فضاپیمای هسته ای ( قسمت دوم )

پرتاب موشک با سوخت شیمیایی پر هزینه است. طبق قانون دوم حرکت نیز آیزاک نیوتن ، شتاب، α ، جسم با حاصل تقسیم نیرو، F، بر جرم آن، m برابر است با:
α=F/m
هنگامی که جرم m زیاد است، α کوچک می شود مگر اینکه F نیز زیاد باشد. بر طبق قانون نیوتن، شتاب جسم به مقدار زیادی نیرو نیاز دارد. وضع بر اثر گرانش بدتر هم می شود. موشک برای رسیدن به فضا، باید از گرانش زمین خارج شود. سرعت لازم را سرعت فرار می نامند و تقزیبا ۱۱.۲ کیلومتر در ثانیه در نزدیک سطح زمین است. این تقریبا ۲۵۰۰۰ مایل در ساعت است! برای اینکه موشک های سنگین به این سرعت برسند به پیشرانه ی بسیار زیادی نیاز است. مونورهای ساترن ۵ که فضانوردان را در اواخر دهه ی ۶۰ و اوایل دهه ی ۷۰ به ماه برد، می توانست میلیونها اسب بخار توان تولید کنند، به گونه ای که هنگام روشن شدن موتورها زمین لرزه های کوچک ایجاد شوند.
مزیت نیروی هسته ای آشکار است. مقدار بسیار زیادی انرژی محبوس در چند اونس سوخت هسته ای برای پرتابه های فضایی ایده آل خواهد بود. با استفاده از سوخت هسته ای، پیشرانش موشک ها در خارج از حوزه ی گرانش زمین زیاد مشکل یا پر هزینه نخواهد بود. در چند پروژه تلاش شده است یک فضاپیمای هسته ای طراحی شود. هدف پروژه ی اریون در دهه ی ۵۰ ساخت فضاپیمایی بود که با یک رشته بمب اتمی پیش رانده می شد. در دهه ی ۷۰ ناسا ، در طرحی به همان اندازه پیچیده بنام موتور هسته ای برای کاربرد پرتاب کننده ی موشک NERVA تلاش کرد. هیچ کدام از این برنامه ها موفقیت آمیز نبود.

فضاپیمای هسته ای می تواند طی چند دقیقه به سیاره های خارجی برود، در حالی که با استفاده از روش های دیگر پیشرانش چند سال طول می کشد.

اما ناسا این فکر را کنار نگذاشت. در حال حاضر یک برنامه ی ناسا با عنوان سیستم ها و فناوری هسته ای پرومتئوس وجود دارد که امیدوار است که منابع انرژی هسته ای را ایجاد کند. ( در اساطیر یونان، پرومتئوس آتش را به بشر هدیه داد. ) توجه این مسئله بر دو کاربرد متمرکز است: تولید توان الکتریکی از ایزوتوپ های پرتوزا، و راکتورهای شکافت هسته ای.
ماده ی پرتوزا قبلا در کاوشگرهای فضایی بکار رفته است. ولی مقدار آن نسبتا کم بوده، و به اندازه ی کافی برای پیش راندن سفینه قدرتمند نبوده است، ماده ی پرتوزا فقط انرژی بکار انداختن دستگاههای کاوشگر را فراهم می کرد. دستگاهی، گرمای حاصل از واپاشی پلوتونیم ۲۳۸ را در کاوشگر به برق تبدیل می کند، که جریان برای بکار انداختن همه ی تجهیزات برقی است. انرژی خورشید منبع بسیار خوب انرژی در فضاست و کاوشگرهای بسیار از آن بهره می گیرند، ولی سفینه ای که وظایفش آن را از خورشید دور می کند، یعنی دور از دامنه ی دسترسی خارجی منظومه ی شمسی، انرژی خورشید گزینه ی خوبی نیست. خورشید، اگرچه هنگامی که از مدارهای دور مانند مدارهای مشتری و زحل دیده می شود هنوز نسبتا درخشان است، انرژی زیادی برای یک فضاپیمای نیازمند توان فراهم نمی کند. پلوتونیم به آهستگی، با طی زمان زیادی، واپاشیده می شود، و کم وزن است. کاوشگرهای وایکینگ دهه ی۷۰ ، به اضافه ی کاوشگرهای جدیدتر مانند گالیله و کاسینی، پلوتونیم را برای نیازهای برقی خودشان به همراه برده اند.

این مولد ترمو الکتریکی رادیو ایزوتوپ یکی از سه دستگاهی است که برای کاوشگر کاسینی ناسا برق تولید می کند. این دستگاه ها با تبدیل گرمای حاصل از واپاشی پرتوزای دی اکسید پلوتونیوم ۲۳۸ برق تولید می کند.

اما هیچکس خوشحال نیست. کاسینی به زحل، در سال ۹۷ با تلاش مشترک ناسا، سازمان فضایی اروپا و سازمان فضایی ایتالیا پرتاب شد، در حالی که پلوتونیم کافی ( تقریبا ۷۲ پوند ) در برداشت که اعتراض های شهروندان نگران را بر انگیخت. شاید بخشی از نگرانی بر مبنای سر درگمی درباره ی ایزوتوپ ها بود. لوتونیوم ۲۳۹ یک جزء رایج سلاح های هسته ای است، ولی ایزوتوپ موجود در کاسینی، پلوتونیوم ۲۳۸، ذرات آلفا گسیل می کند و زیاد خطرناک نیست. محاسبات ناسا برای بدترین حالت داستان فقط خطری کم و قابل پذیرش نشان داد.

کاسینی، که در ۱۵ اکتبر ۱۹۹۷ پرتاب شد تا زحل و قمرهایش را بررسی کند، بسیار دور از خورشید قرا گرفته است، به گونه ای که نمی توانست از انرزی خورشیدی نیرو بگیرد، لذا برای تامین نیازهای برقی خود از منبع انرژی هسته ای استفاده می کند.

با این حال، جامعه همیشه تضمین های سازمان فضایی را نمی پذیرد. مبنایی تاریخی برای این ناباوری وجود دارد. فاجعه های شاتل فضایی ناسا در سال ۱۹۸۶، هنگامی که چلنجر منفجر شد، و در سال ۲۰۰۳ هنگامی که کلمبیا سقوط کرد، این نکته را حالی کرد که عملیات های فضایی خطرناک باقی می مانند. کاربرد مقدار کمی از یک ایزوتوپ پرتوزای خوش رفتار مانند پلوتونیوم ۲۳۸ برای ایجاد برق در یک کاوشگر یک چیز است و راکتور شکافت قدرتمندی در انتهای دنباله ی یک موشک با وظیفه ی کاملا متفاوت چیز دیگری. پیشرانش با نیروی هسته ای برای فضاپیماها به لحاظ فنی عملی است، ولی سازمانهای فضایی باید مردم را قانع کنند که این فضاپیماها قبل از اینکه شروع به پرتاب کنند در سکو ایمن هستند.
لازم به ذکر است که کاوشگر”کنجکاوی”ناسا نیز که در سال ۲۰۱۲ با ابزار فوق پیشرفته ی خود جهت شناسایی تاریخچه و بررسی حیات میکروسکوپی به مریخ فرستاده شد، انرژی مورد نیازش را از باتری اتمی که در داخل مریخ‌نورد جاسازی شده است بدست می آورد. جربان الکتربکی باتری، ناشی از گرمای حاصل از واپاشی هسته‌ای است که به جریان برق تبدیل می‌شود. این باتری می‌تواند در هر ساعت ۲.۵ کیلووات انرژی تولید کند و این باتری می تواند برای مدت ۱۴ سال کار کند.

قسمت اول

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=1125

(۱۶ نفر , میانگین : ۳,۹۴ از ۵)