از تهران تا مریخ؛ سفر به ژرفای فضا با موشک فیزیکدان زن ایرانی‌تبار

 همشهري آنلاين/ دکتر فاطيما ابراهيمي فيزيکدان «آزمايشگاه فيزيک پلاسماي پرينستون» (PPPL) آمريکا و متولد تهران، موشک «همجوشي هسته‌اي» جديدي را ابداع کرده است که مي‌تواند انسان‌ها را ۱۰ بار سريع‌تر از پيشران‌هاي فضايي کنوني به مريخ برساند.

 دکتر فاطيما ابراهيمي يک موشک جديد استفاده کننده از همجوشي هسته‌اي اختراع کرده است که مي‌تواند روزي انسان را به مريخ برساند. اين دستگاه از ميدان‌هاي مغناطيسي براي شليک ذرات پلاسما از  پشت موشک استفاده مي‌کند و فضاپيما را به فضا مي‌فرستد.

استفاده از ميدان‌هاي مغناطيسي به دانشمندان امکان مي‌دهد تا ميزان رانش را براي يک مأموريت خاص تنظيم کنند و فضانوردان هنگام سفر به جهان‌هاي دور مقدار رانش را تغيير دهند.

اختراع اين دانشمند ايراني‌تبار  همچنين مي‌تواند فضانوردان را ۱۰ برابر سريع‌تر از رانشگرهاي فضايي فعلي که از ميدان‌هاي الکتريکي براي حرکت ذرات استفاده مي‌کنند، به سياره سرخ ببرد.

ابراهيمي گفت: «من مدتي است که در حال بررسي اين برداشت هستم. سال ۲۰۱۷ نشسته بودم و به شباهت‌هاي اگزوز يا خروجي ماشين با ذرات پرسرعت فکر مي کردم که اين ايده به ذهنم رسيد.»

 پلاسما (حالت چهارم ماده) حالت داغ و باردار ماده‌اي است که از الکترون‌هاي آزاد و هسته هاي اتمي تشکيل شده و ۹۹ درصد از جهان مرئي مربوط به آن است و قادر به توليد مقادير زيادي انرژي است.دانشمندان به طور شبانه‌روزي در تلاش براي ايجاد همجوشي هسته‌اي در يک آزمايشگاه هستند به اين اميد که انرژي عظيم‌ ايجاد شده با  آن براي توليد برق براي موشک‌هايي که در اعماق فضا حرکت مي‌کنند، استفاده کنند.

رانشگرهاي فعلي پلاسما که از ميدان‌هاي الکتريکي براي حرکت ذرات استفاده مي‌کنند فقط مي‌توانند يک «تکانه ويژه» کمي توليد کنند. تکانه ويژه (specific impulse)، تکانه‌اي است که به ازاي استفاده از مقدار مشخصي از سوخت به موشک وارد مي‌شود و در واقع مقياسي است براي سنجش سرعت خروجي يا اگزوز از موتور موشک. هر چه تکانه ويژه موتور موشک بالاتر باشد ميزان بهره‌وري آن بالاتر است.

اما شبيه‌سازي‌هاي کامپيوتري انجام شده با کامپيوترهاي PPPL و «مرکز ملي کامپيوتري پژوهش‌هاي انرژي» آمريکا  (دفتري وابسته به وزارت انرژي آمريکا واقع در آزمايشگاه ملي لاورنس برکلي در برکلي کاليفرنيا) نشان داد که اين برداشت جديد رانشگر پلاسما مي‌تواند خروجي با سرعت صدها کيلومتر در ثانيه توليد کند و ۱۰ برابر سريع‌تر از رانشگرهاي ديگر باشد.

به گفته ابراهيمي، سرعت بالاتر فضاپيما در ابتداي شروع سفر فضايي مي‌تواند سياره‌هاي خارجي منظومه شمسي را در دسترسي فضانوردان قرار دهد.

ابراهيمي گفت: «سفرهاي فضايي دوردست ماه‌ها يا سال‌ها طول مي‌کشد، زيرا تکانه ويژه موتورهاي موشک‌هاي با سوخت شيميايي بسيار کم است، بنابراين فضاپيما براي سرعت گرفتن بايد مدتي در مدارهاي سياره‌ها حرکت کند (تا با استفاده از نيروي گرانشي) سرعت بيشتري بگيرد.»

«اما اگر بتوانيم رانشگرهاي بر اساس بازاتصال مغناطيسي بسازيم، بعد مي‌توانيم ماموريت‌هاي دوردست فضايي را در مدت کوتاه‌تري انجام دهيم.»

اگرچه استفاده از همجوشي هسته‌اي براي تأمين انرژي موشک‌ها مفهوم جديدي نيست، اما پيشران توسعه داده شده توسط ابراهيمي از سه جهت با دستگاه‌هاي رانشگر کنوني تفاوت دارد.

اول اينکه که تغيير دادن قدرت ميدان‌هاي مغناطيسي مي‌تواند ميزان رانش را کم يا زياد کند و به فضانوردان امکان مانور دادن بهتر در اعماق تاريک فضا را مي‌دهد.

ابراهيمي گفت: «با استفاده از آهنرباهاي الکتريکي بيشتر و ميدان‌هاي مغناطيسي بيشتر  عملا مي‌توانيد يک دستگيره را بچرخانيد و با آن سرعت را به طور دقيق تنظيم کنيد.»

دوم اينکه رانشگر جديد با بيرون راندن ذرات پلاسما و نيز حباب‌هاي مغناطيسي به نام  «پلاسموئيدها»  حرکت ايجاد مي‌کند.. 

پلاسموئيدها قدرت را به رانش مي‌افزايند و در هيچ برداشت ديگر از رانشگرها چنين تلفيقي وجود ندارد.

سومين تفاوت برداشت ابراهيمي با برداشت‌هاي ديگر اين است که او از ميدان‌هاي مغناطيسي براي شليک ذرات پلاسما از پشت موشک استفاده مي‌کند اما دستگاهاي ديگري که در سفرهاي فضايي به کار رفته‌اند، از ميدان‌هاي الکتريکي براي اين امر استفاده مي‌کنند.

استفاده از ميدان‌هاي مغناطيسي ممکن است تحولي عظيم در اين حوزه ايجاد کند، زيرا به دانشمندان اجازه مي‌دهد تا ميزان رانش را براي يک ماموريت خاص از همان ابتدا تنظيم کنند.

ابراهيمي گفت: « ساير رانشگرها به گاز سنگين ساخته شده از اتم‌هايي مانند زنون نياز دارند، اما در اين برداشت جديد مي‌توانيد از هر نوع گازي که مي‌خواهيد استفاده کنيد.» دانشمندان ممکن است در بعضي موارد گاز سبک را ترجيح دهند، زيرا اتم‌هاي کوچکتر مي‌توانند با سرعت بيشتري حرکت کنند.

---

بازار

---

درباره دکتر فاطيما ابراهيمي، از تهران تا پرينستون
دکتر فاطيما ابراهيمي متولد تهران است و در دوران پرآشوب جنگ و ايران و عراق فيزيک به پناهگاهش بدل شد. خواندن فيزيک و حل کردن معادله‌ها در آن هنگام راهي براي خروج از اين آشوب بود و به او احساس قدرت مي‌داد.

او اکنون در آزمايشگاه فيزيک پلاسماي دانشگاه پرينستون مي‌خواهد از يک آشوب ديگر نظم بيافريند: پلاسما، گاز بسيارداغ بارداري که خورشيد را مي‌سازد. پلاسما در اعماق خورشيد سوخت واکنش‌هاي همجوشي هسته‌اي را فراهم مي‌کند که در آن‌ها اتم‌هاي هيدروژن‌ها با هم ترکيب مي‌شوند و مقدارهاي عظيم انرژي آزاد مي‌کنند.

پژوهش ابراهيمي بر فرآيندي در زمين متمرکز است که در وسائلي به نام «توکومک‌ها» انجام مي‌شود. اين دستگاه‌ها کارشان محصورسازي پلاسما است و براي ايجاد پايداري پلاسما بر مبناي محصورسازي مغناطيسي طراحي شده‌اند. او با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي کامپيوتري به دنبال کشف اساس فيزيکي روشي است که طراحي اين وسائل را ساده کند و نيز از اندازه و هزينه آنها بکاهد و به اين ترتيب ما را به «خلق يک منبع نامحدود انرژي پاک‌ و تجديدپذير» نزديکتر کند که هدف اصلي پژوهش‌هاي انرژي است.

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد
instagram.com/akharinkhabar