می‌کند دارای بال هستند. بال‌ها در فراهم ساختن نیروی برآ برای پرواز بسیار کارامد هستند. شما بال‌ها را به سمت جلو حرکت می‌دهید و بال‌ها هوا را پایین می‌کشند و خودشان بالا می‌روند. اما بال‌ها و هواپیما برای پرواز نیاز به هوا دارند و مسئله این است که در فضا هوا وجود ندارد.

این همان چیزی است که موشک‌ها را از بقیه متمایز می‌سازد. رفتن به مدار زمین و فراتر از آن مستلزم سرعت زیاد و ارتفاع زیاد در فضای بدون هواست و این کار را در حال حاضر فقط موشک‌ها می‌توانند انجام دهند. اخیرا شرکت خصوصی فناوری فضایی SpaceX کار بر روی تقویت کننده‌های فرود با قابلیت استفاده مجدد را شروع کرده است تا بتواند هزینه‌ی هر پرواز را کاهش دهد. اساسا، شما قسمت‌هایی را که قرار است در فضا از موشک بیرون پرتاب شوند را به گونه‌ای طراحی می‌کنید که مقداری سوخت برای بازگشت و فرود مجدد در سکوی پرتاب داشته باشند.

اما حتی اگر بتوان سکوی تقویت کننده را با موفقیت فرود آورد، بازبینی مجدد آن نیازمند هزینه‌ی زیادی خواهد بود. موشک‌ها گام خوبی را بین پرواز و انفجار برمی‌دارند. آماده سازی آن‌ها برای یک بار کار هم سخت است. طبیعتا انجام این کار برای ده‌ها یا صد‌ها بار بسیار دشوارتر خواهد بود. موشک‌ها نمی‌توانند انسان را به فضا ببرند. همان‌طور که هیچ‌کس برای پیمودن اقیانوس اطلس از منجنیق استفاده نمی‌کند. ما به یک فضاپیمای ترکیبی از وسایل با قابلیت استفاده مجدد نیاز داریم.

پروژه‌ی SKYLON

خوشبختانه ممکن است در آینده‌ی نزدیک چنین وسیله‌ای ساخته شود. یک کمپانی انگلیسی به نام Reaction Engine بر روی پروژه‌ای موسوم به SKYLON در حال کار است. آن‌ها اعلام کرده‌اند که این موشک تا ۲۰۰ بار قابل استفاده مجدد بوده و می تواند پانزده تن محموله را تا سطح پایینی مدار زمین حمل کند و همه‌ی این کار بزرگ با هزینه‌ی اندک صد هزار دلار برای هر تن بار خواهد بود. تصور کنید که به ازای هر شخص حدود ده هزار دلار خواهد بود. به طور تقریبی این هزینه برابر است با هزینه‌ی بلیط فرست‌کلسِ یک طرفه‌ی پرواز از نیویورک تا لندن با این تفاوت که این سفر یک سفر فضایی رفت‌و‌برگشت خواهد بود.

پروژه‌ی SKYLON وابسته به توسعه‌ی موتور SABRE است. موتور منحصر به فردی که هم به عنوان موتور موشک و هم موتور هواپیما عمل می‌کند. وسیله می‌تواند از یک باند پرواز همانند هواپیما پرواز کرده و با نهایت سرعت ممکن و تا نهایت ارتفاع ممکن برسد. هواپیمای SKYLON برای ادامه‌ی سفرش موتورهای خود را به حالت موشک تغییر کار می‌دهد. طراحی به حدی نویدبخش است که آژانس فضایی اروپا و آژانس فضایی انگلستان هر دو بر روی آن سرمایه گذاری کرده‌اند. کمپانی مدعی شده است که انجام تست‌های پرواز تا قبل از ۲۰۱۹ میسر خواهد شد.

کارایی بیشتر به این معنی است که فضاپیما و محموله‌ی آن بدون آن که در حین سفر چیزی از محتویاتش را به بیرون پرتاب کند بتواند به مدار زمین رفته و دوباره برگردد. توانایی فرود مجدد فضاپیما بر روی زمین هم به این معنی است که می‌توان هزینه‌ی انجام شده را بر تعداد پروازهایی که این وسیله مانند یک هواپیمای معمولی می‌تواند انجام دهد تقسیم کرد.

یک دنیای جدید و باشکوه

در ظاهر، این نوع فناوری ممکن است به صورت یک بهبود رو به رشد به نظر آید. هر سال سه میلیارد نفر مسافر و ۵۰ میلیون تن بار از طریق هواپیما جابجا می‌شوند. در همین لحظه که شما این نوشته را می‌خوانید حدود ده هزار هواپیما در کره‌ی زمین در حال پروازند. این در حالی است که تعداد کل موشک‌های پرتاب شده در سال ۲۰۱۴ نود و دو عدد بوده است.

جهانی را تصور کنید که سالانه میلیون‌ها مسافرت فضایی انجام شده و میلیون‌ها تن محموله بین فضا و زمین جابجا شود. باز شدن راه دسترسی به ستارگان بدون شک یکی از عظیم‌ترین تغییرات ایجاد شده در زندگی انسان‌ها خواهد بود. ما در مورد اینکه چه فناوری هایی در ادامه پدید خواهد آمد ایده‌ای نداریم، اما مسلما ترک این سیاره تنها راه نجات آن است.

علاوه بر آن، کاوش در مورد اینکه آن بیرون چه خبر است خود سوال‌ها و چالش‌های بزرگتری را به ارمغان می‌آورد. در صورتی که در هر نقطه از منظومه‌ی شمسی حیات وجود داشته باشد چه اتفاقی رخ می دهد؟ این امر برای ما چه مفهومی خواهد داشت؟ برای مذهب، برای تعریف هر یک از ما از مقوله‌ی انسان بودن و زنده بودن چه رخ خواهد داد؟ پروژه‌ی SKYLON و پروژه‌های همانند این ما رابرای یافتن پاسخ‌هایمان یاری خواهد کرد.