اما مشکل اینجاست که این نقطه در فاصلهای حدود ۶۵۰ تا ۹۰۰ واحد نجومی (AU) از ما قرار دارد؛ یعنی تقریباً چهار برابر دورتر از مسافتی که وویجر ۱ تاکنون پیموده است ـ و وویجر ۱ دورترین ساخته دست بشر به شمار میرود. این فضاپیما بیش از ۱۳۰ سال دیگر زمان نیاز دارد تا به فاصله عدسی گرانشی خورشید برسد. بنابراین روشن است که روشهای پیشرانش سنتی نمیتوانند هیچ فضاپیمای نسبتاً بزرگی را در بازه زمانی معقول به آنجا برسانند. مقالهای جدید از دکتر اسلاوا توریشِف از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ـ که از جدیترین حامیان مأموریت SGL است ـ انواع سامانههای پیشرانشی را بررسی میکند که شاید روزی ما را به آنجا برسانند. اما به نظر میرسد اگر بخواهیم به این زودیها چنین کاری انجام دهیم، راه درازی در پیش داریم.
بیایید از همین ابتدا تکلیف را روشن کنیم: هیچ راهی وجود ندارد که با موشکهای شیمیایی معمولی، حتی با کمکگرفتن از مانورهای گرانشی سیارات بزرگ، بتوان در زمان قابل قبول به فاصله ۶۵۰ واحد نجومی رسید. برای طی این مسیر در ۲۰ سال، فضاپیما باید با سرعتی حدود ۱۵۴ کیلومتر بر ثانیه حرکت کند؛ سرعتی که البته کمی کمتر از بیشترین سرعت ثبتشده برای یک ساخته انسانی است. کاوشگر خورشیدی پارکر به سرعت ۱۹۲ کیلومتر بر ثانیه رسیده، اما این سرعت تنها هنگام نزدیکترین فاصلهاش به خورشید، در حدود ۶.۱۶ میلیون کیلومتری آن، حاصل شد. حفظ چنین سرعتی ـ یا حتی دستیابی به آن ـ برای سفری بیش از ۲۰ سال، با فناوری فعلی عملاً امکانپذیر نیست.
با این حال، خورشید ممکن است همچنان بهترین متحد ما باشد. یکی از گزینههایی که دکتر توریشِف بررسی کرده، «بادبان خورشیدی» است؛ سازهای بزرگ و بازتابنده که از فشار نور خورشید برای حرکت استفاده میکند. مهمتر از آن، بادبان خورشیدی میتواند همزمان از نور خورشید و کشش گرانشی آن بهره ببرد؛ یعنی در نزدیکی خورشید، هنگام اجرای یک مانور کمکگرانشی، بیشترین شتاب را دریافت کند. بر اساس محاسبات توریشِف، چنین روشی میتواند سرعتی فراهم کند که زمان سفر را به حدود ۳۰ سال ـ و شاید حتی ۲۰ سال ـ کاهش دهد.
اما این روش بیهزینه نیست. برای رسیدن به زمان انتقال ۳۰ ساله، فضاپیما باید تا فاصله ۰.۰۵ واحد نجومی از خورشید نزدیک شود. این فاصله اندکی بیشتر از رکورد پارکر (۰.۰۴ واحد نجومی) است. با این تفاوت که پارکر بهطور ویژه برای تحمل گرمای شدید نزدیکی خورشید طراحی شده است. ساخت بادبانی نازک که بتواند چنین بمباران انرژی شدیدی را تاب بیاورد، هنوز خارج از توان مهندسی کنونی ماست.
مسئله مهم دیگر، وزن یا بهطور دقیقتر، چگالی سامانه است. بادبانهای خورشیدی توان رانشی زیادی تولید نمیکنند، بنابراین حمل تجهیزات سنگین با آنها منطقی نیست. از سوی دیگر، در فاصله ۶۵۰ واحد نجومی، انرژی خورشیدی آنقدر ناچیز است که نمیتواند تلسکوپ را تغذیه کند؛ بنابراین فضاپیما باید منبع انرژی خود را همراه داشته باشد. ژنراتور گرماالکتریکی رادیوایزوتوپی (RTG) محتملترین گزینه است، اما این سامانه سبک نیست و میتواند محاسبات مربوط به چگالی و کارایی بادبان را بهکلی بر هم بزند.
به همین دلیل، شاید بادبان خورشیدی بهترین گزینه نباشد، هرچند در صورت حل مشکلات فنی، سریعترین روش خواهد بود. گزینه دیگر «پیشرانش الکتریکی هستهای» (NEP) است. در این روش، یک راکتور شکافت هستهای برق مورد نیاز موتورهای الکتریکی پربازده را تأمین میکند. این موتورها رانش کم اما پیوسته ایجاد میکنند و در سفرهای فضایی، همین «ضریب ویژه رانش» بالا تفاوت بزرگی ایجاد میکند. طبق محاسبات توریشِف، یک فضاپیمای ۲۰ تُنی با محمولهای ۸۰۰ کیلوگرمی و پیشرانش NEP میتواند در ۲۷ تا ۳۳ سال به ۶۵۰ واحد نجومی برسد؛ نه به سرعت بادبان خورشیدی بسیار سبک، اما همچنان در بازه یک عمر انسانی.
NEP مزایای دیگری هم دارد. پس از رسیدن به ناحیه SGL، میتواند با استفاده از سوخت باقیمانده موقعیت خود را تنظیم کند (اصطلاحاً «حفظ موقعیت»). همچنین از همان برق تولیدی میتواند برای تغذیه ابزارهای علمی استفاده کند. عیب اصلی آن مدیریت گرماست؛ راکتور باید گرمای اضافی را دفع کند و در فضا تنها راه عملی این کار، خنکسازی تابشی است. بنابراین سامانه به رادیاتورهای بزرگی نیاز دارد که جا دادن آنها در یک موشک ممکن است دشوار باشد.
اما شاید جالبترین پیشنهاد مقاله، ترکیب NEP با «پیشرانش حرارتی هستهای» (NTP) باشد. NTP سریعتر از NEP است و با استفاده مستقیم از گرمای راکتور هستهای، سوختی مانند هیدروژن را بهسرعت گرم کرده و به بیرون پرتاب میکند تا رانش ایجاد شود. این روش شباهت زیادی به موشکهای شیمیایی دارد و در نتیجه از محدودیت «معادله موشک» رنج میبرد؛ یعنی مقدار سوخت قابل حمل محدود است.
از آنجا که هر دو سامانه بر پایه راکتور شکافت هستهای هستند، میتوان یک سیستم ترکیبی طراحی کرد. فضاپیما در بخشهایی از مسیر ـ مثلاً هنگام انجام مانور «اوبرت» در نزدیکی خورشید ـ از NTP برای افزایش سریع سرعت استفاده میکند، سپس وارد حالت کروز با NEP میشود و طی سالها بهتدریج سرعت خود را افزایش میدهد. چنین سامانهای میتواند سفر کمتر از ۲۰ سال را ممکن کند.
اما پس از رسیدن چه اتفاقی میافتد؟ برخلاف تلسکوپهای معمول که در مداری مشخص یا نقطه لاگرانژی مستقر میشوند، مأموریت SGL قرار نیست سرعت خود را کم کند و در یک نقطه ثابت بماند. فضاپیما در امتداد «خط کانونی» اثر عدسی گرانشی خورشید به حرکت ادامه میدهد و در طی حدود ۳۰۰ واحد نجومی دیگر داده جمعآوری میکند و تصاویر دقیقتری میگیرد.
این کار سفر را سریعتر میکند، چون نیازی به کاهش سرعت نیست؛ اما یک محدودیت مهم دارد: تنها یک فرصت برای تصویربرداری از هر سیاره خواهیم داشت. برای استفاده از اثر عدسی گرانشی، فضاپیما باید دقیقاً در سوی مقابل خورشید نسبت به سیاره هدف قرار گیرد. نمیتوان بهسادگی مسیر را تغییر داد تا سیارهای دیگر در بخش متفاوتی از آسمان بررسی شود. بنابراین در حالی که روی توسعه فناوریهای پیشرانش کار میکنیم، باید دقیقاً بدانیم دنبال چه نوع سیارهای هستیم و چه نشانههایی برای جذاببودن آن کافی است. در غیر این صورت، سفری ۳۰ ساله ـ بدون احتساب زمان توسعه ـ تنها یک دستاورد مهندسی بزرگ خواهد بود، اما شاید نتواند به پرسش بنیادین ما پاسخ دهد: آیا در جهان تنها هستیم یا نه؟
