پروژه‌های جدید ناسا: از سیستم نابودگر سیارک‌ها تا بالون‌های کاوشگر زهره

النا دونگیا به‌خاطر فعالیت‌هایش در زمینه‌ی مطالعه‌ی ساختار کهکشان راه‌شیری و کهکشان‌های همسایه شناخته‌شده است. اما این دانشمند علوم اخترفیزیک و ماده‌ی تاریک اکنون روی پروژه‌ای کاملاً متفاوت کار می‌کند، پروژه‌ای که می‌تواند بر آینده‌ی سفرهای فضایی تأثیر چشم‌گیری بگذارد. دونگیا مشغول طراحی نوعی میدان مغناطیسی قابل‌حمل است که می‌تواند تشعشعات مرگبار کیهانی را از فضانوردان دور نگه دارد. او درمورد ایده‌ی خود این‌گونه توضیح می‌دهد:

می‌خواستم کاری کنم که واقعا برای جامعه‌ی علمی کاربردی باشد، چیزی که تا حالا راه‌حلی برای آن پیدا نشده است. بنابراین من و همکارانم شروع کردیم به فکر کردن در مورد ایده‌ی حفاظت از فضاپیماها درمقابل تشعشعات فضایی.

ایده‌ی دونگیا درمورد توسعه‌ی نوعی قدرت ماورایی مغناطیسی تنها یکی از ۱۷ پیشنهادی است که در ماه فوریه سال ۲۰۲۲ میلادی از سوی برنامه‌ی مفاهیم پیشرفته‌ی نوآورانه‌ی ناسا موفق به دریافت بودجه شدند. برنامه‌ی مفاهیم پیشرفته‌ی نوآورانه‌ی ناسا که به اختصار نیاک NIAC نامیده می‌شود، با هدف سرمایه‌گذاری روی ایده‌های با ریسک و پاداش بالا ایجاد شده است؛ ایده‌هایی که ممکن است جسورانه و غیرعملی به‌نظر برسند؛ اما درصورت موفقیت منجر به پیشرفت‌های فناوری و علمی چشمگیری خواهند شد. هر یک از پروژه‌ها، مانند ایده‌ی سپر مغناطیسی دونگیا در مرحله‌ی اول ۱۷۵ هزار دلار بودجه برای یک بازه‌ی مطالعاتی ۹ ماهه دریافت می‌کنند، در حالی‌که تنها ۵ پروژه پس از ارزیابی پیشرفت وارد مرحله‌ی دوم شده و برای یک بازه‌ی تحقیقاتی دو ساله مبلغ ۶۰۰ هزار دلار به آن‌ها اختصاص داده می‌شود. شاید پس از چند دهه تعدادی از این ایده‌ها چنان توسعه یابند که تبدیل به نسل بعدی مأموریت‌های فضایی شوند. ران ترنر، مشاور علمی ارشد برای برنامه‌ی نیاک و تحلیل‌گر شرکت غیرانتفاعی آنالیتیک سرویسز می‌گوید:

کار آن‌ها این است که آینده را تغییر دهند. ما به‌دنبال ایده‌های خلاقانه‌ای می‌گردیم که ممکن است به‌نحوی آینده‌ی هوانوردی و مأموریت‌های فضایی را تغییر دهند.

ترنر می‌گوید دانشمندانی مانند دونگیا که در حال اکتشاف ایده‌های دورازدسترس هستند باید منافع و عملی بودن ایده‌های خود را نیز ثابت کنند. تأمین بودجه از سوی برنامه‌ی نیاک به دانشمندان کمک می‌کند تمام جنبه‌های پیشنهاد‌های خود را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند.

لازم نیست مخاطب همه‌ی پیشنهاد‌ها مستقیماً خود ناسا باشد؛ برای مثال یکی از پیشنهاداتی که تأییدیه‌ی تأمین مالی برنامه‌ی نیاک را دریافت کرد ایده‌ی ساخت سیستمی برای دفاع از زمین درمقابل سیارک‌های قاتلی است که سیاره‌ی ما در مسیر حرکت آن‌ها قرار گرفته‌اند. نمونه‌های دیگر از این پروژه‌ها فرستادن بالن فضایی به سیاره‌ی زهره و ساخت ایستگاه فضایی تاشدنی است.

چند سال پیش هنگامی که دونگیا در یک کافی‌شاپ با همکار خود پائولو دسیاتی، استاد فیزیک دانشگاه ویسکانسین، مشغول صحبت بود، ایده‌ی ساخت سپر حفاظتی مغناطیسی به ذهن او رسید. این دو می‌خواستند برای یکی از مشکلات اساسی مربوط به سلامتی فضانوردانی که در سفرهای فضای طولانی‌مدت حضور خواهند داشت، راه‌حلی پیدا کنند. در آینده‌ی نه‌چندان دور وقتی فضانوردان در مسیر خود به سمت مریخ حرکت می‌کنند فضاپیمای آن‌ها به‌طور مستمر توسط ذرات باردار خورشیدی و تشعشات کیهانی که از کهکشان‌های دور می‌رسند، بمباران خواهد شد. باتوجه به این‌که به‌طور میانگین سفر به ماه در حدود ۹ ماه زمان خواهد برد، فضانوردان در طی این مدت درمعرض میزان زیادی تشعشعات خطرناک کیهانی قرار خواهند گرفت که با تخریب ساختار سلولی می‌تواند خطر ابتلا به سرطان در آن‌ها را افزایش دهد. حتی اگر فضانوردان مدت زیادی روی سطح سیاره‌ی سرخ سپری نکنند و مستقیما به سمت زمین حرکت کنند، به‌دلیل قرار گرفتن درمعرض تابش‌های کیهانی در طول مدت سفر از سقف مجاز دریافت تشعشعاتی که ناسا برای فضانورادن در کل طول حرفه‌ی فضانوردی توصیه می‌کند، فراتر خواهند رفت. دونگیا در این‌مورد می‌گوید:

تا وقتی این مسئله را حل نکنیم، هیچکس به مریخ نخواهد رفت.

از این‌رو دونگیا و دسیاتی ایده‌ی ساخت CREW HaT، که خلاصه‌شده‌ی عبارت حفاظت گسترده از تشعشعات کیهانی با استفاده از آرایه‌ی هالباخ توروس است را مطرح کردند. CREW HaT وسیله‌ای متشکل از کویل‌های مغناطیسی با نوارهای ابررسانا است که می‌توان آن‌ را روی بدنه‌ی فضاپیماها نصب کرد. سپر مغناطیسی طراحی شده توسط دونگیا و همکار او از هشت پنل زاویه‌دار تشکیل شده است که با چینش دایروی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند، هر کدام از این پنل‌ها دارای مواد مغناطیسی بوده و می‌توانند حداقل نیمی از تشعشعات کیهانی با قدرت بیش از یک میلیون الکترون‌ولت را منعکس کنند. البته گفتنی است پرتوهایی با انرژی یک میلیون الکترون‌ولت انرژی چندان زیادی ندارند؛ اما خطر آن‌ها برای سلامتی فضانوردان در طول زمان بیشتر می‌شود. میدان مغناطیسی ایجادشده توسط این پنل‌ها می‌تواند مسیر پرتوهای کیهانی دارای ذرات با بار الکتریکی را تغییر داده و از برخورد آن‌ها با بدن ساکنان داخل فضاپیما جلوگیری کند. سپر حفاظتی مغناطیسی پیشنهادشده توسط دونگیا نوعی حفاظ فعال است که در کنار روش‌ دیگر محافظتی یعنی حفاظ غیرفعال که در واقع بهره‌گیری از مواد جاذب تشعشعات در ساخت بدنه‌ی فضاپیما است، استفاده خواهد شد.

معیار اصلی دونگیا و تیم او طراحی وسیله‌ای است که وزن زیادی نداشته باشد و انرژی زیادی مصرف نکند، در این‌صورت سپر مغناطیسی را می‌توان همراه با فضاپیما با موشک‌های اوریون ناسا یا استارشیپ شرکت اسپیس ایکس به فضا پرتاب کرد تا پس از خارج شدن از مگنتوسفر زمین شروع به‌کار کند. اما پیش از ساخت نمونه‌ی اولیه از این وسیله، دونگیا و همکارانش باید ضمن انجام محاسبات پیچیده‌ای در زمینه‌ی تأثیر پرتوهای پرقدرت کیهانی بر سپر محافظتی راهی برای مقابله با تشعشعات پرقدرت کیهانی پیدا کنند بدون اینکه مجبور به افزایش وزن سپر حفاظتی شوند. دسیاتی در این‌ مورد می‌گوید:

چالش اصلی همین موضوع است. طرح‌های قبلی با این‌که خیلی سنگین و غیرواقع‌بینانه بودند؛ اما راه را برای ظهور ایده‌های جدید باز کردند.

یکی دیگر از ایده‌هایی که نظر موافق برنامه‌ی نیاک را جلب کرده است، سیستمی برای دفاع لحظه‌ی آخر از زمین درمقابل سیارک‌هایی است که در مسیر برخورد با سیاره‌ی ما هستند. دانشمندان می‌گویند به باور آن‌ها بیش از ۹۰ درصد از سیارک‌های نزدیک زمین با شعاع یک کیلومتر و بزرگتر را شناسایی کرده‌اند، سیارک‌هایی که برخورد هر کدام از آن‌ها به زمین می‌تواند به حیات روی سیاره‌ی ما خاتمه دهد. بااین‌حال، این احتمال وجود دارد -اگرچه بسیار بعید- که یک سیارک بدون شناسایی شدن از تمام سیستم‌های ردیابی ما عبور کند و دانشمندان تنها زمانی از وجود آن باخبر شوند که کار زیادی برای مقابله با آن از دست‌مان ساخته نباشد، درست مانند سناریوی فیلم بالا را نگاه نکن.

وقتی یک جرم آسمانی بیش از حد به زمین نزدیک شود، نمی‌توان از روش‌هایی مانند سیستم تغییر جهت سیارک دوگانه، به اختصار DART، برای تغییر مسیر آن‌ها استفاده کرد. پروژه‌ی دارت که توسط ناسا توسعه یافته در اصل کاوشگر فضایی است که قرار است یک ضربه‌زن ۶۰۰ کیلوگرمی را برای آزمایش میزان تأثیر این روش در تغییر مسیر اجرام به یک سیارک دوگانه‌ به‌نام دیدموس بکوبد. فیلیپ لوبین، فیزیک‌اخترشناس از دانشگاه سانتاباربارا و مدیر این پروژه به شوخی می‌گوید:

روز بدی خواهد بود، نمی‌توانید سیارکی را که به این اندازه به زمین نزدیک شده است، حتی با بزرگ‌ترین جرم شناخته‌شده برای انسان از مسیرش منحرف کنید، مگر این‌که ماه را بین زمین و سیارک قرار دهید.

طرح لوبین با نام PI دفاع نهایی بشریت درمورد پرتاب یک راکت بزرگ مانند استارشیپ متعلق به اسپیس ایکس یا سیستم پرتاب فضایی ناسا صحبت می‌کند. این راکت‌ها دربردارنده‌ی شماری رهگیرهای نفوذکننده‌ی لوله‌ای شکل خواهند بود که در موج‌های پیاپی سیارک را مورد هدف قرار داده است تا در نهایت به‌طور کامل آن را خرد کنند. راکت‌های مورد استفاده در این پروژه ممکن است حاوی تعداد زیادی رهگیر با قدرت انفجاری کم یا تعداد کمی رهگیر با کلاهک‌های هسته‌ای قدرتمند باشند. لوبین تصریح می‌کند:

شما به انرژی هنگفتی برای نابود کردن چنین چیزی نیاز دارید.

بخشی از انرژی ازطریق مومنتوم یا حاصل ضرب جرم در سرعت ایجاد می‌شود؛ اما لازم نیست راکت پیش از رسیدن به هدف سرعت زیادی داشته باشد، چون تمام سرعت و جرم لازم از سوی سیارک تأمین خواهد شد. اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش رود سیارک تبدیل به ذرات سنگی کوچکی می‌شود، ذراتی که به‌جای ایجاد یک فاجعه‌ی جهانی یا منطقه‌ای در هنگام ورود به اتمسفر زمین خواهند سوخت. لوبین توضیح می‌دهد:

چیزی که می‌توانست میلیون‌ها نفر را بکشد، تبدیل به نمایشی پر از رنگ و صدا می‌شود.

درحالی‌که همکاران لوبین در حال مطالعه‌ی جزئیات پروژه هستند، خود او در حال کار روی طراحی رهگیرها با استفاده از ابررایانه‌ برای شبیه‌سازی برخورد آن‌ها با سیارکی است که با سرعت ۵۰ هزار مایل بر ساعت حرکت می‌کند.

یکی دیگر از جوایز تأمین مالی برنامه‌ی نیاک به پیشنهاد فرستادن بالن فضایی به همسایه‌ی دیگر زمین یعنی سیاره‌ی زهره تعلق گرفت. با این‌که سال گذشته ناسا از دو مأموریت مخصوص سیاره‌ی زهره به نام‌های داوینچی و وریناس رونمایی کرد؛ اما این سیاره در مقایسه با همسایه‌ی دیگر زمین به‌نوعی مغفول مانده است. سارا سیگر، اخترشناس مؤسسه فناوری ماساچوست می‌گوید:

برنامه‌های ناسا برای کاوش زهره جنبه‌های اختربیولوژیکی ندارند، هیچ جستجویی برای سکونت‌پذیری یا امکان وجود حیات در این سیاره صورت نخواهد پذیرفت.

اما سیگر با ایده‌ی جدید خود می‌خواهد این شرایط را تغییر دهد. سیاره‌ی زهره گرفتار اثر گلخانه‌ای شدید است. سطح این سیاره با دمای ۴۳۰ درجه‌ی سانتگرادی می‌تواند سرب را ذوب کند. برخلاف مریخ هیچ کاوشگری نمی‌تواند روی سطح زهره دوام بیاورد و امکان وجود حیات روی سطح این سیاره بسیار غیرمحتمل است. اما سیگر می‌گوید ممکن است در اتمسفر این سیاره که دمای پایین‌تری دارد شکل‌های کوچکتری از حیات وجود داشته باشد. دانشمندان در سال ۲۰۲۰ با انتشار تحقیقی اعلام کردند که موفق به شناسایی ماده‌ی فسفین در اتمسفر زهره شده‌اند، ماده‌ای که می‌تواند نشانه‌ای از وجود حیات در این سیاره باشد. انتشار این مقاله باعث بروز بحث‌های جدی در فضای علمی جهان شد و برخی دانشمندان نظریه‌های دیگری برای تولید ماده‌ی فسفین در اتمسفر زهره ارائه کردند، بااین‌حال همه‌ی این بحث‌ها باعث جلب توجهات به‌سوی این سیاره‌ی کم‌تر شناخته‌شده شد.

سیگر در طرح پیشنهادی خود به استفاده از یک از مدارگرد اشاره کرده است که می‌تواند یک کاوشگر کوچک بادشدنی، شبیه بالن هوایی بدون هیچ‌گونه گشودگی در پایین آن را در موقعیت مناسب به سمت جو زهره بفرستد. این اولین باری نیست که استفاده از کاوشگرهایی شبیه بالن برای کاوش اتمسفر زهره پیشنهاد شده است؛ با‌این‌حال تفاوت پیشنهاد سیگر از ایده‌های قبلی، کاری‌ است که این بالن پس از ورود به اتمسفر انجام خواهد داد.

بالن کاوشگر سیگر در ارتفاع ۵۰ کیلومتر از سطح زهره با استفاده از یک ابزار قوطی‌شکل آویزان‌شده از آن به جمع‌آوری بخشی از ابر و ذرات موجود در اتمسفر زهره اقدام خواهد کرد. مواد جمع‌آوری‌شده ممکن است مایع یا گاز باشند؛ اما سیگر امیدوار است میکروب‌های فرازمینی به کوچکی ۰/۲ میکرون نیز در این نمونه‌برداری‌ها یافت شود. با توجه به این‌که طراحی وسیله‌ای مجهز به میکروسکوپ برای مطالعه‌ی نمونه‌های جمع‌آوری شده توسط کاوشگر بالنی‌شکل در حین پرواز کاری دشوار و با ریسک بالا است، سیگر در ایده‌ی خود پیشنهاد بازگرداندن کاوشگر به زمین را ارائه کرده است، همان ایده‌ای که پیش از این در مورد نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از سنگ‌های مریخی و سیارک‌های بنو و ریوگو پیشنهاد شده بود. در طرح سیگر محفظه‌ی حاوی نمونه‌ها در داخل یک راکت کوچک قرار گرفته و به‌سمت مدارگرد پرواز می‌کند تا پس از ملحق شدن به آن از مدار زهره سفر خود به زمین را آغاز کنند. سیگر در این‌مورد می‌گوید:

مدت‌ زیادی است که صحبت از جستجوی حیات در زهره می‌شود؛ اما اکنون همه‌چیز دست‌به‌دست هم داده تا بالاخره این موضوع را با جدیت دنبال کنیم.

سیگر و همکارانش پس از دریافت کمک مالی از برنامه‌ی نیاک مشغول طراحی پروژه‌ی خود هستند، از جمله این‌که بالن، محفظه‌ی نمونه‌برداری و راکت دقیقاً چه اندازه‌ای باید داشته باشند.

PI دفاع نهایی بشریت

پیشنهادهای دیگری که باعث جلب توجه نیاک شده‌اند ایده‌های متهورانه‌تری دارند، از جمله وسیله‌ای برای اسکن بدن فضانوردان و ساخت لباس‌های فضایی مخصوص آن‌ها یا سیستم پیشرانش تقریباً بی‌صدایی که هواپیماها را قادر می‌کند مانند برخی جت‌های جنگنده به صورت عمود نشست و برخاست کنند. پس از این‌که مهلت مرحله‌ی اول به پایان می‌رسد، مسئولان دپارتمان نیاک با بررسی پیشرفت ایده‌ها به ادامه‌ی تأمین مالی برخی از این پیشنهادها رأی مثبت می‌دهند و برخی دیگر را کنار می‌گذارند، به ‌این‌ترتیب دانشمندانی که با طرح آن‌ها برای ورود به مرحله‌ی دوم مطالعات موافقت شده است، مدت بیشتری برای توسعه‌ی نمونه‌های اولیه تجهیزات یا همکاری با شرکت‌ها و سازمان‌های دیگر خواهند داشت. یکی از پروژه‌هایی که موفق به رسیدن به مرحله‌ی دوم مطالعاتی شده است ایده‌ی ساخت یک ایستگاه فضایی به طول یک کیلومتر است که آن را با تا کردن می‌توان در داخل تنها یک راکت به فضا فرستاد تا پس از رسیدن به نزدیکی ماه باز شود.

با این‌که برخی از ایده‌های حمایت‌شده توسط برنامه‌ی نیاک چنان پیچیده و دورازدسترس هستند که بررسی همه‌ی جزئیات آن‌ها ممکن است چند دهه طول بکشد، اما ترنر می‌گوید برخی پیشنهادها ممکن است به سرعت از روی تخته‌های طراحی فراتر رفته و به مأموریت‌های فضایی کاربردی تبدیل شوند. کریس واکر اخترشناس دانشگاه آریزونا با حمایت مالی نیاک، نوعی آنتن فضایی بادشدنی طراحی کرد و سپس برای توسعه‌ی بیشتر ایده‌ی خود شرکت استارتاپ هوافضای فری‌فال را تأسیس نمود. یک نمونه‌ی کوچکتر از پیشنهاد اولیه واکر به نام کت‌ست قرار است در تابستان امسال به فضا پرتاب شود. یکی دیگر از پروژه‌های توسعه‌یافته‌ی نیاک مارکو نام دارد، دو ماهواره‌ی کوچک یا کیوب‌ست با کاربرد ارتباطاتی که توسط آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ساخته و در سال ۲۰۱۸ به همراه یکی از مأموریت‌های ناسا به نام مارس‌این‌سایت به طرف مریخ پرتاب شد.

دونگیا و دسیاتی از این‌که مسئولان ناسا به حرف آن‌ها گوش کرده و پیشنهاد آن‌ها در مورد ساخت سپرهای مغناطیسی را جدی گرفته‌اند، ذوق‌زده هستند. دیاستی می‌گوید در انیمیشن‌ها یا فیلم‌های علمی‌تخیلی همیشه نوعی حفاظ مغناطیسی را می‌بینیم که سلاح‌های لیزری را بی‌اثر می‌کنند. او ادامه می‌دهد:

النا و من از این‌که ممکن است بخشی از روند ساخت سپرهای فضایی واقعی باشیم هیجان‌زده هستیم. مثل‌ این‌که واقعا ممکن است داستان‌های علمی‌تخیلی به واقعیت تبدیل شوند، این موضوع به‌نوعی دیوانه‌کننده است.