سفر به مریخ؛ برنامه ناسا برای 30 سال آینده

فکر می کنید تا سال 2030 ناسا چه کارهایی انجام خواهد داد؟ آژانس فضایی ایالات متحده آمریکا (و حتی باراک اوباما، ریاست جمهوی این کشور) امیدوارند تا در آینده ای نه چندان دور، ماموریتی با حضور انسان ها در سطح سیاره مریخ داشته باشند.

اما پیش از آنکه چنین اتفاقی محقق شود، هزاران تکه پازل باید کنار یکدیگر بنشینند. در واقع، برخی از این تکه پازل ها هنوز به وجود نیامده اند اما ناسا زمینه های لازم برای ساخت شان را فراهم کرده. مسیر راه آژانس (مشتمل بر پرونده های بسیار سنگین علمی) را که مطالعه کنید متوجه می شوید ناسا در چه مقطعی از توسعه و تحقیق قرار دارد و چه تکنولوژی هایی برای سفر به مریخ لازم است.

البته، پر واضح است که ناسا امید دارد تمامی ساخته های تکنولوژیکی و ابداعات شان روی زمین نیز کاربرد داشته باشد اما همچنان هدف، رسیدن به سیاره سرخ است.

مریخ فاصله بسیاری با ما دارد اما طی یک یا شاید دو دهه آینده این فاصله به مراتب کمتر و کمتر خواهد شد.

در ادامه با دیجیاتو همراه باشید.

دیوید میلر، به عنوان تکنولوژیست ارشد ناسا می گوید ابزار و تکنولوژی هایی که طی چندین دهه آینده ساخته خواهند شد، قابلیت های بسیار مهمی ارائه می دهند و سبب بوجود آمدن مشاغل و کسب و کارهای جدید می شوند. ابداعات جدید، جوانان ما را الهام بخشیده و به سوی آینده ای که در آن گونه های مختلف در سراسر منظومه شمسی زندگی و کار می کنند هدایت خواهند کرد.

اما برای اینکه چنین اتفاقی رخ دهد، چالش های بسیاری باید از سر راه برداشته شود: شاتل های سبک تر، منابع تغذیه پیشرفته تر، جاذبه مصنوعی، منابع غذایی تجدید پذیر (آن هم در فضا!)، مواد نانو غنی شده و بسیاری دیگر.

رفتن به مریخ، مارشی آهسته و پیوسته است و اولین مرحله آن در مدار زمین رخ می دهد. اینجاست که عمده تحقیقات روی سلامتی انسان و سیستم های پشتیبان انجام می شود. قرار دادن فضانوردها درون راکت ها کافی نیست؛ ناسا می خواهد مطمئن شود هر کسی را که به مریخ می فرستد، سالم باز می گردد.

پژوهش ها عمدتا در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) رخ می دهد اما فاصله میان ISS و مریخ، جایی است که آزمایش ها باید صحت و سقم خود را نشان دهند. در این قسمت، ناسا وسیله نقلیه جدید خود با نام Orion را مورد آزمایش قرار می دهد. آزمایش ها همزمان با ماموریت آغاز می شود و نیروی منابع خورشیدی آن تست می شود.

تازه هنوز به مرحله تست روی سکونتگاه جدید، سطح مریخ، نرسیده ایم. البته عجله ای هم نیست، ناسا 10 الی 15 سال زمان صرف تحقیق، توسعه و ساخت ابزار آلات لازم کرده است.

مرحله بعدی اکتشاف، گشت و گذار در ماه های مریخ است، توپ های کوچی که دور سیاره سرخ می چرخند. مرحله چهارم پس از آن آغاز خواهد شد: مکتشفین زمین به پیشگامان فضا تبدیل می شوند. در این نقطه، ناسا سعی دارد حضور انسان ها را در و اطراف مریخ تثبیت کند.

در سراسر نقشه راه آژانس، خود اکتفایی مریخی ها از زمینی ها بارها و بارها تکرار شده.

فضانوردان

بدون هیچ بحث و تردیدی، حساس ترین و بی قیمت ترین بخش نقشه فرود روی مریخ، انسان هایی هستند که درون آن سفینه قرار دارند. هنوز مشخص نیست که فضانواردان قرار است چه میزان از تشعشعات را روی سیاره سرخ دریافت کنند و یا حتی در حین سفر چه بر سر سلامتی شان خواهد آمد.

ناسا سعی دارد تا میزان تشعشعات دریافتی را به وسیله لباس های مخصوص به حداقل میزان کاهش دهد و مسلما مسئله سلامت برای آن ها اهمیت بسیاری دارد، چرا که بدون حضور انسان های سالم در دورترین نقطه ای که تا به حال بشر به آن رسیده، نتیجه ای حاصل نمی شود و عملا میلیون ها دلار و دهه ها وقت و تلاش به هدر رفته.

در حال حاضر کمتر از 90 درصد آب موجود درون ضایعات بازسازی می شود و این رقم برای اکسیژن به 50 درصد می رسد. سرمایه گذاری برای فرستادن فیلتر و تخت های جاذب تنها این پروژه را سنگین تر می کند و آن را بیش از حد به زمین وابسته نگه می دارد، در حالی که هدف ناسا دوری از اتکا به زمین است.

هنوز ناسا موفق به تولید تکنولوژی های مورد نظر خود در این قسمت نشده و حتی زمانی هم که چنین اتفاقی رخ دهد، باز هم مهندسین و نوابغ این سازمان باید تکنولوژی مورد نظر را از فیلتر تست های متعدد و مختلف بگذرانند تا کارآمد بودن آن ثابت شود.

لباس های فضایی نیز باید به شکل قابل توجهی پیشرفت کنند تا پوشیدن آن ها در مدت زمانی بسیار طولانی زجر آور نباشد. طراحی لباس های جدید باید مدل دفع مواد زائد بدن و همچنین تامین آب بدن فضانورد را نیز به شکل پیشرفته تری تامین کند. در سفرهای آتی، پیاده روی های طولانی را شاهد خواهیم بود، در نتیجه شخص فضانورد نیاز به تامین نیازهای اولیه اش در آن شرایط دارد.

جالب اینجاست که لباس های جدید برای حرکت کردن تنها نیاز به 10 درصد انرژی و قدرت شخصی که آن را پوشیده دارند. همچنین وزن آن ها قرار است به زیر 45 کیلوگرم برسد. ناسا می خواهد کنترل صوتی و همچنین ردیابی محلی را نیز درون لباس ها ارائه دهد.

علاوه بر طراحی جدید، ماده مورد استفاده در آن نیز محافظت در برابر غبار را ممکن کرده سبب شده تا لباس بتواند انرژی مورد نیاز خود را تامین کند. علاوه بر آنچه که اکنون می دانیم، احتمالا ویژگی های بسیار دیگری نیز در نظر گرفته شده که هنوز در مورد آن ها صحبتی به میان نیامده.

نانوتکنولوژی و نانوماده ها در تمامی قسمت های مورد مطالعاتی ناسا حضور دارند. در واقع هر چه که ناسا سعی در ساختن اش دارد باید از طریق این علم به وجود آید. نانوماده ها ساختاری بهتر، کارآمدتر و در عین حال سبک تر ارائه می دهند.

ارتقاء بدنه سفینه ها و پوشاندن آن ها به وسیله نانوماده، آن ها را در برابر اشعه های یونی، گرما و دیگر موارد غیر معمول محافظت می کند. نانوماده ها با وجود رسانایی بسیار بالایی که دارند اما وزن شان تقریبا یک سوم مس است. بنابراین جایگزین مناسبی برای این فلز سنگین به حساب می آیند.

ناسا گمان می کند نانوماده ها می توانند تا 90 درصد از وزن کابل ها و سیم ها بکاهند. چالش اصلی ناسا در این است که این تکنولوژی را در حدی که مورد انتظارش هست طی یک الی دو دهه آینده توسعه دهد.

در آینده ای نزدیک، وسایل الکتریکی نیز قطعا تغییرات بسیاری به خود خواهند دید و علاوه بر کاهش اندازه و وزن، کاملا منعطف نیز خواهند شد.

ربات ها همیشه در عملیات های فضایی نقشی بسیار مهم داشته و دارند. حتی در حال حاضر یک ربات بر سطح کره مریخ در تلاش است تا اطلاعات لازم را در اختیارمان قرار دهد. ربات های پیشرفته می توانند انسان ها را یاری رسانی کرده و در شرایط سخت به کمک شان آیند (برای مثال ربات های فیلم Interstellar).

ربات ها باید منعطف، سریع و باهوش باشند، بنابراین هم علوم کامپیوتر اینجا در خدمت ناسا است و هم علومی چون فیزیک، شیمی و نانوتکنولوژی.

در زیر، تصویر ربات وَلکِری را می بینید، رباتی که به شکل و شمایل انسان ها در آمده تا علاوه بر ایجاد احساس آشنایی، عملکرد بالایی هم از خود نشان دهد. در عملیات های فضایی، وظایف سنگینی به این ربات ها سپرده می شود.

در آینده ای دور، ناسا قصد دارد طرحی انقلابی از ربات ها ارائه دهد. شاید حتی زمانی فرا برسد که به جای فرستادن انسان ها به فضا، اولین بار ربات های بی جان را بفرستیم تا برای مان همه چیز را چک کنند. البته بهتر است توصیه های ایلان ماسک، بیل گیتس و استیفن هاوکینگ را فراموش نکنیم.

سفینه

در فضا، هیچ کس صدای جیغ و فریاد شما را نمی شنود و هیچ تکنولوژی ای وجود ندارد که جای خالی نیرو محرکه در خارج از اتمسفر زمین را پر کند. ناسا در تلاش است تا پیشرفتی در قسمت هایی چون رانش، پیچیدگی سیستم، زمان ترانزیت، پایداری و امنیت ایجاد کند.

نیروی محرکه الکتریکی از میدان الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیک استفاده می کند تا به سوخت ها سرعت بخشیده و نیروی رانش افزایش یابد. در همین حال، بادبان های خورشیدی نیز که از سطحی بزرگ تشکیل شده اند سلول های خورشیدی را دریافت کرده و تبدیل به انرژی می کنند.

این صفحات عظیم خورشیدی می توانند مزیت های بسیاری به همراه داشته باشند. از کمک به ماهواره های دیگر گرفته تا تامین نیاز فضانوردان به الکتریسیته و همچنین ایجاد هما قدرت رانش که بالاتر در مورد آن گفتیم.

نیروی محرکه تتر، از کابل های سبک و بلندی استفاده کرده تا نیروی لورنتس را ایجاد کند. اما ناسا در حال ابداع شیوه هایی است که سفر درون فضا را منقلب خواهند کرد، کافی است یکی دو دهه به آن ها فرصت دهید.

تابش انرژی نیرو محرکه از سطح زمین، سیاره دیگر یا حتی ایستگاه و منبعی در فضا می تواند پیشران ها را آماده حرکت کند. بادبان های الکتریکی بسیار طویل (طویل در حد ده ها کیلومتر) می توانند با پروتون های دریافت شده از خورشید ارتباط برقرار کرده و انرژی تولید کنند.

نیروی محرکه ادغامی می تواند از واکنش های هسته برای تولید انرژی گرمایی و حرکتی برای حرکت کردن استفاده کند. استفاده از نیرومحرکه ضد ماده و هیدروژن های با چگالی بالا نیز راه های موثر برای سفر در فضا هستند.

منابع

انرژی دیگر چالش پیش رو است. اما مسئله جالبی وجود دارد که نمی توان از آن گذشت. هر آنچه که ناسا در تلاش برای تولید آن است، نه تنها در فضا، بلکه به طور قطع در زمین نیز قابل استفاده خواهد بود. بنابراین پیشران های قوی، تولید منابع تجدیدپذیر با سرعت بالا و مسائلی از این دست می تواند به سلامت زندگی زمینی نیز کمک بسیاری کند.

در حال حاضر بهره وری ما از سوخت به حدی نیست که نتوانیم آلودگی زمین را کنترل کنیم اما تکنولوژی های جدید ناسا می تواند دنیای کوچک ما را در زمین هم حتی تغییر دهد.

برای رسیدن به سیاره سرخ، ناسا باید 25 هزار کیلوگرم اکسیژن روی زمین تولید کرده تا بدرقه راه فضانوردانش کند. البته لزوما تمام این مقدار اکسیژن چه برای تنفس و چه برای مصارف دیگر (مثلا تولید آب) از بین نمی رود اما جان انسان ها را نمی توان به خطر انداخت. همیشه اندکی منبع اضافه تر می تواند سودمند باشد.

در نهایت، مضاف بر آب و اکسیژن، انسان نیاز به غذا دارد. ناسا باید تا حد امکان میزان غذاهایی که قرار است به فضا ارسال شود را کاهش دهد. البته قرار نیست فضانوردها با غذای کم روزگار خود را سپری کنند، بلکه ناسا سعی دارد در فضا غذا تولید کند.

ناسا پیش از اینکه بخواهد به مریخ برود، کارهای بسیاری برای انجام دادن دارد اما اگر روزی به آن ها دست یابد، زندگی بشر به طور کلی شاهد تغییراتی عظیم خواهد شد.