واقعاً بسیار دور، و رسیدن به آنجا با موشکهای شیمیایی سنتی مانند تلاش برای عبور از اقیانوس با قایق راکت است: از نظر فنی ممکن است، اما بسیار کند و محدودیتهای جدی در حمل کالا و تجهیزات دارد. اما ناسا بهطور جدی گام بزرگی در جهت تغییر این وضعیت برداشته است. در مرکز پرواز فضایی مارشال در آلاباما، مهندسان با موفقیت اولین آزمایشهای مهم مربوط به سختافزار رآکتور هستهای مقیاس پرواز را پس از دهه ۱۹۶۰ انجام دادهاند. این آزمایشها در طول چند ماه سال ۲۰۲۵، بیش از ۱۰۰ بار بر روی یک واحد مهندسی با اندازهی بارل (معادل یک سطل) انجام شد که بهطور دقیق نحوهی جریان هیدروژن مایع بهعنوان سوخت درون یک رآکتور واقعی که پیشرانهی فضاپیما را تأمین میکند، شبیهسازی میکند.
این آزمایشها با استفاده از مواد غیررادیواکتیو انجام شدند و بهعنوان “آزمایش جریان سرد” (Cold-Flow Testing) شناخته میشوند. هدف اصلی این آزمایشها، مطالعهی رفتار سیالات در حین عبور از طراحی رآکتور بدون استفاده از مواد رادیواکتیو بود. واحد ۴۴ اینچ در ۷۲ اینچی که توسط شرکت BWX Technologies ساخته شده، نمایندهی یک طراحی کامل، مقیاس پروازی و آمادهی استفاده در فضا است. این طراحی میتواند در آینده، فضاپیماها را قادر به سفرهای سریعتر و دورتر در سیستم شمسی کند.
چرا پیشرانه هستهای؟
موشکهای شیمیایی با سوختن سوخت عمل میکنند که محدودیتهای بنیادی در سرعت و حمل جرم دارد. در مقابل، پیشرانه هستهای با استفاده از رآکتور برای گرم کردن پروپلانت (سوخت) به جای احتراق، سرعت خروجی گازها را بهطور چشمگیری افزایش میدهد و کارایی را بهطور قابل توجهی بهبود میبخشد. بهعبارت دیگر، با این فناوری میتوان سریعتر حرکت کرد، تجهیزات علمی بیشتری را حمل کرد و انرژی کافی برای ارتباطات و آزمایشها در دسترس داشت.
برای ماموریتهای ماهوارهای به مریخ، این فناوری میتواند ماهها از زمان سفر کم کند. این کاهش زمان تنها به عشق به سرعت مربوط نیست، بلکه کاهش مدت زمان قرار گرفتن فضانوردان در معرض تابش کیهانی، کاهش نیاز به سیستمهای حیاتی و تحویل تیمهای سالمتر به مقصد، از جمله مزایای کلیدی است. برای ماموریتهای رباتیک به سیارات دورتر سیستم شمسی، پیشرانه هستهای میتواند علم جدیدی را ممکن سازد که با فناوریهای فعلی غیرقابل اجراست.
نتایج آزمایشهای مارشال: تأیید طراحی و افزایش اطمینان
آزمایشهای انجامشده در مرکز مارشال به مهندسان اجازه داد تا تأیید کنند که طراحی رآکتور از ارتعاشات یا نوسانات مخرب ناشی از جریان سیال رنج نمیبرد. آنها دادههای عملکردی دقیقی جمعآوری کردند که در طراحی سیستمهای کنترل پرواز مورد استفاده قرار خواهد گرفت. مهمتر از همه، این آزمایشها مدلهای کامپیوتری را تأیید کردند که رفتار این سیستمها در فضا را پیشبینی میکنند.
جیسن تورپین، از اداره پیشرانه هستهای فضایی ناسا، در این باره میگوید:
“ما فقط اثبات فناوری جدید را انجام نمیدهیم؛ سری آزمایشها دادههای بسیار دقیق جریان پاسخ برای طراحی رآکتور فضایی قابل پرواز تولید کردهاند.”
تاریخچه و اهمیت این گام
این آزمایشها اولین مرحلهی مهم پس از دهه ۱۹۶۰ است. در آن زمان، برنامهی NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) توسط ناسا و شرکتهایی مانند Westinghouse اجرا میشد. این برنامه بهطور موفقیتآمیزی رآکتورهای هستهای را برای پیشرانه فضایی توسعه داد، اما به دلیل هزینههای بالا و تغییر سیاستهای سیاسی، در دهه ۱۹۷۰ متوقف شد. امروزه، با پیشرفتهای فناوری و نیاز به سفرهای سریعتر به فضای عمیق، این فناوری دوباره مورد توجه قرار گرفته است.
مقایسهی عملکرد: شیمیایی در مقابل هستهای
موشکهای شیمیایی مانند سیستمهای استفادهشده در برنامهی آرتمیس، دارای اسپسیفیک ایمپلز (Isp) حدود ۴۵۰ ثانیه هستند. این عدد نشاندهندهی کارایی سوخت است. در مقابل، پیشرانه هستهای با اسپسیفیک ایمپلز ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ ثانیه، کارایی چند برابری دارد. این به معنای این است که برای همان مقدار سوخت، میتوان سرعت بیشتری به فضاپیما داد یا جرم بیشتری را حمل کرد. برای مثال، یک ماموریت به مریخ با پیشرانه هستهای میتواند زمان سفر را از ۹ ماه به ۶ ماه کاهش دهد، که این کاهش زمان، میتواند به کاهش ۳۰ درصدی تابش کیهانی برای فضانوردان منجر شود.
کاربردهای آینده و ماموریتهای پیشرو
ناسا در حال توسعهی فناوری پیشرانه هستهای برای ماموریتهای آینده است. برنامهی DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) یکی از این پروژههاست که قرار است در سالهای آینده آزمایشهای پروازی انجام دهد. این فناوری میتواند برای ماموریتهایی مانند برگشت نمونههای مریخ، کاوش سیارات خارجی مانند یوپیتر و سیارههای گازی، و حتی سفرهای انسانی به سیارات دورتر مورد استفاده قرار گیرد.
چالشهای باقیمانده
با وجود پیشرفتهای چشمگیر، چالشهایی همچون ایمنی رآکتورها، تأیید مدلهای کامپیوتری در شرایط واقعی فضا، و هزینههای بالای توسعه وجود دارد. اما آزمایشهای مارشال نشان دادهاند که این چالشها قابل مدیریت هستند. همچنین، ایمنی رآکتورها در حین آزمایشها با استفاده از مواد غیررادیواکتیو و طراحیهای ایمنی پیشرفته، تضمین شده است.
اهمیت جهانی این فناوری
این پیشرفت نه تنها برای ناسا، بلکه برای کل جامعهی جهانی فضایی اهمیت دارد. کشورهایی مانند روسیه و چین نیز در حال توسعهی فناوریهای مشابه هستند. اما ناسا با این آزمایشها، پیشگام این حوزه است و میتواند بهعنوان الگویی برای سایر کشورها عمل کند.
نتیجهگیری: مرحلهای به سوی آیندهای جدید
این آزمایشها نه تنها یک گام فنی، بلکه یک تغییر در فلسفهی کاوش فضایی هستند. با پیشرانه هستهای، فضای عمیق دیگر بهعنوان یک محدودهی غیرقابل دسترس در نظر گرفته نمیشود. این فناوری میتواند سفرهای فضایی را بهطور کلی تغییر دهد و به ما اجازه دهد تا به سیارات دورتر، سیارات کوتوله و حتی سیارات خارج از سیستم شمسی برسیم. هر گامی که ناسا بر میدارد، مرزهای امکانپذیری را در کاوش سیستم شمسی گسترش میدهد.
چرا این فناوری امروز مهم است؟
در دهههای اخیر، ناسا و سایر سازمانهای فضایی بهطور فزایندهای به سمت کاوش فضای عمیق حرکت کردهاند. با افزایش جمعیت و نیاز به منابع جدید، کاوش فضایی به یک ضرورت تبدیل شده است. پیشرانه هستهای، با کاهش زمان سفر و افزایش کارایی، این کاوشها را اقتصادیتر و عملیتر میکند. این فناوری نه تنها برای ماموریتهای علمی، بلکه برای ماموریتهای انسانی در آینده، اساسی خواهد بود.
جمعبندی
آزمایشهای مارشال نشان میدهند که ناسا بهطور جدی در حال توسعهی فناوریهایی است که مرزهای کاوش فضایی را بهطور قابل توجهی گسترش خواهد داد. این فناوری، با ایجاد سفرهای سریعتر و کارآمدتر، میتواند به ما اجازه دهد تا به سیارات دورتر و حتی سیارات خارج از سیستم شمسی برسیم. این گام، نه تنها یک پیشرفت فنی، بلکه یک تغییر در دیدگاه ما نسبت به فضای عمیق است. با هر آزمایشی که انجام میشود، ما به سوی آیندهای نزدیکتر میرویم که در آن، فضای عمیق دیگر “دور” نیست، بلکه یک مسیر قابل دسترس است.
