آینده پیشرانش

[mostafa2426 23]

پيشرانهاي فضايي، ابزاري براي تغيير سرعت موشكها، ماهواره‌ها و فضاپيماها هستند. آنها روشهاي متفاوتي براي توليد شتاب در سيستمهاي فضايي دارند كه هر كدام مزايا و معايب خاص خود را دارد كه با توجه به نوع كاربرد، در سفر به �فضا و يا كنترل وسيله فضايي در مدار از آنها استفاده‌هاي متفاوتي مي‌شود.

اكثر پيشرانهاي امروزي بر مبناي افزايش انرژي جنبشي سوخت و خروج سريع آنها از دهانه خروجي استوار مي‌باشند. در اين‌گونه سيستمها به سوخت به اصطلاح داغ شده مجال داده مي‌شود تا از مجرايي به بيرون فرار كند. سرعت بسيار زياد گازهاي خروجي طبق قانون سوم نيوتن مجموعه موتور و هرآنچه را كه به آن متصل است را در جهت مخالف خروج گازها به جلو هل خواهد داد. اين نوع از پيشرانهاي فضايي را موتورهاي راكت مي‌نامند. موتورهاي راكت با توجه به فرآيند كسب انرژي توسط گازهاي خروجي به دو دسته راكتهاي شيميايي و راكتهاي غير شيميايي تقسيم مي‌شوند. اكثر فضاپيماها از راكتهاي شيميايي استفاده مي‌كنند. در اينگونه موتورها ماده شيميايي قابل اشتعالي در مجاورت اكسيدكننده مناسبي قرار گرفته و شرايط لازم براي احتراق تركيب فراهم مي‌شود. حاصل احتراق گازهاي پرانرژي و داغي است كه مأموريت توليد پيشران را به عهده دارند. اين دسته از موتورها با توجه به نوع سوخت و اكسيدكننده به دو دسته كلي تقسيم مي‌شوند. موتورهاي سوخت جامد و موتورهاي سوخت مايع كه موتورهاي سوخت مايع خود دو نوع دارد. بعضي انواع موتورهاي سوخت مايع كه براي عمل در اتمسفر زمين طراحي مي‌شوند مكنده بوده و اكسيد كننده خود را كه همان اكسيژن هوا است از راه مكش هوا به داخل موتور به دست مي‌آورند. اين عمل نظير رفتار موتورهاي جت هواپيماهاي جنگي است. نوع دوم موتورهايي است كه اكسيد كننده در داخل مجموعه حمل مي‌شود مانند بسياري از موشك‌هاي فضايي يا جنگي.

امروزه يكي از قديمي‌ترين و در عين حال مدرن‌ترين موتورهاي فضايي غيرشيميايي، موتورهايي با پيشرانه‌هاي يوني هستند. اين موتورها كه در دسته موتورهاي الكتريكي جاي مي‌گيرند و در حال حاضر در چند پروژه مهم فضايي مورد استفاده قرار گرفته و به ‌خوبي پاسخگوي نيازمنديها بوده‌اند. جالب است كه ايده استفاده از نيروي الكتريسيته براي توليد پيشران به سالهاي اوليه توليد و گسترش موتورهاي موشك باز‌مي‌گردد اما به دليل محدوديتهاي فناوري در آن روزگار اين ايده تا به امروز عملياتي نشده بود. در اينگونه موتورها جريان سريع محصولات داغ احتراق جاي خود را به جرياني بسيار سريعتر از يونهاي پرانرژي مي‌دهند.

يك پيشران يوني در حال آزمايش. جريان آبي رنگ به دليل بازگشت از برانگيختگي اتمهاي زنون به وجود مي‌آيد


اين موتورها نيروي پيشران بسيار اندكي توليد مي‌كنند اما در مقابل مصرف آنها فوق‌العاده ناچيز است. از اين رو اين قبيل موتورها صرفاً براي استفاده بسيار طولاني مدت كه زمان كافي جهت افزايش سرعت وجود داشته باشد، كاربرد دارند.

يون يك تك اتم يا مجموعه‌اي از اتمها است كه با از دست دادن و يا به دست آوردن تعدادي الكترون، حالت خنثي الكتريكي خود را از دست مي‌دهد و تقارن بين تعداد پروتون‌هاي هسته و الكترون‌هاي پوسته در اين حالت به هم مي‌ريزد. اگر اتم تعداد الكترون بيشتري نسبت به پروتون داشته باشد به آن يون منفي يا آنيون گويند و در صورتي كه تعداد الكترون كمتر از پروتون باشد به آن كاتيون يا يون مثبت مي‌گويند.

در موتورهاي الكتريكي روشهاي متفاوتي براي شتاب دادن به يونها وجود دارد كه تمام آنها يك نقطه مشترك دارند و آن اين است كه با تأمين نسبت شارژ به جرم بسيار زياد، يونها را تا آنجا كه مي‌شود با سرعت بيشتري به بيرون پرتاب مي‌كنند. سرعت خروج گازهاي يونيده شده در اين گونه موتورها گاهي تا بيش از 10 برابر موتورهاي شيميايي مي‌باشد اما از آنجاييكه جرم گازهاي خروجي بسيار كمتر از پيشرانه‌هاي شيميايي است، پيشرانش (تراست) اين‌گونه موتورها خيلي كمتر از اسلاف شيميايي آنها است.

موتورهاي يوني انواع متنوعي دارد كه بعضي از آنها ساخته شده و به كار گرفته شده‌اند و پاره‌اي ديگر در حد نظر و نقشه هستند. ساده‌ترين موتور يوني پيشنهاد شده تا كنون، موتور الكترواستاتيكي است كه ساختمان و طريقه عملكرد ساده‌تري نسبت به همتايان مدرن خود دارد. در يك پيشرانه يوني الكترواستاتيكي، گاز نسبتاً سنگيني (نيروي پيشران موتور به حاصل‌ضرب دو عامل سرعت خروجي گازها و جرم آنها وابسته است) مانند آرگون با جرم اتمي 40 گرم بر مول يا بخار جيوه با جرم اتمي 200 گرم بر مول به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ابتدا اتمهاي سوخت، در حالت طبيعي خود، از روزنه كوچكي وارد محفظه موتور مي‌شوند و در آنجا توسط الكترونهاي حاصل از يك تفنگ الكتروني (مانند آنچه در لامپ تصوير تلويزيونها وجود دارد) بمباران مي‌شوند. برخورد الكترونهاي سريع به اتمهاي گاز باعث مي‌شود كه اتمها يك يا چند الكترون از دست داده و به شكل يون مثبت درآيند. الكترونهاي آزاد شده خود در نقش بمبهاي جديد عمل كرده و فرآيند يون‌سازي شتاب مي‌گيرد. در ديواره محفظه موتور حلقه‌هاي مغناطيسي مخصوصي نصب شده تا با سرعت دادن به الكترونها، فرآيند بمباران را بهبود بخشند. الكترونها پس از برخورد با اتمها و از دست دادن انرژي خود، در نهايت توسط ديواره محفظه و يا شبكه توري با بار مثبت كه در انتهاي موتور قرار دارد، جذب مي‌شوند و جاي خود را به الكترونهاي تازه‌نفس مي‌دهند.



يونهاي مثبت بر اثر خاصيت پخش اتمي، سرانجام از منافذ شبكه توري با بار مثبت عبور كرده و وارد ميدان الكتريكي بسيار قوي بين دو شبكه مثبت و منفي مي‌شوند. اختلاف پتانسيل بسيار شديد بين دو شبكه باردار مثبت و منفي باعث مي‌شود كه يونها به سمت توري محتوي بار منفي شتاب بگيرند. پتانسيل الكتريكي شبكه مثبت بسيار بيشتر از پتانسيل الكتريكي شبكه منفي انتخاب مي‌شود. از اين رو يونهاي مثبت بيشتر از آنكه تحت تأثير جاذبه شبكه منفي باشند، از دافعه شبكه مثبت پيروي مي‌نمايند. اين امر باعث مي‌شود كه تعداد بسيار زيادي از يونها قادر به فرار از منافذ شبكه منفي شوند. فرار بسيار سريع يونهاي مثبت از انتهاي موتور بر طبق قانون سوم نيوتن باعث توليد نيروي پيشراني در جهت خلاف حركت يونها مي‌شود.

اگر يك موتور يوني به اين شيوه به كار خود ادامه دهد، رفته رفته تجمع بار منفي در موتور افزايش يافته و سيستم حالت خنثي خود را از دست خواهد داد. از اين رو در اينگونه موتورها يك تفنگ الكتروني اضافي در پشت موتور به گونه‌اي نصب شده است كه الكترونهاي پرتاب شده با يونهاي مثبت برخورد نموده و علاوه بر آنكه اتم را به حالت خنثي تبديل مي‌كنند، باعث تخليه بار منفي تجمعي موتور نيز مي‌شوند. چنانچه مجموعه موتور و يا سفينه فضايي حامل آن از نظر بار الكتريكي خنثي نباشد باعث ايجاد ميدان الكتريكي مضاعف در پشت شبكه مثبت، جايي بين اين شبكه و محفظه اصلي موتور خواهد شد. ايجاد چنين ميداني حركت يونهاي مثبت به سمت خروجي موتور را مختل كرده و سيستم كار نخواهد كرد.

سرعت گازهاي خروجي از يك موتور نه‌چندان كارآمد يوني باز هم به مراتب از سرعت گازهاي خروجي يك موتور شيميايي بيشتر است. در موتورهاي اوليه يوني اين سرعت به حدود 30 كيلومتر بر ثانيه مي‌رسيد كه امروزه تا حدود 200 كيلومتر بر ثانيه افزايش يافته است. در مقابل سرعت گازهاي خروجي يك موتور شيميايي بين 3 تا 5 كيلومتر بر ثانيه است. هرچند سرعت گازهاي خروجي بسيار زياد است اما از آنجاكه جرم مصرفي به عنوان سوخت خيلي اندك مي‌باشد، نيروي پيشران چنين موتورهاي بسيار كم است. اما در مقابل اين گونه موتورها مي‌توانند مدت زمان زيادي تا حدود 2 سال مداوم كار كرده و اندك اندك سرعت سفينه را افزايش دهند. اغلب نيرويي كه توسط چنين موتورهايي توليد مي‌شود در حد وزن يك برگ كاغذ است. چنين نيروي پيشران اندكي مي‌تواند يك سفينه فضايي را با توجه به جرم آن با شتابي در حد يك ده هزارم تا يك ميليونيوم شتاب جاذبه زمين به حركت وادارد.

در سفرهاي اكتشافي فضا و يا ماهواره‌هاي زمين‌آهنگي كه براي مدت طولاني به دور زمين مي‌چرخند، استفاده از چنين موتورهايي توجيه دارد. مدت زمان طولاني چنين مأموريتهايي به طراحان اجازه مي‌دهد كه با استفاده از نيروي پيشران اندك اين موتورها، تغيرات دلخواه سرعت را به دست آورند. مصرف انرژي الكتريكي اين‌ موتورها بين 2 تا 25 كيلووات بوده كه تأمين چنين انرژي زيادي نيز خود مشكل تكنيكي ديگري است.

اكنون سفرهاي فضايي انگشت‌شماري از موتورهاي يوني به عنوان پيشران استفاده كرده‌اند كه از آن‌جمله مي‌توان به ديپ اسپيس-1 كه در 24 اكتبر 1998 توسط ناسا پرتاب شد،�اسمارت-1� كه در 27 سپتامبر 2003 به قصد گردش به دور ماه توسط اِسا به فضا فرستاده شد و كاوشگر فضايي هايابوسا كه توسط آژانس فضايي ژاپن در 9 مي 2003 به قصد كاوش خرده‌سيارك سيب‌زميني شكل ايتوكاوا راهي بيكران فضا گرديد، اشاره نمود.

براي نمونه مشخصات موتور يوني ديپ‌اسپيس-1 به قرار زير است:
قطر : 30 سانتي‌متر
وزن : 8 كيلوگرم
ضربه ويژه : 3100 ثانيه
پيشرانش : 20 تا 92 ميلي‌نيوتن
سرعت خروج يونها : 30 كيلومتر بر ثانيه
وزن گاز زنون به عنوان سوخت : 5/81 كيلوگرم
مدت زمان كاركرد : 20 ماه
تغيير سرعت نهايي 5/4 كيلومتر بر ثانيه

موتور يوني به كار رفته در ديپ اسپيس-1 هنگام آزمايش


در مورد كاوشگر هايابوسا كه مأموريت ويژه‌اي را انجام داد وضع به ‌گونه ديگري بود. لزوم رسيدن به خرده سيارك ايتوكاوا با سرعتي معقول، قرارگيري در مدار مشابه هدف، تعقيب ايتوكاوا با سرعتي برابر سرعت مداري آن و دور و نزديك شدن به سيارك با سرعتي بسيار آرام لزوم استفاده از چنين موتور قابل كنترلي را دو چندان كرده بود. هايابوسا براي طي بيش از دو بيليون كيلومتر راه تا رسيدن به ايتوكاوا در مدت 25800 ساعت كار مداوم موتورهاي يوني خود فقط 29 كيلوگرم زنون مصرف كرد� و� به‌ازاي آن به اختلاف سرعتي معادل 1400 متر بر ثانيه دست‌ يافت. نزديك شدن به ايتوكاوا در مراحل نمونه‌برداري با سرعت اندك 5 سانتي‌متر بر ثانيه كه به سيستم كنترل فرصت لازم براي تصحيحات ضروري را مي‌داد از ديگر كاربريهاي اين موتورهاي كم‌ مصرف بود.


براي کسب اطلاعات بيشتر در اين مورد، مراجعه فرماييد به:
������ ...�Ion Thruster
������ ...�Electric Propulsion
������ ...�FREQUENTLY ASKED QUESTIONS ABOUT ION PROPULSION

.�شهرام يزدان‌پناه، پژوهشگر علوم و فناوري فضايي� .�� �

منبع njavan.ir

[mostafa2426 23]

نگاهي به كاركرد فضاپيماي ضد ماده

اكثر سفينه هايي كه در داستان هاي علمي تخيلي شگفتي خوانندگان را بر مي انگيزند براي سوخت خود از ضد ماده استقاده مي كنند دليل آن هم ساده است:� ضد ماده� قدرتمند ترين سوختي است كه تا به حال شناخته شده است در حالي كه چندين تن سوخت شيميايي براي فرستادن كاوشگرها به مريخ نيازاست،تنها ده ها ميلي گرم از ضد ماده براي همين منظور كفايت مي كند.اين مقدار ازضد ماده حدود يك هزارم وزن يك آب نبات كوچك است.اما در واقع اين نيروخطرات خاص خود را دارد. برخي از واكنش هاي ضدماده فوران هايي از پرتوهاي پرانرژي گاما توليد مي كنند. آنها به درون ماده نفوذ مي كنند و مولكولهاي موجود درسلول ها را متلاشي مي سازند .







بنابر اين وجود آنها در محيط باعث خطراتي براي سلامتي مي شود.پرتو هاي پر انرژي گاما همچنين مي توانند با متلاشي كردن اتم هاي مواد موتورها باعث راديواكتيو شدن آنها(موتورها) شوند.
اكنون �مؤسسه ايده هاي پيشرفته� (NIAC) سازمان ناسا در حال بشتيباني مالي گروهي از پژوهشگران است كه در حال تحقيق و كار بر روي طرحي جديد جهت ساخت يك سفينه با سوخت �ضد ماده �هستند.اين سفينه با ايجاد پرتوهاي كم انرژي تر خطرات ذكر شده را قابل اجتناب مي سازد.
ضد ماده گاهي وقت ها �تصوير آينه اي� ماده عادي ناميده مي شود زيرا در حالي كه مانند ماده عادي به نظر مي رسد برخي از خواص آن معكوس هستند.براي مثال الكترونهاي عادي ذراتي كه جريان الكتريكي را در همه چيزاز تلفن هاي همراه گرفته تا تلويزيون هاي پلاسمايي انتقال مي دهند داراي بار منفي هستندوضد الكترون ها داراي بار مثبت هستند وبه همين دليل دانشمندان آنها را �پوزيترون� ها نامگذاري كردند.زماني كه ضد ماده با ماده برخورد مي كند ،هر دوي آنها با تبديل شدن به انرژي از بين مي روند.همين تبديل شدن كامل به انرژي است كه باعث قدرتمند شدن ضد ماده مي شود.در طرح هاي قبلي براي ساخت سفينه هايي كه از سوخت ضد ماده استفاده مي كردند،فقط ضد پروتون ها منظور مي شدند كه در زمان نابود شدن پرتوهاي پر انرژي گاما توليد مي كردند.طرح جديد از پوزيترون استفاده مي كند كه پرتو گاماي توليدي آن حدود400 بار كم انرژي تر است.

پژوهش هاي صورت گرفته در موسسه

NIAC

در واقع بررسي اين مسئله است كه آيا ايده مورد نظر عملي است يا خير؟اگر اين تحقيق اميد بخش باشد و سرمايه لازم نيز براي ايجاد موفقيت آميز فناوري تأمين شود آنگاه فضا پيماهايي كه از پوزيترون به عنوان سوخت استفاده مي كنند مزاياي زيادي در مقايسه با طرح هاي موجود براي ماموريت ها ي مريخ خواهند داشت.دكتر �جرالد اسميت �از بخش تحقيقات پوزيتروني در سان تافه نيومكزيكو مي گويد:�مهمترين مزيت اين فضا پيما ايمني بيشتر آن است.� ماموريت هاي فعلي به مريخ مستلزم وجود رآكتورهاي هسته اي است تا فضاپيما را به سوي اين سياره حركت دهند استفاده از اين رآكتورها راهكاري مطلوب است زيرا پيش رانش هسته اي زمان مسافرت به مريخ و همچنين زماني كه فضانوردان در معرض پرتوهاي كيهاني قرارمي گيرند را كاهش مي دهد كه در نتيجه ايمني آنها افزايش مي يابد .

فضاپيمايي كه از سوخت شيميايي استفاده مي كند وزن بسيار زيادي دارد و هزينه هاي پرتاب آن نيز بسيار زياد است .رآكتور هسته اي همچنين نيروي كافي براي يك ماموريت سه ساله فراهم مي كند اما رآكتورهاي هسته اي پيچيده هستند بنابراين ممكن است طي ماموريت برخي حوادث بالقوه ناخوشايند اتفاق بيافتد.اسميت كه محقق ارشد اين پروژه است ،مي گويد:�رآكتور پوزيتروني تمامي اين مزيت ها را دارد با اين تفاوت كه نسبتا ساده است.�رآكتورهاي هسته اي همچنين حتي بعد از اينكه سوخت خود را كاملا مصرف مي كنند راديواكتيو باقي مي مانند.در ماموريت هاي فعلي بعد از اينكه فضاپيما به مريخ مي رسد رآكتور به مداري هدايت مي شود كه حد اقل يك ميليون سال با زمين مواجه نخواهد شد.طي يك ميليون سال تشعشعات پس مانده تا حد بي خطر كاهش مي يابد.گروه تحقيقاتي مي گويد كه در رآكتورهاي پوزيتروني زماني كه سوخت به اتمام مي رسد هيچ گونه تشعشعي باقي نمي ماند در نتيجه اگر رآكتور پوزيتروني مصرف شده به طور تصادفي مجددا به جو زمين وارد شود هيچ گونه نگراني براي سلامتي ساكنان زمين ايجاد نمي كند.

پرتاب فضاپيماي ضد ماده ايمن ترهم خواهد بود.اگر يك راكت كه يك رآكتور هسته اي را حمل مي كند منفجر شود، مواد راديواكتيو را به درون جو زمين آزا د مي كند.اسميت مي گويد:�فضاپيماي پوزيتروني ما در صورت انفجار،يك لحظه كوتاه پرتوهاي گاما رها مي كند كه اين پرتوها طي يك زمان بسيار كوتاه ناپديد مي شوند.در نتيجه ذرات راديواكتيوي وجود نخواهند داشت تا توسط باد جابه جا شوند. اين گسيل كوتاه مدت از پرتوهاي گامانيز به يك ناحيه نسبتا كوچك محدود خواهد شد.ناحيه خطر فقط يك كيلومتر در گرداگرد فضاپيما است.�يكي ديگر از مزاياي برجسته اين فضاپيما سرعت آن خواهد بود.فضاپيماهاي فعلي مسافران خود را طي 180 روز به مريخ مي رسانند .�كربي ماير�كه مهندس بخش پوزيتروني است و در اين تحقيق شركت دارد،مي گويد:طرح هاي ما ممكن است اين زمان را به نصف و حتي شايد به 45 روز كاهش دهند.�

هزينه ي توليد پوزيترون بزرگترين چالش فني است كه تبديل اين فضاپيما به واقعيت را مشكل مي سازد.ضد ماده به دليل تاثير چشم گيري كه بر روي ماده عادي مي گذارد به مقدار زياد يافت نمي شود.در فضا ضد ماده در اثر برخوردهاي ذرات پرانرژي موسوم به پرتوهاي كيهاني توليد مي شود.بر روي زمين مي بايد آن را در شتاب دهنده هاي ذرات توليد كرد.به گفته اسميت:�با كمك فناوري اي كه هم اكنون در حال ايجاد است براي توليد ده ميلي گرم پوزيترون كه براي فرستاده انسان به مريخ لازم است حدود 250ميليون دلار هزينه لازم است .اين هزينه ممكن است زياد به نظر برسد اما مي بايد هزينه اضافي پرتاب يك راكت سنگين تر با سوخت شيميايي و يا هزينه سوخت وايمن سازي رآكتورهاي هسته اي را در نظر گرفت.هزينه هاي فعلي پرتاب حدود 10هزار دلار براي هر پوند وزن است.براساس تجارب در زمينه فناوري هسته اي انتظار مي رود كه هزينه توليد پوزيترون با تحقيقات بيشتر كاهش يابد.�
چالش ديگر ذخيره سازي مقدار كافي پوزيترون است.به دليل اينكه پوزيترون ها ماده عادي را نابود مي كنند نمي توان آنها را در يك بطري قرار داد.در عوض مي بايد آنها را در ميان ميدان مغناطيسي و الكتريكي جاي داد.اسميت مي گويد :�ما اطمينان داريم كه با تحقيقات بيشتر برنامه توسعه اي اين چالش ها برطرف خواهند شد.� اگر اين ايده ها به حقيقت بپيونند شايد منبع سوخت فضاپيمايي كه اولين انسان ها را به سياره سرخ مي رسانند همان منبعي باشد كه سفينه هاي ستاره اي را در عرصه كيهان هاي رويايي علمي ـ تخيلي ما به حركت درمي آورند.
http://www.universetoday.com,Apr.2006
نشريه دانشجويى انجمن علمى فيزيك دانشگاه قم
انجمن فيزيكدانان جوان ايران

[mostafa2426 23]

بالابر ها یا آسانسورهای فضایی
.مقدمه

با پرتاب شاتل فضايي كلمبيا در تاريخ 12 آوريل 1981 از مركز فضايي كندي ، نخستين ماموريت شاتلهاي فضايي اغاز شد و روياي بشر براي به كار بردن فضا پيماهايي _ كه دوباره قابل استفاده باشند._ به واقعيت پيوست.

از آن زمان ناسا بيش از 100 بار شاتل هاي فضايي را به فضا فرستاده است، ولي هزينه ي ماموريتهاي فضايي فقط اندكي تغيير كرده و اين در حالي است كه چه شاتل فضاي باشد و چه از ياسر فضا پيماها اتفاده شود ، هزينه ي پرتاب هر كيلوگرم به فضا در حدود 22 هزار دلار است . با اينكه شاتلهاي فضايي قابل استفاده ي دوباره هستند ، ولي هنوز ماموريت ها با هزينه هاي زيادي انجام ميپذيرد . تعداد شاتلها به نسبت كم است و هر پرتاب شاتل فضايي در حدود نيم ميليارد دلار هزينه در بر دارد . سامانه ي نويني در حمل و نقل فضايي در حال توسعه است كه مسافرت به مدار همسانگرد زمين را به عنوان يك رويداد روزانه ممكن ميسازد و از نظر اقتصادي بسيار با صرفه است.

يك پرسش يك پاسخ؟

همسانگرد زمين (geo)چيست؟

مدار geo،مدار گرداگرد زمين است كه داراي دوره ي تناوب 24 ساعته مياشد. اين مدار در ارتفاع 35786 كيلومتري زمين قرار دارد.

بالا برهاي فضايي

مدار(geo) ، داري گرداگرد زمين است كه داراي دوره ي تناوب 24 ساعته ميباشد . اين مدار در ارتفاع 35786 كيلومتري زمين قرار دارد.

بالابر هاي فضايي سامانه ي نويني هستند كه از نوارهاي كامپوزيتي نانو لوله هاي كربني استفاده ميكنند. اين نوارها از يك طرف به سكوي سياره اي در داخل اقيانوس و از طرف ديگر به يك وزنه ي برابر در 100000 كيلومتري سطح زمين در فضا بسته خواهند شد. بالا روهاي مكانيكي به نوار متصل شده و انسانها و ساير محموله ها را به فضا خواهند برد . بالابرهاي فضايي بسيار با صرفه هستند و هر كيلوگرم بار را با هزينه ي 220 الي 880 دلار خواهند برد

2- بالابر فضايي چيست و چگونه كار ميكند؟

بالابر فضايي يك ساختار پنداريست كه براي انتقال مواد از سطح يك سياره به فضاي خارج آن طراحي شده است . انگاره ي بالابر فضايي در سال 1985 و توسط دانشمند روسي ،كنستانتين تيسكولوفسكي ،پديدار شد. او با ديدن برج ايفل در فرانسه به اين فكر افتاد كه يك برج بسيار بلند ساخته شود تا از آن طريق بتوان به فضا رفت. ساختارهاي بسيار گوناگوني از بالابر هاي فضايي پيشنهاد شده اند كه همه ي آنها به منظور جايگزيني سامانه هاي پيشرانش راكتي طراحي شده اند. اين ساختارها ، پيمايشي را انجام ميدهند كه بي شباهت به پيمايش بالابر هاي معمولي نيستند . از اين رو بالابر هاي فضايي نام گرفتند . البته آنها به پلهاي فضايي و نردبان هاي فضايي نيز مشهورند . پايه ي بيشتر طراحي ها بر اين اساس است كه يك نابل با يك نوار از سطح سياره ي زمين به نقطه اي بالاتر از مدار همسانگرد زمين متصل شود . همزمان با چرخش سياره مقابله ي لختي در انتهاي نوار و نيروي گرانش زمين ، نوار را محكم كشيده و نگه ميدارد. رسانگرها ميتوانند از نوار بالا رفته و از نيروي گرانش زمين گريز كنند بدون آنكه از پيشرانها راكتي استفاده كنند . چنين ساختار ي ميتواند بسياري از انسانها و بارها را به مدار برساند.



يك پرسش يك پاسخ؟

بلندي يك بالابر فضايي چقدر است؟

بلندترين برج روي زمين، برج cn ،در تورنتوي كانادا است، كه 34/553 متر بلندي دارد. بالابر فضايي 180720بار بلندتر از برج cn خواهد بود . يعني حدود 100000 كيلومتر ، و اين تقريبا يك چهارم فاصله ي زمين تا ماه است .

3-ساختار يك بالابر فضايی

طرح های گوناگونی برای بالابر های فضايی پيشنهاد شده اند در اين طرح ها ، قسمت هاي مختلفي مورد استفاده قرار گرفته اند .اين قسمت ها عبارت اند ا ز: ايستگاه پايه ، نوار ، بالاروها ، وزنه ی برابر ، سامانه پرتو افكنی انرژی و ...

3-1- ايستگاه پايه (ايست گاه زمينی)

ايستگاه پايه قسمتی از بالابر فضايی است كه نوار از يك طرف به آن بسته می شود .طرح های ايستگاه پايه به دو رده تقسيم می شوند . برخی از این ايستگاه ها ساكن هستند و برخی‌سيار. بيشتر ايستگاه های سيار از

گونه ی شناورهای اقيانوسی هستند . البته ايستگاه های سيار هوابرد نيز پيشنهاد شده اند . ولی سكوهای

ساكن در موقعيت هايی با ارتفاع بالا قرار مي گيرند (به عنوان مثال بالای يك بلند) . سكوهای سيار با آن كه هزينه های بيشتر و ساختار پيچيده تری نسبت به سكو های ساكن دارند ، از امتيازاتی از قبيل توانايی حركت در مواقع خطر برخوردار هستند .

3-2-نوار همان كابلی است كه از يك طرف به ايستگاه پايه و از طرف ديگر به وزنه ی برابر بسته مي شود

نوار بايد از ماده اي باشد كه از مقاومت كششی بالايي نسبت به چگالي برخوردار باشد .نانولوله هاي كربني بهترين موادي هستند كه براي ساختن اين نوارها پيشنهاد شده اند .



يك پرسش يك پاسخ؟

چگونه وزنه ي برابر و ايستگاه پايه نوار را محكم و كشيده نگه مي دارند؟

براي درك بهتر ساختار بالابر فضايي به توپي فكر كنيد كه با يك طناب به ميله اي متصل شده است ، حال تصور كه توپ تحت نيروي هميشگي دور ميله ميچرخد. اين گردش باعث ميشود كه طناب هميشه كشيده و سفت باقي بماند. در بالابرهاي فضايي توپ همان وزنه ي برابر است زمين همانند ميله و طناب همان نواري است كه وزنه ي برابر را به ايستگاه پايه ميبندد. انگاره ي اصلي اين بود : وزنه ي برابر با چرخش دور زمين ،نوار را كشيده و در حالت عمودي نگه ميدارد تا بالا روهاي مكانيكي و رباتيكي سراسر نوار بالا و پايين روند.

بلندي نوارهاي بالابر هاي فضايي در حدود 100000 كيلومتر خواهد بود . نوارهاي كاپوزيتي نانو لوله هاي كربني در طرح بالا برهاي فضايي فقط چند سانتيمتر پهنا دارند و ضخامت آنها به نازكي يك برگه كاغذ معمولي است.

يك پرسش يك پاسخ؟

نانو لوله هاي كربني چيست؟

نانو لوله هاي كربني در سال1991 ساخته شدند و با ساخته شدن آنها دانشمندان اميدوار شدند كه روزي بتوانند بالابر هاي فضايي بسازند. نانو لوله هاي كربني 100 برابر از فولاد قوي تر هستند و از نظر انعطاف پذيري همانند پلاستيك رفتار ميكنند . نيروي زياد نانولوله ها از ساختار منحصر به فرد آنهاست كه در آن با استفاده از ريز فناوري ذرات همانند توپهاي فوتبال كنار هم چيده شده اند.

دانشمندان تا به حال موفق به ساختن اليافي از نانو لوله هاي كربني شده اند و ممكن است اين الياف براي ساختن نوارهاي بالابرهاي فضايي استفاده شوند . اين در حالي است كه ساير مواد ف در مقايسه با نانو لوله هاي كربني بسيار ضعيف و شكننده هستند. نوارهايي كه براي بالابرهاي فضايي پيش بيني شده اند ميتوانند به دو روش ساخته شوند:

1- روش نانو لوله هاي كربني بلند: در اين روش نانولوله ها يي با بلندي چندين متر به هم بافته ميشوند تا ساختاري شبيه يك طناب ايجاد كنند. البته تا سال 2005 بلند ترين نانو لوله ها فقط چند سانتي متر بلنددي داشتند.

2- روش نانولوله هاي كربني كوتاه : در اين روش نانولوله هاي كوته در قالبهاي پليمري قرار ميگيرند و ساختارهاي بلندي از نانولوله هاي كربني را به وجود مي آورند.

بالابر هاي فضايي از چه سالي شروع به كار خواهند كرد؟

نوار ، تنها بخش پنداري يك بالابر فضايي است ، اما ساير قسمتهاي آن با استفاده از فن آوري شناخته شده به سادگي قابل ساخت است . پيش بيني هاي انجام شده حكايت از ان دارند كه نوارهايي از نانولوله ها ي كربني تا سالهاي بعد ساخته خواهد شد و احتمالا تا سال 2018 بالابرهاي فضايي مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

3_3 بالا رو

بالا رو هاي روباتيكي قسمتهاي ديگري از يك بالابر فضايي هستند كه ساختار چندان پيچيده اي ندارند. بالابرها فضايي نميتوانند همانند بالابرهاي عادي قابل حس و درك باشند .اين موضوع به علت نياز به نوار است كه بايد قسمت مركزي اس پهن تر از دو انتهاي آن باشد . در بيشتر طرحها بالا روهايي پيشنهاد شده اند كه به صورت خودكار روي نوار بالا و پايين ميروند. مهمترين اصل در بالا روها ، ايجاد انرژي براي راندن در سراسر نوار است. اين بالا رو ها به انرژي اي نياز دارند كه يك حركت كامل را پيشتيباني كند.اين انرژي ميتواند انرژي هسته اي باشد. برخي از راه حلهاي ديگر نيز پيشنهاد شده اند كه در بيشتر آنها استفاده از پرتو افكني انرژي ، توصيه شده است.



يك پرسش يك پاسخ؟

پرتو افكني انرژي چيست؟

حركت دادن انرژي از يك مكان به مكان ديگر در سر تا سر فضاي خالي يا هوا ، پرتو افكني ناميده ميشود. با پرتو افكني انرژي ، توان لازم براي به كار انداختن يك دستگاه( همانند يك رسانگر) تامين ميشود. در پرتو افكني انرژي ف افزون بر اينكه نياز به سوخت گيري دوباره نيست، نيازي هم به حمل دستگاه توليد انرژي توسط رسانگر نميباشد و هيچگونه اتصالي از قبيل سيم و .... نياز ندارد.

در روش پرتو افكني انرژي ، گرماي زياد ي از بين ميرود و بازده نيز كم است. البته با پيشرفت علم اميد است اين مشكل نيز حل شود. بالا رو هاي فضايي بايد در زمان بندي هاي بهينه اي حركت كنند تا فشار روي نوار و نوسان را به كمترين مقدار و بازده را به بيشترين مقدر برسانند. در برخي از طرحها استفاده از بالا روهاي يگانه پيشنهاد شده است. استفاده از يك بالا رو ميتواند بازده بيشتر ي داشته باشد. اما عيبهايي نيز دارد . مثلا اگر بالارو در ميان راه خراب شد ف ديگر نميتواند به پايين بر گردد يا بالاتر رود و همانجا باقي ميماند . بالارو ها از نظر اندازه و جرم انواع گوناگوني دارند. بالا رو هاي كوچكتر، بازده بيشتري دارند ، اما از نظر فني داراي محدوديتهاي ويژه اي هستند.

3-4- وزنه ي برابر

وزنه ي برابر( وزنه ي تعادل)، قسمتي از سامانه ي بالابر فضايي است كه انتهاي نوار در فضا به آن بسته ميشود. در بيشتر طرحها دو روش براي سر و كار داشتن با نياز به وزنه ي برابر پيشنهاد شده است. در طرحها قديمي تر قرار بود يك شهابسنگ يا سيارك بالاي مدار همسانگرد زمين دستگير شود و نوار به آن بسته شود. ولي انگاره هاي نو حمايتهاي بيشتري كسب كردند .در آنها قرار شد وزنه ي برابر ساخته ي دست بشر باشد . انگاره ها ينو به علت سادگي و نزديكي به واقعيت مورد استقبال بيشتري قرار گرفته اند.

البته قرار است در ساختار وزنه ي برابر نيز از ريز فن آوري استفاده شود .

3-5- سامانه ي پرتو افكني انرژي

بالا رو هاي فضايي به وسيله ي يك سامانه ي ليزري الكترون �آزاد كه بالا يا نزديك ايستگاه پايه قرار خواهد گرفت ، روشن خواهند شد. اين سامانه در حدود 2.4 مگاوات انرژي ، پرتو افكني خواهد كرد. اين انرژي به انرژي الكتريسيته تبديل شده و موتور هاي الكتريكي بالارو ها را به كار خواهد انداخت. به اين ترتيب هر روز بالارو ها به فضا خواهند رفت .

4- برخورد با ناگواري ها

در 100000 كيلومتري سطح زمين ، بالابرها بسيار آسيب پذير خواهند بود. خطراتي همچون سنگريزه ها ي فضايي ، طوفانها، جنگها و ...نيز بالابر هاي فضايي را تهديد خواهند كرد. با پيشروي طراحي قسمتهاي مختلف بالابر هاي فضايي توسعه دهندگان همواره در مورد اين خطرات نگرانند . در برخي از طرحها بالارو هاي چندگانه پيشنهاد شده اند كه در صورت خرابي يكي از بالاروها ساير بالاروها به ماموريت ادامه دهند. بالابرهاي فضايي بايد توانايي پرهيز از اشياي مداري را داشته باشند. اشياي مداري همان سنگريزه ها و ماهواره ها هستند. در حال حاضر توانايي ردگيري اشيا بزرگتر از 10 سانتيمتر وجود دارد . ولي براي محافظت از بالابر هاي فضايي به گونه اي از سامانه هاي رد گيري نياز است كه بتوانند اشياي بزرگتر از 1 سانتيمتر را آشكار كنند.. البته خطرات زيادي نيز ايستگاه هاي پايه را تهديد ميكند . براي محافظت از ايستگاه هاي پايه يگانها ي نظامي ويژه اي در نظر گرفته شده است . ايستگاه هاي سيار از توانايي گريز در مواقع خطر نيز برخوردارند.

[mostafa2426 23]

پیشرانش خورشیدی
[img]www.andybrain.com/extras/images/solar-sail-2.jpg[/img]
چون مطلب کاملی در این مورد پیدا نکردم فعلا خودم یه سری اطلاعات مینویسم .
فضاپیماهای خورشیدی با استفاده از انرژی ذرات فوتون حرکت میکنند این فضاپیماها که بادبان مانندی دارند میتوانند انرژی ذرات فوتون را به انرژی جنبشی تبدیل کنند و با توجه به نبود نیروی مقاوم در فضای بین ستاره ای به راحتی و بدون اتلاف انرژی حرکت کنند
طرز کار این فضاپیماها در عین سادگی بسیار پیچیده است چون نمیتوان از هر جنسی برای بادبان استفاده کرد این بادبان باید توانایی بازتاباندن فوتونها را داشته باشد تا از انرژی آنها حداکثر استفاده را بکند
اولین نوع این بادبانها مربوط میشود به فضاپیمای کاسموس که بادبانی 6 ضلعی داش که به صورت دایروی جمع شده بود و وقتی از حامل خود جدا میشد برای گرفتن نیروی لازم برای حرکت بادبانش را باز میکرد.
این نوع بادبانها باید سبک و قابل جمع شدن باشندزیرا برای گرفتن این نیرو هرچه سطح بیشتر باشد کار بیشتری گرفته میشود.

[mostafa2426 23]

در ادامه بحث میرم سراغ پیشرانش هسته ای:
منبع سوخت فضاپیما ها همواره یکی از محدودیتهای اساسی دانشمندان برای کاوش در منظومه شمسی، فراتر از سیاره مریخ بوده است. اخیرا سازمان فضا و هوانوردی ملی آمریکا (ناسا)، خواستار استفاده از رآکتورهای هسته ای کوچک در یکی از برنامه های فضایی دهه آینده شده است.

استفاده از صفحات خورشیدی برای ماموریتهای در دست انجام به سیارات دورتر منظومه شمسی عملا غیر ممکن است زیرا انرژی نور خورشید در این فواصل، بسیار اندک است. در سی سال گذشته، تنها منبع انرژی جایگزین برای فضاپیماها، «مولدهای گرما برقی رادیو ایزوتوپی» (RTG ها) بوده اند. توان تولید شده بوسیله ی RTG های فضاپیمای آپولو، حدود 70 وات و در ماموریت فضاپیمای گالیله به سیاره مشتری، حدود 210 وات بوده است. اما راکتورهایی که ناسا قصد دارد در ماموریتهای آینده خود استفاده کند، توانی معادل چند کیلو وات تولید خواهند کرد!

البته روسیه قبلا در چندین فصاپیمای خود از رآکتورهای شکافت هسته ای استفاده کرده است ولی ایالات متحده تنها در ماموریت «SNAP-10A» در سال 1965 از رآکتور شکافت هسته ای استفاده کرد. به گفته «پوستون»، برای طراحی رآکتور هسته ای ماموریت «جیمو»، باید در عرض دو سال، آزمایشهای غیر هسته ای واقعی و سریع بر روی یک رآکتور مدل انجام شود. فضاپیمای «جیمو» با سه تا از قمرهای سیاره مشتری، به نامهای «کالیستو»، «گانیمد» و «اروپا» که جزو بزرگترین اقمار این سیاره هستند، دیدار خواهد کرد و به ترتیب بدور این سه قمر می گردد. هدف اصلی ماموریت «جیمو» بررسی وجود اقیانوسهای وسیع در زیر پوسته یخی این سه قمر بزرگ مشتری است؛ موضوعی که احتمال آن چندی پیش در داده های ارسالی توسط فضاپیمای گالیله مطرح شده بود.

برای حمل تجهیزات علمی فضاپیمای «جیمو»، چندین کیلو وات و برای موتور یونی آن حدود 100 کیلو وات انرژی الکتریکی مورد نیاز است. استفاده از نیروی پیشرانش یونی، قبلا در ماموریت «Deep Space 1» ناسا مورد آزمایش قرار گرفته است و هم اکنون نیز در فضاپیمای «SMART-1» آژانس فضایی اروپا (اسا) که در حال پیشروی به سوی ماه است استفاده می شود. البته در این دو ماموریت، از صفحات خورشیدی برای تولید الکتریسیته مورد نیاز استفاده شده است.
این خبری بود در رابطه با استفاده از این نوع سوخت. فکر میکنم دید خوبی به خواننده میده اما از مشکلات این نوع سوخت میشه به وزن زیاد راکتور ها اشاره کرد و البته گران بودن با توجه به عدم امکان استفاده مجدد از راکتور درباره نحوه عملکرد هم باید بگم از فرمول مشهور انیشتین برای تبدیل جرم به حجم استفاده میکنن درواقع یه نیروگاهو میفرستن وسط آسمون!!!

[arshya4171 42]

دستت درد نكنه

پيشنهاد:

از عكس در مقاله هاتون استفاده كنيد تا هم درك موضوع بهتر شود هم حوصله خوندن به وجود آيد

در ضمن منبع فراموش نشود

[worior 25,819]

دستت درد نکنه ولی این بحث خیلی زیاد و کدومش رو الان باید در موردش بحث کرد نمیدونم همشون کلی مطلب دارن ایکاش تک تک و در قسمت تجهیزات فضایی میزدی چون به نحوی تمام این تکنیک های پیشرانش به فضا مربوط میشن الان من موندم در مورد کدومش بحث کنیم و فرصت خوندن همشون هم ندارم چه برسه به تحلیل بهتر هر کدوم تاپیک مجزایی بشن .
باید بابک بیاد ببینیم چی میگه .

[hans 162]

بسیار مفیدو خوب بود. یکی از بهترین و مفیدترین مطالبی بود که مطالعه کرده بودم. دستت درد نکنه.

[mostafa2426 23]

سلام به تمام دوستان . امیدوارم از این مطالب استفاده کرده باشید .
ببخشید اگه مکان تاپیک درست نیست خیلی سعی کردم بهترین مکان برا تاپیک رو انتخاب کنم .
این نوشته ها هم هرکدوم از جاهای مختلف گرداوری شده و تقریبا آخر هر پست منبع رو گفتم .
چون میخواستم تاپیک جامعی بشه همه مطالب رو تو یه تاپیک گزاشتم . البته مطالب دیگه ای هم هست که سعی میکنم تمام مطالب رو جمع بندی و ویرایش کنم و به عنوان یه مفاله کامل تو فرم قرار بدم .

[armani 2,666]

سلام
با اینکه توضیحات بدون عکس بود و لازم بود که از قوه تخیل استفاده کرد ولی ساخت همچین بالابری تحقق یکی دیگه از رویاها میباشد.
در ضمن عزیز جان غیر از ساخت نوار بقیه موارد همچون ایستگاه زمینی ...... ساخته و یا طراحی شده اند ؟
کار در چه مرحله ای قرار دارد؟

[worior 25,819]

من تمام عکسهای مورد نیاز رو دارم بعدا اگر فرصت شد هم عکس میزارم و هم وارد جزییات میشیم اما اینطوری نمیشه باید مطلب کوچکتر و جداگونه بررسی بشن.

[AG_EB64 1]

مصطفی جان
ممنون
دستت درد نکنه
مطالب عالی و فوق العاده بود