با نمونه مینیاتوری ربات فیلم «میان‌ستاره‌ای» آشنا شوید

نسیم گیلان - ایسنا / پروژه «تارس» که نام آن از ربات فیلم «میان‌ستاره‌ای» گرفته شده است، می تواند راه را برای رسیدن به فضای بیرون از منظومه شمسی و ملاقات با ستاره‌های دوردست فراهم کند.
به لطف ایده جدیدی به نام «شتاب‌دهنده گشتاوری با استفاده از تابش خورشید» یا «تارس»(TARS)، رسیدن به فضای میان‌ستاره‌ای می‌تواند بسیار ساده‌تر از آن چیزی باشد که فکر می‌کردیم.
بازار
به نقل از اسپیس، این ایده در اصل یک سانتریفیوژ خورشیدی است که می‌تواند کاوشگرهای کوچک را به سرعت‌هایی بیشتر از سرعت فرار مورد نیاز برای خروج از منظومه شمسی برساند.
«دیوید کیپینگ»(David Kipping) استاد ستاره‌شناسی «دانشگاه کلمبیا»(Columbia University) و دانشمندی که ایده تارس را مطرح کرده است، گفت: انجام دادن یک ماموریت میان‌ستاره‌ای، یکی از چالش‌برانگیزترین مشکلاتی به شمار می‌رود که بشریت تاکنون با آن روبه‌رو شده است.
تارس که نام آن از ربات فیلم «میان‌ستاره‌ای» (Interstellar) محصول 2014 گرفته شده است، می‌تواند راهی برای سفر به ستاره‌های دیگر باشد. تارس به هیچ رآکتور هم‌جوشی، لیزر گیگاواتی و حتی موشک شیمیایی - به جز برای پرتاب آن از زمین - نیاز ندارد. در عوض، زیبایی تارس در سادگی آن نهفته است.
در این گزارش با نحوه‌ کار تارس آشنا می‌شویم.
کیپینگ، تارس را به صورت دو پارو در نظر گرفت که هر پارو دارای پوشش بازتابنده در یک طرف و پوشش تیره در طرف دیگر است. پاروها با زاویه 180 درجه نسبت به یکدیگر قرار می‌گیرند تا طرف‌های بازتابنده در جهت مخالف باشند. آنها با یک طناب به هم متصل می‌شوند.
مانند یک بادبان خورشیدی، نور خورشید به دیواره‌های بازتابنده فشار می‌آورد و باعث می‌شود تارس آن قدر سریع‌ بچرخد تا به سرعت بحرانی برسد که در آن یک فضاپیمای کوچک - شاید نه بزرگتر از یک تلفن همراه - با سرعت زیاد پرتاب شود. تارس کمی شبیه به یک باتری عمل می‌کند و با انرژی خورشیدی شارژ می‌شود تا زمانی که آماده آزاد کردن همه انرژی خورشیدی به صورت انرژی جنبشی باشد.
کیپینگ در مقاله خود که با همکاری «کاترین لامپو»(Kathryn Lampo) دانشجوی مهندسی دانشگاه کلمبیا نوشته شده، مثالی را از دو پارو با ضخامت تنها 2.8 میکرون و عرض هفت متر ارائه داده است که توسط یک طناب به طول 63 متر از هم جدا شده‌اند و می‌توانند به مدت سه سال بچرخند و سپس فضاپیمای کوچک خود را با سرعت 12.1 کیلومتر در ثانیه پرتاب کنند. حرکت مداری این سیستم را به سرعت پرتاب آن اضافه کنید. دستگاه باید از سرعت 42 کیلومتر در ثانیه که برای فرار از منظومه شمسی و ورود به فضای میان‌ستاره‌ای لازم است، فراتر برود.
با وجود این، در صورتی که سفر با سرعت نهایی صورت بگیرد، بیش از 30 هزار سال طول می‌کشد تا فضاپیما به ستاره «آلفا قنطورس»(Alpha Centauri) در فاصله 4.3 سال نوری از ما برسد. از طرف دیگر، کارهایی وجود دارد که می‌توان برای افزایش سرعت انجام داد.
کیپینگ گفت: از نظر طراحی اولیه، دو عامل هستند که سرعت رهاسازی را کنترل می‌کنند. یکی از عوامل، مدت زمانی است که آن را شارژ می‌کنید، اما مهم‌ترین عامل، استحکام کششی ویژه است که همان مقاومت کششی نسبت به جرم است.
مقاومت کششی، به توصیف حداکثر باری می‌پردازد که یک ماده می‌تواند پیش از شکستن تحمل کند و توسط ماده مورد استفاده تعیین می‌شود. قوی‌ترین مواد موجود در بازار که کیپینگ توانست پیدا کند، ورق‌هایی از نانولوله‌های کربنی موجود در بازار بودند و محاسبات مقاله او نیز براساس همین موضوع انجام شدند. کیپینگ ادامه داد: ممکن است در آینده راهی برای تولید گرافین در مقیاس صنعتی پیدا کنیم که ماده بسیار بهتری خواهد بود زیرا مقاومت کششی بسیار بیشتری نسبت به نانولوله‌های کربنی دارد. این امر، سرعت آزادسازی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.
از دیگر روش‌ها می‌توان به مهار «اثر اوبرت»(Oberth effect) اشاره کرد که در آن یک فضاپیما با حرکت به سمت خورشید شتاب می‌گیرد. بنابراین وقتی گرانش خورشید فضاپیما را به سمت خود می‌کشد، سرعت آن افزایش می‌یابد. با وجود این، مشکلی در این مورد وجود دارد. تأثیر تابش خورشیدی به تدریج تارس را از خورشید دور می‌کند و هر چه از خورشید دورتر شود، نور کمتری را از خورشید می‌گیرد.
کیپینگ یک راه‌حل آماده دارد که نوعی بادبان خورشیدی است؛ با این تفاوت که طوری طراحی شده است که فشار بیرونی ناشی از نور خورشید کاملاً با فشار درونی گرانش خورشید متعادل باشد.
اگر کمی بادبان را به پهلو تکان دهید، می‌تواند در مداری به دور خورشید باقی بماند که شبیه به سقوط آزاد ماهواره‌ها به دور زمین است و همیشه تحت تاثیر گرانش زمین قرار می‌گیرد اما در مسیری که منحنی زمین را دنبال می‌کند. این راه حل به تارس امکان می‌دهد تا فاصله خود را حفظ کند و میزان انرژی دریافتی خود از خورشید را به حداکثر برساند.
اگرچه از نظر تئوری هیچ محدودیتی برای حداکثر سرعت وجود ندارد، اما اگر بخواهیم به سرعت‌های نسبیتی که کسر قابل توجهی از سرعت نور هستند، برسیم، باید اندازه طرح به صورت تصاعدی افزایش یابد. در واقعیت، ترکیب شبه‌ذرات با اثر اوبرت، ساختار گرافین، میدان الکترومغناطیسی و یک عامل چرخش تارس مانند لیزر کمک می‌کند تا یک فضاپیمای کوچک که از تارس رها می‌شود، به سرعت تا 1000 کیلومتر در ثانیه برسد که 0.3 درصد سرعت نور است. با چنین سرعتی، یک فضاپیما می‌تواند در کمتر از 1300 سال به منظومه آلفا قنطورس برسد.
کیپینگ گفت: مردم همیشه می‌گویند که شما هرگز در طول عمر خود به آلفا قنطورس نخواهید رسید، اما چه کسی اهمیت می‌دهد؟. به نظر من، اصرار بر این که هر سیستم فضایی که می‌سازیم، باید در طول عمر یک انسان به کل چرخه تکمیل خود برسد، بسیار خودخواهانه به نظر می‌رسد. کاری که ما سعی داریم انجام دهیم، این است که دنیای بهتری را برای افرادی که پس از ما می‌آیند، به جا بگذاریم و این وظیفه رفتن به فضای میان‌ستاره‌ای و کاوش در جهان، یک فعالیت مترقی و چندنسلی است. تا زمانی که بتوانیم به آنجا برسیم، عکس بگیریم و بازگردیم، این کار ارزش انجام دادن را دارد.
تارس در حال حاضر هنوز فقط یک طرح مفهومی روی کاغذ است، اما کیپینگ گفت که برخی شرکت‌های خصوصی پروازهای فضایی به آن ابراز علاقه کرده‌اند و در صورت ارائه نمونه اولیه تارس به اندازه یک کیوبست می‌خواهند در پرتاب بعدی خود به صورت رایگان از آن استفاده کنند.