نگاهی به کارکرد فضاپیمای ضد ماده

سفر به مریخ با ده گرم سوخت
اكثر سفینه هایی كه در داستان های علمی- تخیلی شگفتی خوانندگان را برمی انگیزند برای سوخت خود از «ضدماده» استفاده می كنند. دلیل آن هم ساده است: «ضدماده» قدرتمندترین سوختی است كه تا به حال شناخته شده است. در حالی كه چندین تن سوخت شیمیایی برای فرستادن كاوشگرها به مریخ نیاز است، تنها ده ها میلی گرم از «ضدماده» برای همین منظور كفایت می كند. این مقدار از «ضدماده» حدود یك هزارم وزن یك آب نبات كوچك است.
اما در واقع این نیرو خطرات خاص خود را دارد. برخی از واكنش های «ضدماده» فوران هایی از پرتوهای پرانرژی گاما تولید می كنند. پرتوهای گاما مانند پرتوهای ایكس هستند. آنها به درون ماده نفوذ می كنند و مولكول های موجود در سلول ها را متلاشی می سازند. بنابراین وجود آنها در محیط باعث خطراتی برای سلامتی می شود. پرتوهای پرانرژی گاما همچنین می توانند با متلاشی كردن اتم های مواد موتورها باعث رادیواكتیو شدن آنها (موتورها) شوند.
اكنون «موسسه ایده های پیشرفته» (NIAC) سازمان ناسا در حال پشتیبانی مالی گروهی از پژوهشگران است كه در حال تحقیق و كار بر روی طرحی جدید جهت ساخت یك سفینه با سوخت «ضدماده» هستند. این سفینه با ایجاد پرتوهای كم انرژی تر گاما تاثیرات خطرناك ذكر شده را قابل اجتناب می سازد.
«ضدماده» گاهی وقت ها «تصویر آینه ای» ماده عادی نامیده می شود زیرا در حالی كه مانند ماده عادی به نظر می رسد برخی از خواص آن معكوس هستند. برای مثال، الكترون های عادی- ذراتی كه جریان الكتریكی را در همه چیز از تلفن های همراه گرفته تا تلویزیون های پلاسمایی انتقال می دهند- دارای بار منفی هستند. ضدالكترون ها دارای بار مثبت هستند و به همین دلیل دانشمندان آنها را «پوزیترون»ها نامگذاری كردند. زمانی كه «ضدماده» با ماده برخورد می كند، هر دوی آنها با تبدیل شدن به انرژی از بین می روند. همین تبدیل شدن كامل به انرژی است كه باعث قدرتمند شدن «ضدماده» می شود. در طرح های قبلی برای ساخت سفینه هایی كه از سوخت «ضدماده» استفاده می كردند، فقط ضدپروتون ها منظور می شدند كه در زمان نابود شدن پرتوهای پرانرژی گاما تولید می كردند. طرح جدید از پوزیترون استفاده می كند كه پرتو گامای تولیدی آن حدود۴۰۰ بار كم انرژی تر است.
پژوهش های صورت گرفته در موسسه NIAC در واقع بررسی این مسئله است كه آیا ایده مورد نظر عملی است یا خیر؟ اگر این تحقیق امیدبخش باشد و سرمایه لازم نیز برای ایجاد موفقیت آمیز فناوری تامین شود، آنگاه فضاپیماهایی كه از پوزیترون به عنوان سوخت استفاده می كنند مزایای زیادی در مقایسه با طرح های موجود برای ماموریت های مریخ خواهند داشت.دكتر «جرالد اسمیت» از بخش تحقیقات پوزیترونی در سان تافه نیومكزیكو می گوید: «مهم ترین مزیت این فضاپیما ایمنی بیشتر آن است.» ماموریت های فعلی به مریخ مستلزم وجود رآكتورهای هسته ای است تا فضاپیما را به سوی این سیاره حركت دهند. استفاده از این رآكتورها راهكاری مطلوب است زیرا پیش رانش هسته ای زمان مسافرت به مریخ و همچنین زمانی كه فضانوردان در معرض پرتوهای كیهانی قرار می گیرند را كاهش می دهد كه در نتیجه ایمنی آنها افزایش می یابد. فضاپیمایی كه از سوخت شیمیایی استفاده می كند وزن بسیار زیادی دارد و هزینه های پرتاب آن نیز بسیار زیاد است. رآكتور هسته ای همچنین نیروی كافی برای یك ماموریت سه ساله فراهم می كند. اما رآكتورهای هسته ای پیچیده هستند بنابراین ممكن است طی ماموریت برخی حوادث بالقوه ناخوشایند اتفاق بیفتند. «اسمیت» كه محقق ارشد این پروژه است، می گوید: «رآكتور پوزیترونی تمامی این مزیت ها را دارد با این تفاوت كه نسبتاً ساده است.»
رآكتورهای هسته ای همچنین حتی بعد از اینكه سوخت خود را كاملاً مصرف می كنند رادیواكتیو باقی می مانند. در ماموریت های فعلی بعد از اینكه فضاپیما به مریخ می رسد رآكتور به مداری هدایت می شود كه برای حداقل یك میلیون سال با زمین مواجه نخواهد شد. طی این یك میلیون سال تشعشعات پس مانده تا حد بی خطر كاهش می یابند. گروه تحقیقاتی می گوید كه در رآكتورهای پوزیترونی، زمانی كه سوخت به اتمام می رسد هیچ گونه تشعشعی باقی نمی ماند. در نتیجه اگر رآكتور پوزیترونی مصرف شده به طور تصادفی به جو زمین ورود مجدد شود هیچ گونه نگرانی برای سلامتی ساكنان زمین ایجاد نمی كند.
پرتاب فضاپیمای «ضدماده» ایمن تر هم خواهد بود. اگر یك راكت كه یك رآكتور هسته ای را حمل می كند منفجر شود، مواد رادیواكتیو را به درون جو زمین آزاد می كند. «اسمیت» می گوید: «فضاپیمای پوزیترونی ما در صورت انفجار، یك لحظه كوتاه پرتوهای گاما رها می كند كه این پرتوها طی یك زمان بسیار كوتاه ناپدید می شوند. در نتیجه ذرات رادیواكتیوی وجود نخواهند داشت تا توسط باد جابه جا شوند. این گسیل كوتاه مدت از پرتوهای گاما نیز به یك ناحیه نسبتاً كوچك محدود خواهد شد. ناحیه خطر فقط یك كیلومتر در گرداگرد فضاپیما است.
یكی دیگر از مزایای برجسته این فضاپیما سرعت آن خواهد بود. فضاپیماهای فعلی مسافران خود را طی ۱۸۰ روز به مریخ می رسانند. «كربی مایر» كه مهندس بخش پوزیترونی است و در این تحقیق شركت دارد، می گوید: «طرح های ما ممكن است این زمان را به نصف و حتی شاید به ۴۵ روز كاهش دهند.»
هزینه تولید پوزیترون بزرگترین چالش فنی است كه تبدیل این فضاپیما به واقعیت را مشكل می سازد. «ضدماده» به دلیل تاثیر چشمگیری كه بر روی ماده عادی می گذارد به مقدار زیاد یافت نمی شود. در فضا، «ضدماده» در اثر برخوردهای ذرات پرانرژی موسوم به پرتوهای كیهانی تولید می شود. بر روی زمین می باید آن را در شتاب دهنده های ذرات تولید كرد. به گفته «اسمیت»: «با كمك فناوری ای كه هم اكنون در حال ایجاد است برای تولید ده میلی گرم پوزیترون كه برای فرستادن انسان به مریخ لازم است حدود ۲۵۰ میلیون دلار هزینه نیاز است. این هزینه ممكن است زیاد به نظر برسد اما می باید هزینه اضافی پرتاب یك راكت سنگین تر با سوخت شیمیایی و یا هزینه سوخت و ایمن سازی رآكتورهای هسته ای را در نظر گرفت. هزینه های فعلی پرتاب حدود ۱۰ هزار دلار برای هر پوند وزن است. براساس تجارب در زمینه فناوری هسته ای انتظار می رود كه هزینه تولید پوزیترون با تحقیقات بیشتر كاهش یابد.»
چالش دیگر ذخیره سازی مقدار كافی پوزیترون است. به دلیل اینكه پوزیترون ها ماده عادی را نابود می كنند نمی توان آنها را در یك بطری قرار داد. در عوض می باید آنها را در میان میدان های مغناطیسی و الكتریكی جای داد. «اسمیت» می گوید: «ما اطمینان داریم كه با تحقیقات بیشتر و برنامه توسعه ای این چالش ها برطرف خواهند شد.» اگر این ایده ها به حقیقت بپیوندند شاید منبع سوخت فضاپیماهایی كه اولین انسان‌ها را به سیاره سرخ می رسانند همان منبعی باشد كه سفینه های ستاره ای را در عرصه كیهان های رویایی علمی- تخیلی ما به حركت درمی آوردند.

ترجمه: فرشید كریمی
www.universetoday.com,Apr.۲۰۰۶

منبع : روزنامه شرق