تامین نیروی فضاپیماها با آب

تیمی از محققان دانشگاه بولونیا در حال ساخت یک سامانههای پیشرانش فضایی مبتنی بر آب هستند که از آب به عنوان سوخت استفاده میکند؛ رانشگرهای پلاسمایی مبتنی بر آب میتوانند فضاپیماها را برای ماموریتهای فضایی عمیق تامین کنند که با نیازهای کمانرژی (۵۰۰ تا ۱۰۰۰ وات) برای ماهوارههای کوچک با توان محدود ایدهآل هستند.
فابریزیو پونتی (Fabrizio Ponti) که رهبری این ابتکار را بر عهده دارد، میگوید: «ما با این پروژه میخواهیم گامی تعیینکننده در جهت استانداردسازی فناوریهای رانش پایدار با قابلیت کاهش اثرات زیستمحیطی ماموریتهای فضایی و بهرهبرداری از منابع موجود در فضا برداریم.»
رانشگرهای الکتریکی مبتنی بر آب
این رویکرد جدید به نام رانشگرهای الکتریکی مبتنی بر آب (Water-based Electric Thrust به اختصار WET) با هدف توسعه روشی برای تبدیل آب به پلاسما (حالت فوق گرم ماده)، برای تولید نیروی رانش طراحی شده است. تیم تحقیقاتی توضیح میدهد: «پروژه WET با هدف بهرهبرداری از آب به عنوان پیشران برای رانشگرهای فضایی، تبدیل آن به پلاسما و استفاده از انرژی الکتریکی تولیدشده برای ایجاد رانش جنبشی خواهد بود.»

سامانهWET براساس اصل نیروی محرکه الکتریکی عمل میکند، جایی که انرژی الکتریکی برای شتاب بخشیدن به ذرات باردار و ایجاد نیروی رانش استفاده میشود؛ این فرآیند ابتدا شامل تبدیل آب به حالت گاز و سپس یونیزه کردن آن برای ایجاد پلاسما میباشد؛ سپس این پلاسما از طریق میدان الکتریکی شتاب میگیرد و نیروی رانش تولید میکند.
این تیم تاکید میکند: «گروه تحقیقاتی ما فرآیندهای اساسی را که تشکیل و رفتار پلاسمای تولید شده از آب را تنظیم میکند، به منظور طراحی پیشران الکتریکی با قابلیت به حرکت درآوردن وسایل نقلیه فضایی مورد مطالعه قرار میدهد.»
این روش مزایای قابلتوجهی نسبت به ماهوارهبرهای شیمیایی معمولی دارد. اولا آب به عنوان منبعی فراوان که به آسانی در دسترس قرار دارد و بهطور بالقوه از اجرام آسمانی مانند ماه یا سیارکها قابل دستیابی میباشد، امکان سوختگیری در فضا و نیاز به حمل مقادیر زیادی سوخت از زمین را کاهش میدهد و ماموریتهای طولانیتر و پیچیدهتر را امکانپذیر میکند.
در ثانی پیشرانههای مبتنی بر آب نسبت به سوختهای شیمیایی سنتی که باعث انتشار گازهای گلخانهای مضر میشوند، بهطور قابلتوجهی با محیط زیست سازگارتر هستند.
رانشگرهای WET طوری طراحی شدهاند که در محدوده توان ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ وات کار کنند؛ این ویژگی باعث میشود آنها بهویژه برای استفاده در ماهوارههای کوچک یا تاسوارهها (CubeSats) که ظرفیت انرژی محدودی دارند، مناسب باشند؛ این بازدهی انرژی همچنین فرصتهای هیجانانگیزی را برای ماموریتهای فضایی عمیق که در آن به حداقل رساندن مصرف انرژی حیاتی است، فراهم میکند.
برای تحقق این چشمانداز، محققان در حال ارتقای قابل توجهی از تجهیزات پیشرفته برای آزمایش و اصلاح دقیق پیشرانههای پلاسما مبتنی بر آب هستند؛ این تیم تحقیقاتی اضافه میکند: «آزمایشگاههای مورد استفاده ارتقا خواهند یافت تا امکان تایید آزمایشی فناوریها و ابزارهای جدید برای اندازهگیری و شناسایی پلاسمای مبتنی بر آب را فراهم کنند؛ بنابراین نتایج دقیق و قابل تکرار را تضمین میکنند.»
پیامدهای این فناوری فراتر از ایجاد نیروی محرکه است؛ این تحقیق میتواند منجر به پیشرفتهایی در فیزیک پلاسما و تولید انرژی با کاربردهای بالقوه در زمینههای مختلف شود؛ علاوه بر این، استانداردسازی پیشرانههای مبتنی بر آب میتواند راه را برای عصر جدیدی از اکتشافات فضایی هموار کند و مقرون به صرفه بودن و مسئولیتپذیری زیستمحیطی را افزایش دهد.
طبق بررسی محققان، استانداردسازی نیروی محرکه مبتنی بر آب در واقع گامی اساسی رو به جلو برای دسترسی بیشتر و پایدارتر کردن فناوریهای فضایی است و راه را برای کاربردهای احتمالی دیگر هموار میکند.
پیشرفتهای متعددی برای افزایش کارایی فناوریهای پیشران فضایی صورت گرفته و اخیرا دانشمندان بادبانهای بازتابندهای را آزمایش کردند که از فشار لیزر یا نور ستارگان برای به حرکت درآوردن فضاپیماها استفاده میکند؛ همچنین دانشمندان در حال بررسی مفهوم فناوری پیشران موشک ضد ماده (Antimatter Rocket Technology) هستند تا اکتشافات اعماق فضا را عملی کنند.