کولر جدید ناسا برای سفر به مریخ

به گزارش ایران اکونومیست، ناسا نوعی اَبَریخچال را آزمایش کرده است که می‌تواند کلید هر ماموریت سرنشین‌دار آینده به مریخ باشد. بدون این خنک‌کننده‌ جدید، یک فضاپیما با مخازن سوخت خالی به سیاره سرخ خواهد رسید.

به نقل از نیو اطلس، ایده‌ طراحی جدی یک سفر اکتشافی برای بردن فضانوردان به مریخ، بیش از 70 سال است که مطرح شده و امروزه در برخی کشورها بسیار جدی گرفته می‌شود. با این حال، همانطور که همه می‌دانند، مشکل در جزئیات است.

طراحی وسیله نقلیه‌ای برای رسیدن به مریخ، موتورهای آن، سیستم‌های پشتیبانی از حیات، حسگرها، ابزارهای ناوبری و غیره مهم است، اما در قلب همه اینها اعداد و ارقام دقیقی وجود دارد که نشان می‌دهد از کجا می‌توان قدرت لازم برای ارسال آن از زمین به مریخ و بازگشت دوباره به خانه را تأمین کرد.

برای اکثر ماموریت‌های فضایی عمیق، نیروی رانش پس از شروع ماموریت، مشکل چندانی ایجاد نمی‌کند. تغییرات بزرگ در سرعت توسط بوسترهایی که کاوشگر را از زمین بلند کرده‌اند، ایجاد می‌شود و پس از آن، مسئله‌ بالستیک ساده مطرح می‌شود. برای اصلاح مسیر و سایر تغییرات کوچک در مسیر، پیشرانه‌های کوچک که با مایعات و گازهای نسبتاً پایدار سوخت‌رسانی می‌شوند، مناسب هستند. حتی پیشرانه‌های یونی که در سال‌های اخیر بیشتر مورد استفاده قرار گرفته‌اند، از سوخت‌هایی مانند زنون استفاده می‌کنند که نیاز به مراقبت زیادی ندارند.

نکته این است که کاوشگرهای رباتیک وزن نسبتاً کمی دارند و رسیدن به مقصدشان می‌تواند سال‌ها یا حتی دهه‌ها طول بکشد، بنابراین نیروی رانش و سرعت، عوامل مهمی نیستند. با این حال، در مورد انسان‌ها، طول ماموریت باید تا حد امکان کوتاه و جرم فضاپیما به اندازه‌ای زیاد باشد که خدمه را زنده و سالم نگه دارد.

این به معنای استفاده از کارآمدترین سوخت ممکن است و به معنای مخازن بزرگ پر از هیدروژن مایع، اکسیژن یا متان است. مشکل این است که همه اینها مایعات کرایوژنیک هستند، هیدروژن مایع در دمای منفی 252.9 درجه سانتی‌گراد، اکسیژن مایع در دمای منفی 183 درجه سانتی‌گراد و متان در دمای منفی 161.6 درجه سانتی‌گراد به جوش می‌آیند. همچنین به این معنی است که حتی در سرمای منجمد کننده فضا، این سوخت‌های کرایوژنیک نمی‌خواهند در حالت مایع خود بمانند. آنها در مخازن خود به ‌جوش می‌آیند که باید تخلیه شوند تا گازها خارج شوند و از انفجار مخازن جلوگیری شود.

این ممکن است برای موشکی که روی سکو قرار دارد یا ماموریت‌هایی که کمتر از یک هفته طول می‌کشد خوب باشد، اما برای یک ماموریت مریخی که بیش از دو سال طول می‌کشد، این یک مشکل واقعی است. اگر اعداد را بررسی کنیم، نتایج کمی ناامیدکننده است. اگر فضاپیمای مریخی دارای یک مخزن بزرگ و عایق‌بندی شده با ظرفیت 38 تن هیدروژن مایع باشد، تخمین زده می‌شود که جوش غیرفعال آن حدود 16 تن در سال خواهد بود.

به عبارت دیگر، ماموریت مریخ شاهد رسیدن خدمه به مقصد بدون وجود سوخت برای بازگشت به خانه خواهد بود.

عایق‌بندی ضخیم می‌تواند تلفات را کاهش دهد، اگرچه تلفات همچنان به شکل غیر قابل قبولی بالا خواهد بود. بنابراین ناسا در حال کار بر روی پروژه مدیریت سیالات برودتی خود است که وظیفه آن توسعه سیستمی از عایق‌بندی پیشرفته و خنک‌کننده فعال است که هدف آن صفر شدن جوشش در طول ماه‌ها و حتی سال‌ها و همچنین سیستم‌های بهبود یافته برای مدیریت سوخت‌های برودتی بدون تلفات است.

مهندسان در مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا در آلاباما، چیزی را که یک سیستم خنک‌کننده دو مرحله‌ای نامیده می‌شود، برای یک دوره آزمایشی سه ماهه روی یک پایه آزمایشی نصب کردند. این سیستم که خنک‌کننده «لوله روی مخزن»( tube on tank) نیز نامیده می‌شود، شامل دو حلقه خنک‌کننده است که در عایق فلزی ضخیم و یک سپر حرارتی تعبیه شده‌اند.

در حلقه خنک‌کننده اولیه، لوله‌هایی پر از هلیوم مایع که تا دمای منفی 253 درجه سانتی‌گراد خنک شده‌اند، دور مخزن سوخت برودتی پیچیده شده‌اند تا مستقیماً آن و محتویات آن را خنک کنند. روی این لایه‌ها لایه‌های عایق و یک حلقه دوم حامل هلیوم کمی گرم‌تر با دمای منفی ۱۸۳ درجه سانتی‌گراد قرار دارد که پشت سپر حرارتی که کل مجموعه را پوشش می‌دهد، قرار گرفته است. این حلقه تمام گرمای ورودی را قبل از اینکه بتواند بیشتر نفوذ کند، متوقف و دفع می‌کند.

نتیجه، سیستمی است که می‌تواند پیشران‌ها را تا زمانی که انرژی لازم برای راه‌اندازی ماشین‌آلات برودتی وجود دارد، به طور نامحدود در حالت فوق سرد نگه دارد. این نه تنها به معنای اجتناب از حضور در مریخ بدون وسیله نقلیه برای بازگشت به خانه است، بلکه به معنای توانایی انجام ماموریت‌ها بدون نیاز به سوخت اضافی و غیر ضروری و برنامه‌ریزی برای ماموریت‌های طولانی‌تر است.

کتی هنکل(Kathy Henkel)، مدیر اجرایی پروژه مدیریت سیالات برودتی ناسا می‌گوید: فناوری‌هایی برای کاهش اتلاف پیشران باید برای ماموریت‌های طولانی‌مدت موفق به اعماق فضا مانند ماه و مریخ پیاده‌سازی شوند. خنک‌سازی دو مرحله‌ای از اتلاف پیشران جلوگیری می‌کند و با موفقیت امکان ذخیره طولانی مدت پیشران‌ها را چه در حال انتقال و چه روی سطح یک جرم سیاره‌ای فراهم می‌کند.