آیا می توان از پیشرانه مبتنی بر ضد ماده برای رفتن به سیارات دیگر استفاده کرد؟

 

تقریبا هر روز ستاره شناسان موفق به کشف سیارات بیگانه جدیدی می شوند اما به علت فاصله باورنکردنی بین دستگاه های ستاره‌ای، اکتشاف فضایی به درون دستگاه خورشیدی خودمان محدود شده است. برای مثال تخمین زده شده که فضاپیمای وویاجر 1 که هم اکنون با سرعت 17.3 کیلومتر بر ثانیه در حال دور شده از ماست، 73 هزار سال بعد به پروکسیمای بی یعنی نزدیکترین سیاره تایید شده بیگانه برسد.

برای حل مساله بغرنج فیزیکی پیمودن فواصل بسیار بزرگ، دانشمندان به سیستم های پیشرانه روی آورده اند که بسیار پیشرفته تر از راکت های با سوخت شیمیایی فعلی هستند. یک چنین سیستم پیشنهاد شده ای پیشرانه بر اساس ضد ماده است که همچنانکه از نام آن پیدا است، استفاده از ضد ماده برای پیش راندن یک فضاپما با سرعت هایی در حد چند صدم سرعت نور است.

ضد ماده چیز جدیدی در فیزیک نیست. وجود آن نخستین بار توسط کارل آندرسن در 1932 ثابت شد. او ذره پوزیترون را کشف کرد که معادل الکترونهایی با بار مثبت هستند. به دنبال آن وجود ضد ماده بارها به اثبات رسید، از جمله در بی واترون برکلی در سال 1955 یک ضد پروتون و در پژوهشگاه فیزیک ذره ای اروپا CERN ضد اتمها کشف شدند.

برخورد یک پروتون و یک ضد پروتون به انفجاری خواهد انجامید که تشعشع خالص با سرعت سیر نور تولید خواهد کرد. برپایه معادله اینشتاین انرژی تولید شده معادل جرم هر دو ذره ضربدر مجذور سرعت نور است و هر دو ذره بطور کامل تباه خواهند شد. به عبارتی یک گرم از ضد ماده قادر است انرژی معادل دوازده مخزن خارجی شاتل فضاپیما تولید کند. بنابراین ضد ماده ها می توانند منبعی ایده آل برای تامین انرژی مسافرت های فضایی باشند.

هم اکنون ظرفیت تولید و ذخیره ضدماده توسط دانشمندان، حدود چند نانوگرم در سال است که برای تامین سوخت کافی یک فضاپیما با نیروی محرکه ضدماده کافی نیست. بنابراین پیشرانهایی مبتنی بر ترکیب ضد ماده و واکنش هسته ای پیشنهاد شده اند که در آنها از ضد ماده تنها برای آغاز واکنش هسته ای استفاده می شود. ضدپروتونها با برخورد با ماده هسته ای متشکل از اورانیوم 238 تباه شده و انرژی کافی برای آغاز واکنش شکافت هسته ای فراهم می کنند. سپس واکنش شکافت هسته ای منجر به تحریک هسته دوتریم-تریتیوم شده و واکنش همجوشی هسته ای در مرکز رآکتور صورت می پذیرد. پلاسمای بسیار داغ تولید شده در اثر این واکنش همجوشی پیشرانه لازم برای فضاپیما را فراهم خواهد ساخت.

پیش بینی می شود یک فضا پیما مبتنی بر پیشران ضدماده بتواند با سرعت 115 میلیون کیلومتر بر ساعت حرکت کند. بنابراین سفر به مریخ توسط این فضاپیما حدود یک ساعت و نیم به طول خواهد انجامید در حالی که هم اکنون این سفر با راکت های سوخت هیدروژنی موجود نه ماه بطول خواهد انجامید. بنابراین استفاده از پیشرانه مبتنی بر ضد ماده امکان کشف فضاهای ناشناخته را برای بشر فراهم خواهد ساخت.

منابع:

https://news.yahoo.com/could-antimatter-based-propulsion-visit-130051552.html

http://www2.ee.ic.ac.uk/derek.low08/yr2proj/antimatter.htm

https://medium.com/techtalkers/antimatter-spacecraft-the-future-of-interstellar-travel-4f06b7491bc3

برنامه ناسا و دارپا برای آزمایش یک راکت با پیشرانه هسته ای برای مسافرت به مریخ

 

27 ژانویه 2023

سازمان فضایی ناسا در حال برنامه ریزی برای آزمایش یک راکت با پیشرانه هسته ای تا سال 2027 است که م یتواند در عرض چند هفته انسان را به سیاره مریخ برساند. تیم مشترک این سازمان و موسسه پروژه های دفاعی پیشرفته آمریکا (دارپا) فناوری نوینی را به معرض آزمایش خواهند گذارد که مدت مسافرت به مریخ را از نه ماه به چهار ماه کاهش خواهد داد. ناسا در صدد است تا اواخر دهه 2030 یا اوایل دهه 2040 انسان را به سیاره مریخ برساند.

پیشرانه حرارتی هسته ای ایده ای است که در دهه 1960 برای اولین بار آزمایش شد. این فناوری بر یک رآکتور هسته ای برای گرم کردن پیشرانه مایعی مانند هیدروژن متکی است. این گرما مایع را به گاز تبدیل می کند. با انبساط گاز و گذر آن از طریق یک نازل، نیروی پیشران تولید شده و راکت را به جلو می راند. بازدهی این راکت ها سه بار بیشتر از موتورهای راکتی متداول مبتنی بر فرایندهای شیمیایی خواهد بود.

راکت های مبتنی بر فناوری جدید نه تنها بار سنگین تری را می توانند حمل کنند، بلکه سرعت بیشتری نیز تولید خواهند کرد. سفر به مریخ با استفاده از یک راکت هسته ای چهار ماه طول می کشد در حالی که مدلهای فعلی راکت ها می توانند در عرض نه ماه یک سفینه را به مریخ برسانند. فناوری هسته ای جدیدی نیز در حال آزمایش است که در صورت موفقیت، مدت مسافرت به مریخ را به تنها 45 روز کاهش خواهد داد.

https://news.yahoo.com/nasa-darpa-plan-test-nuclear-154528559.html

انرژی های تجدیدپذیر می توانند باعث تخریب محیط زیست شوند

20 ژانویه 2023

تقریبا 150 کیلومتر دورتر از ساحل یورکشایر، نسل جدیدی از توربین های بادی دور از ساحل که در داگر بنک ساخته می شود، ارتفاعی بیش از برخی آسمان خراشها خواهند داشت.

همراه با انبوهی صفحات خورشیدی و خودروهای برقی، این شاهکارهای مهندسی بشر ستون فقرات یک اقتصاد سبز خواهند بود که همراستا با ترک سوخت های فسیلی ظهور یافته است.

لیکن همچنانکه ما رویکرد توقف انتشار کربن را به نام نجات سیاره مان در پیش گرفته ایم، درباره اقدامات لازم برای نیل به این هدف تنش زیادی بروز کرده است.

بر طبق نظر سازمان جهانی انرژی (IEA) و بانک جهانی، حرکت بسوی منابع انرژی تجدیدپذیر متضمن رشد بی سابقه استخراج کانی‌های گرانقیمت از خاک بوده است.

چه لیتیوم و کبالت مورد نیاز برای برای باتری ها باشد و یا عناصر خاکی نادر مورد استفاده در آهنرباهایی که در موتور توربین ها و خودروهای برقی بکار می روند، ما نخواهیم توانست بدون اینها به فناوری های سبز مورد نیاز خود برسیم.

علاوه براین، پژوهشگران و برگزارکنندگان کارزارهای زیست محیطی هشدار می دهند که معادن تولید کننده این کانی ها مشکلات زیست محیطی خاص خود پدید آورده اند، بدترین نمونه این مشکلات ویران شدن چشم اندازها، آلودگی آب و تخریب مزارع است. این صنعت چالش های ژئوپولتیکی برای بریتانیا و متحدان آن بوجود آورده است زیرا چین بر زنجیره تامین کانی های نادر تسلط دارد.

هنری سندرسن نویسنده و روزنامه نگار کسب و کار بر این عقیده است که غلبه بر این تناقضات یکی از بزرگترین چالش های پیش روی کسب . کارها و سیاست گذاران است. به گفته او: "معدن کاوی دارای اثراتی است و برای اغلب جوامع محلی امر مطلوبی نیست." ایجاد موازنه بین نیاز به معادن عناصر نادر و مقاومت جوامع محلی امر ساده ای نیست.

رشد انفجاری معدنکاوی

حجم عظیم کانی ها و فلزات مورد نیاز تحول سبز که متضمت برقی سازی گسترده حمل و نقل و تولید انرژی است، حیرت آور است.

کانی هایی مانند لیتیم، کبالت و نیکل برای باتری های ذخیره کننده انرژی محرک میلیاردها خودروی برقی مورد نیاز هستند. مس برای خطوط انتقال برق همه جا مورد نیاز است. فلزات نادر خاکی برای ساخت آهنرباهایی که نقشی اساسی در بخش های چرخنده توربین های بادی و موتورهای برقی دارند بکار می رود. در حالی که یک خودروی عادی به حدود 34 کیلوگرم کانی نیاز دارد، در یک خودروی برقی حدود 207 کیلوگرم یا شش برابر بیشتر کانی کمیاب بکار می رود. در این میان، یک توربین بادی دور از ساحل 13 برابر بیشتر کانی کمیاب برای تولید هر مگاوات برق نسبت به یک نیروگاه گازی نیاز دارد. موسسه جهانی انرژی چنین پیش بینی کرده است که تقاضا برای کانی های اساسی تا سال 2050 به 42.3 تن یعنی شش برابر میزان کنونی خواهد رسید. این امر منجر به انفجاری در معدن کاوی در سالهای آتی خواهد شد. در سراسر اروپا بویژه در کشوری مانند پرتغال که منابع بزرگ لیتیم موجود است، مقاومت زیادی از سوی جوامع محلی در برابر معدنکاوی بروز کرده است. صدور مجوز برای معدنکاوی در کشورهای اتحادیه اروپا بسادگی صورت نمی پذیرد. اروپا هم اکنون در زمینه دستیابی به کانی های کمیاب کاملا به چین وابسته است. بیش از 90 درصد فلزات کمیاب خاکی توسط چین استخراج و تولید می شود. همچنین بین 50 تا 70 درصد لیتیوم و 45 درصد نیکل جهانی توسط چین به بازار عرضه می شود. به کمک یارانه های سخاوتمندانه دولتی شرکتهای چینی کشورهای دیگر از استرالیا تا شیلی را برای معادن فلزات کمیاب جسته اند. حاصل این معدن کاوی ها میلیون ها تن مواد سمی بوده که در دامان طبیعت رها شده است.

منبع

https://news.yahoo.com/green-revolution-fuelling-environmental-destruction-185418967.html

جهشی بزرگ در طراحی هواپیما با طرح انقلابی دارپا

21 ژانویه 2023

موسسه پروژه های پژوهشی پیشرفته آمریکا موسوم به DARPA طرحی نوین برای هواپیمایی در دست اجرا دارد که برای کنترل پرواز فاقد قطعات متحرک در دم، بال یا حتی فاقد سکان عمودی است.

این طرح مفهومی دارپا موسوم به CRANE تمام سطوح متحرک خارجی هواپیما را حذف خواهد کرد تا از نیروی پسای آیرودینامیکی کاسته و بر کارایی مصرف سوخت بیافزاید. برای چندین دهه کنترل پرواز با استفاده از سطوح متحرک دم و بال موسوم به elevator، فلاپ یا سکان عمودی (rudder) گرایش غالب در طراحی هواپیما بوده است. اما دارپا ادعا می‌کند می توان حتی در سرعت های بالا بدون این سطوح متحرک هواپیما را کنترل کرد.

این هواپیما برای مانور در حین پرواز تنها به تغییر جریان هوا در اطراف خود تکیه دارد. قطعات متحرک هواپیما یک شر ناگزیر برای بیش از یک قرن بوده است. از یکسو این سطوح تولید پسا کرده و بر مصرف سوخت می افزایند. اما خلبانان باید بتوانند با ایمنی کامل هواپیما را به اطراف حرکت دهند و طراحی سنتی هواپیما مبتنی بر سطوح متحرک دم و بال برای برای چندین دهه آزمایش شده و امتحان خود را پس داده است.

در مورد این هواپیما جزئیات اندکی منتشر شده لیکن انتظار می رود با روشهایی مانند جت های هوا یا حتی تخلیه الکتریکی بار، جریان هوا پیرامون هواپیما را شکل دهد.

https://news.yahoo.com/wild-darpa-crane-x-plane-210006777.html