كم سوف يستغرق السفر إلى أقرب نجم؟

تاريخ النشر : 05/10/2018 التعليقات :0 الاعجابات :0 المشاهدات :573
المراجع ضحى العبد

المدقق حمد الصقر

معلم - ساعٍ في التعلم

المترجم Jeehan Albuainain

%d9%83%d9%85-%d8%b3%d9%88%d9%81-%d9%8a%d8%b3%d8%aa%d8%ba%d8%b1%d9%82-%d8%a7%d9%84%d8%b3%d9%81%d8%b1-%d8%a5%d9%84%d9%89-%d8%a3%d9%82%d8%b1%d8%a8-%d9%86%d8%ac%d9%85%d8%9f

 

جميعنا قد سأل هذا السؤال في أغلب الأوقات: كم من الوقت سيستغرق السفر إلى النجوم؟ وهل يمكن أن أفعل ذلك في حياتي؟

هناك العديد من الإجابات على هذا الاحتمال، بعضها بسيطة جدًا، والبعض الآخر في عالم الخيال العلمي . لجعل هذا أسهل للإجابة، سوف ندرس ونفقه كم من الوقت سيستغرق السفر إلى أقرب نجم للنظام الشمسي، ” بروكسيما سنتوري ” . لسوء الحظ، فإن أي طريق تسلكه إلى النجوم سيكون بطيئًا، حتى لو كانت تعمل بواسطة أقوى تكنولوجيا ” الدفع النووية… ”


سبق و درسنا الزمن الذي يستغرقه السفر إلى القمر. أخذنا المسار السريع مع بعثة آفاق جديدة بلوتو، وتشغيل الأقمار الصناعية الماضي الطبيعي الوحيد للأرض في مجرد ثماني ساعات و35 دقيقة. كان لدينا أيضا أيون مهل القذائف محرك SMART-1 المهمة التي تروندليد طريقها إلى القمر لمدة 13 شهرا. لذلك، من ( المركبة الفضائية ) الصاروخية السريعة لمحرك الأقراص( أيون ) الاقتصادي، لدينا عدد قليل من الخيارات المفتوحة لنا عندما تحلق حول الفضاء المحلي (بالإضافة إلى أنه يمكننا استخدام كوكب المشتري أو زحل لمقلاع الجاذبية الضخمة). ولكن ماذا نقول إذا كان بإمكاننا أن نبني مسارًا سريعًا آخر أقل وقتًا ؟

رسم هرسل (NAU)
أقرب نجم إلى الأرض هي الشمس. بل هو “متوسط” إلى حد ما نجم في Hertzsprung – “السلسلة الرئيسية” مخطط رسل شمسنا غير مستقر بشكل مفاجئ، وتوفير الأرض فقط مع ضوء الشمس المناسب لتطور الحياة على كوكبنا. نحن نعرف أن هناك كواكب تدور حول نجوم أخرى قريبة من النظام الشمسي، ولكن يمكن أنها تدعم الحياة بكفاءة كما هي شمسنا ؟ في المستقبل، يرغب البشر بترك ” النظام الشمسي” ، سيكون لدينا خياراتٌ ضخمة من النجوم نتمكن من السفر إليها، وكثيرٌ منها يمكن أن يكون لها الظروف المناسبة لتزدهر الحياة . ولكن إلى أين سنذهب وكم سيستغرق الوصول إلى هناك بالنسبة لنا ؟

ربما سيكون الخيار الأول ” بروكسيما سنتوري” أقرب نجم إلى المجموعة الشمسية. جزء من نظام النجوم الثلاثي يسمى ” ألفا قنطورس” . ” بروكسيما “يبعد 4,22 سنة ضوئية من الأرض. ” ألفا قنطورس ” هو في الواقع من ألمع النجوم الثلاثة في النظام، وذلك يسمى النظام بعد هذا النجم . ” ألفا قنطورس ” هو جزء من ثنائي تدور بشكل وثيق حول 4.37 سنة ضوئية من الأرض، ولكن ” بروكسيما سنتوري ” – الأقل لمعانًا من الثلاثة – هو نجم قزم أحمر معزول 0,15 سنة ضوئية عن الثنائي ..!! ” ريد ستارز ” قزم يولد طاقة أقل بكثير من شمسنا، لذلك سيكون علينا العثور على كوكب في مدار أقرب إلى هذا القزم الأحمر للاستمرار.

السفر بين النجوم ربما يستحضر بعض النظريات الغريبة عن التكنولوجيا التي يمكن أن تستخدم للوصول إلى هناك. ” ستار تريك ” محرك تشوه الصورة سوف نضطر إلى الانتظار والبقاء في فئة “الخيال العلمي” في الوقت الراهن، فإنه من المحتمل جدًا أن رحلة الفضاء السحيق سوف تأخذ أجيالًا بدلًا من بضعة أيام. لذلك، بدءًا من واحدة من أبطأ أشكال السفر إلى الفضاء، كم من الوقت سيستغرق الوصول إلى ” بروكسيما سنتوري ” ؟ وهذا هو كل التخمين حيث يوجد حاليًا معيار للرحلات بين النجوم ..

الأكثر بطئًا : ( أيون دفع الدفع )  81,000 عامًا ..!!
اعتبر أيون محرك الدفع أن يكون الخيال العلمي منذ بضعة عقود فقط في السنوات الأخيرة ومع ذلك، فقد نقل التكنولوجيا لدعم أيون الدفع من النظرية إلى الممارسة وبطريقة كبيرة. الانتهاء من ESA SMART-1 المهمة بنجاح على سبيل المثال مهمتها إلى القمر بعد أخذ مسار حلزوني 13 شهرًا من الأرض. SMART-1 استخدام الطاقة الشمسية الدفاعات الأيون تعمل بالطاقة، حيث تم حصاد الطاقة الكهربائية من ألواحها الشمسية واستخدامها لقوتها الدفاعات قاعة التأثير. واستخدمت فقط 82 كيلوغرامًا من وقود الدفع زينون لدفع SMART-1 إلى القمر. قدمت 1 كلغ من الوقود الدافع زينون دلتا-v من 45 م / ث. مما شكَّل كفاءة عالية من الدفع، ولكنها ليست سريعة..!!

إحدى المهام الأولى لاستخدام تكنولوجيا محرك الأيون كانت البعثة (بوريلي المذنب) من الفضاء عام 1998م . كما يستخدم محرك أيون مدعوم من زينون المستهلكة81,5 كجم من الوقود. أكثر من 20 شهرا صمم للوصول إلى سرعة تحليق المذنب 56.000 كم/ساعة (35.000 ميل/ساعة).

لذلك دفاعات الأيون هي أكثر اقتصادًا من تكنولوجيا الصواريخ كما أن كتلة الدفع لكل وحدة من وقود الدفع (ويعرف أيضًا باسم دفعة محددة) هي أعلى بكثير، لكنه يأخذ وقتًا طويلا لدفاعات الأيون لتسريع المركبة الفضائية إلى سرعةٍ كبيرة. كما أن السرعة القصوى من الأيون تعمل بطاقة دافع المركبة الفضائية يعتمد على كمية الوقود التي يمكن حملها وكمية الكهرباء التي يمكن أن تولد، على الرغم من بطئها، إذا كانت دفاعات أيون لاستخدامها غير الوقت ذات المهام الحرجة إلى ” بروكسيما سنتوري ” ، وأن دفاعات الأيون بحاجة إلى مصدر ضخم لإنتاج الطاقة (أي الطاقة النووية) وكمية كبيرة من الوقود الدافع (وإن لم يكن كبيرًا مثل أشكال أقل اقتصادًا من السفر في الفضاء، مثل الصواريخ). كما أن محركات أيون النجوم لا وجود لها حتى الآن، وحساب سرعة كم من الوقت سيستغرق السفر لمحرك أيون الكواكب المركبة الفضائية، مثل أعماق الفضاء 1.

على افتراض كل 81.5 كيلوغرام من الوقود الدافع زينون يترجم إلى سرعة أقصاها 56.000 كم / ساعة (على افتراض عدم وجود أشكال أخرى من الدفع، مثل مقلاع الجاذبية، وتبقى هذه السرعة ثابتة طوال مدة الرحلة)، في أعماق الفضاء 1 سيتولى 81.000 سنوات للسفر في سنة ضوئية 4.3 (أو 1.3 parsecs) من الأرض إلى ” بروكسيما سنتوري ” . لوضع هذا الجدول الزمني في منظوره الصحيح، من شأنه أن يكون أكثر من 2700 من الأجيال البشرية. لذلك أعتقد أننا يمكن أن نقول بشكل قاطع، سرعات الكواكب مهمة محرك أيون هي أبعد ما تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها للبعثات المأهولة بين النجوم. ولكن، يجب أن يكون أيون الدفاعات أكبر وأقوى (أي هل أيون العادم السرعة تحتاج إلى أن تكون أعلى)، بالوقود الكافي لكامل رحلة المركبة الفضائية 4.3 سنة ضوئية، فإن 81,000 سنوات أن تقلص إلى حد كبير.

خطورة أسلوب التوريد:

الوسائل القائمة الأسرع للسفر إلى الفضاء هو معرفة طريقة مساعدة الجاذبية، الذي يستغرق حوالي 19.000 سنة لتصل إلى ” بروكسيما سنتوري ” . وهذا ينطوي على المركبة الفضائية باستخدام الحركة النسبية (أي المدار) والجاذبية لكوكب لتغيير المسار والسرعة للمركبة الفضائية. يساعد الجاذبية في تقنية مفيدة جدًا في ارتياد الفضاء خاصةً عند استخدام الأرض أو كوكب آخر لزيادة السرعة.

مركبة الفضاء ” مارينر 10 ” كانت أول من استخدم هذا الأسلوب، استخدمت جاذبية كوكب الزهرة لمقلاع نحو الزئبق في شباط/فبراير من عام 1974م . وفي الثمانينات، استخدم المسبار ” فوياجر 1 ” زحل والمشتري للمقاليع الجاذبية لبلوغ سرعته الحالية من 60.000 كم/ساعة (38.000 ميل/ساعة) وجعله في الفضاء بين النجوم.

بعثة الشمسية هيليوس (شبكة الفضاء العميق)
وأطلق ” هيليوس 2 ” بعثة 1976م لدراسة الكواكب المتوسطة من 0.3AU  إلى 1AU  إلى الشمس. في ذلك الوقت، ” هيليوس 1 ” (أطلق في عام 1974م ) و ” هيليوس 2 ” عقد الرقم القياسي لنهج أقرب إلى الشمس. ومع ذلك، حتى يومنا هذا، ” هيليوس 2 ” يحمل الرقم القياسي لمركبة فضائية أسرع من أي وقت مضى للسفر في الفضاء. أطلق ” هيليوس 2 ” من قبل وكالة ” ناسا ” التقليدية ” تيتان / سنتور”  مركبة الإطلاق (الحرفة نفسها بنيت في ألمانيا) ووضعها في مدار بيضاوي الشكل للغاية. بسبب الانحراف الكبير (ه = 0.54) من المدار الشمسي 190 يوم، كان ” هيليوس2 ” قادرًا على الوصول إلى سرعة قصوى تزيد على 240.000 كلم / ساعة (150.000 ميل / ساعة). وقد حققت هذه السرعة المدارية من جاذبية الشمس وحدها.

لذلك، فإن ” فوياجر1 ” كانت تسير في اتجاه القزم الأحمر” بروكسيما سنتوري “، كم من الوقت تستغرق للوصول إلى هناك؟ بسرعة منتظمة من 60.000 كم / ساعة، وذلك أن الأمر سيستغرق 76.000 سنة (أو أكثر من 2.500 الأجيال) لقطع هذه المسافة. وماذا لو تمكنّا من بلوغ السرعة رقمًا قياسيًا من نهجٍ قريبٍ من الشمس ” هيليوس 2 ” ؟ السفر بسرعة ثابتة من 240.000 كلم / ساعة، فإن ” هيليوس2 ” اتخذ 19.000 سنة (أو أكثر من 600 أجيال) للسفر 4،3 سنة ضوئية.

النووية الحرارية ونووية الدفع الكهربائي (NTP/NEP):

هو إمكانية رحلة الفضاء بين النجوم لاستخدام المركبات الفضائية التي تعتمد على المحركات النووية، والذي قد تم استكشاف ” ناسا ” لعدة عقود. في صاروخ دفع حراري نووي (NTP)، وتستخدم تفاعلات اليورانيوم أو الديوتريوم لتسخين الهيدروجين السائل داخل مفاعل، تحويلها إلى غاز الهيدروجين المتأين (البلازما)، ثم توجيهها من خلال فوهة صاروخ للتوليد.

صاروخ الدفع الكهربائي النووي (NEP) ينطوي على نفس المفاعل الأساسية تحويل الطاقة الكهربائية، الذي سيكون قوة ثم محرك كهربائي الحرارة والطاقة. وفي كلتا الحالتين، سوف يعتمد الصاروخ على الانشطار النووي فيولد الدفع بدلاً من الوقود الكيميائي، الذي كان الدعامة الأساسية لوكالة ” ناسا ” وجميع الوكالات الفضائية الأخرى حتى الآن.

بالمقارنة مع الدفع الكيميائي، NTP واللجنة الوطنية للانتخابات يقدم عددًا من المزايا. الأول والأكثر وضوحاً هو كثافة الطاقة غير المحدودة تقريبًا يقدم مقارنة بوقود الصواريخ. وباﻹضافة إلى ذلك، محرك بالطاقة النووية يمكن أن يوفر أيضًا مقارنةً بكمية الوقود المستخدمة. وهذا سيخفض المبلغ الإجمالي للوقود اللازم، وبالتالي خفض وزن الإطلاق وتكلفة البعثات الفردية.

على الرغم من أن المحركات النووية الحرارية أفضل من أي وقت مضى، عادة مفاهيم التصميم قد تم بناؤها واختبارها على مدى العقود القليلة الماضية، وقد اقترح العديد من المفاهيم. وتراوحت تصاميم النواة الصلبة التقليدية – مثل ” المحرك النووي” للتطبيقات المركبة الصاروخية (NERVA) – إلى مفاهيم أكثر تقدمًا وكفاءةً والتي تعتمد على سائل أو غاز أساسية.

ومع ذلك، وعلى الرغم من هذه المزايا في كفاءة استهلاك الوقود المحددة، مفهوم NTP الأكثر تطورًا له دفعة محددة كحد أقصى 5000 ثانية (50 kN·s/كغ). إذا كان يمكن تحميل هذه المحركات في المرحلة العليا من “نظام إطلاق الفضاء ” ناسا” (SLS) بدلاً من أن محركات الوقود السائل المبردة الحالية، سوف يستغرق وما زالت سفينة الفضاء حوالي 7 أشهر للوصول إلى المريخ عندما كان الكوكب في “المعارضة” – أي إغلاق 55.000.000 كم من الأرض.

تعديل الرحلة في اتجاه واحد إلى ” بروكسيما سنتوري ” ، أحد الصواريخ النووية سيجعل الرحلة تقريبًا في سنة.

صواريخ الانصهار :

وثمة إمكانية أخرى في مجال الطاقة النووية ينطوي على الصواريخ التي تعتمد على مفاعلات الالتحام بدلاً من الانشطار البطيء منها. لهذا المفهوم، يتم إنشاء الطاقة عند كريات مزيج الديوتريوم/الهليوم-3 أشعلت القصور الذاتي باستخدام الحزم الإلكترونية (على غرار ما يتم في منشأة الإشعال الوطنية) في دائرة رد فعل.

مماثلة في مفهوم NTP و NEP، مفاعل من هذا القبيل يمكن أيضًا استخدامها للتوليد ، أو لتوليد الطاقة لمحرك أيون. في الحالة الأولى، إن تفجير مفاعل صهر الكريات 250 في الثانية لإنشاء البلازما ذات الطاقة العالية، فيكون الإخراج ثم فوهة مغناطيسية لخلق قوة الدفع. كما يقدم هذا المفهوم محرك الانشطار النووي، مزايا وبقدر ما يتعلق بكفاءة الوقود للدفعة المحددة. وفي حالة الطاقة الموجهة، قدرت سرعات العادم لتصل إلى 10.600 كم/ث، الذي هو أبعد من سرعة الصواريخ التقليدية. ما هو أكثر من ذلك، درست هذه التكنولوجيا على نطاق واسع على مدى العقود القليلة الماضية، وقد قدمت مقترحات عديدة.

على سبيل المثال، بين عامي 1973 و1978م أجرت “جمعية الكواكب البريطانية” دراسة جدوى المعروفة باسم “مشروع ديدالوس” الاعتماد على المعرفة الحالية لانصهار التكنولوجيا والأساليب القائمة، الدراسة دعت إلى إنشاء المسابير العلمية غير المأهولة للقيام برحلة إلى النجمة ” برنار ” (5.9 سنة ضوئية من الأرض) في عمر واحد.

هذه الحرفة تتألف من مركبتين ستعمل لسنوات 2.05 وتسريع المركبة الفضائية إلى 7.1% سرعة الضوء (o.071 c). المرحلة الأولى سوف يتم التخلي عنها، في هذه النقطة، المرحلة الثانية سوف تعمل لسنوات 1.8، المركبة تصل إلى حوالي 12% من سرعة الضوء (ج 0.12)، قبل إغلاقه لمدة 46 عاماً.

ووفقا لتقديراتها، ستتخذ البعثة 50 عاماً. نفس النوع من المركبات المعدلة ” بروكسيما سنتوري ” ، يمكن القيام بالرحلة في 36 عاماً. ولكن بطبيعة الحال، حدد المشروع أيضًا عدة عقبات والتي جعلت من غير المجدي استخدام التكنولوجيا الحالية – فمعظمها لا تزال دون حل. على سبيل المثال، هناك حقيقة أن الهليوم-3 هو خطر على الأرض، مما يعني أنه يجب أن يكون التفكير (على الأرجح من القمر).

ثانيًا .. يتطلب ردة فعل محركات المركبة الفضائية أن الطاقة المنطلقة بواسطة ضغط البروتونات إلى نقطة الانصهار إلى حد كبير يتجاوز الطاقة اللازمة لإحداث رد فعل. وفي حين تجاوزت التجارب الحالية على الأرض “هدف التعادل”، أننا لا نزال شوطًا بعيداً عن أنواع الطاقة اللازمة لإطلاق سفينة فضاء بين النجوم.

وثالثاً .. هناك عامل التكلفة لبناء السفينة. حتى بالمعيار “مشروع ديدالوس” المركبة غير المأهولة، وأن محرك الوقود النفاث بالوقود الكامل بالوزن قدر 60.000 طن متري. وضع أن الوزن الإجمالي SLS و” ناسا ” في المنظور، هو ما يزيد قليلاً عن 30 طن متري، وعملية إطلاق واحدة يأتي سعرها من $ 5 بیلیون (استناداً إلى التقديرات التي قدمت في عام 2013م ).

وباختصار، صاروخ انصهار لن يكون بناءه باهظ التكلفة ، لأنه سيتطلب مستوى تكنولوجيا مفاعل الانصهار الذي هو حاليا خارج نطاق الوسائل المتاحة لنا. “ايكاروس” بين النجوم، حاولت منظمة دولية من العلماء المواطنين المتطوعين (البعض منهم يعمل لوكالة ” ناسا ” أو وكالة الفضاء الأوروبية) منذ ذلك الحين إلى إحياء المفهوم مع “مشروع ايكاروس”. تأسست في عام 2009م ، يأمل الفريق جعل دفع الانصهار (ضمن أمور أخرى) ممكنًا بالمستقبل القريب.

الأساليب النظرية:

باختصار، استخدام التكنولوجيا الحالية والتي اجتازت اختبار الزمن لدينا سيستغرق الوقت لتطوع العلماء والمهمة بين النجوم ستكون باهظةً .. بطيئة.

مرةً أخرى، هذه السرعات البطيئة هي باهظة لأي شكل من الأشكال السريعة من وسائل النقل إلى النجوم. ويلزم تقنيات أخرى (الثقوب، محركات الاعوجاج وتحريك التخاطر ستبقى في “الخيال العلمي” حتى الآن) …

 

 

ترجمة: جيهان البوعينين

مراجعة:  ضحى العبد

تدقيق : حمد الصقر

 

المصدر :

Universe Today 


شاركنا رأيك طباعة