پیشرانه‌ی یونی ناسا رکوردشکنی کرد؛ قدمی دیگر برای سفر به مریخ

پیشرانه‌ی ایکس ۳ جدید ناسا که توسط دانشمندان دانشگاه میشیگان طی همکاری با آژانس و نیروی هوایی ایالات متحده توسعه‌ داده شده است، در آخرین آزمایش خود رکوردشکنی کرد. امید است که این فناوری بتواند انسان‌ها را به مریخ ببرد.

ایکس ۳ نوعی هال‌تراستر است و به‌گونه‌ای طراحی شده تا از جریان یون‌ها برای تأمین توان جلوبرندگی فضاپیما استفاده کند. طبق ادعای ناسا، پیشرانه‌های پلاسمایی سرعت بسیار بیشتری نسبت پیشرانه‌های شیمیایی راکت‌ها تولید می‌کنند.

یک راکت شیمیایی، بیشینه‌ی سرعتی معادل ۵ کیلومتر بر ثانیه دارد؛ درحالی‌که یک هال‌تراستر می‌تواند به بیشینه‌ی سرعت ۴۰ کیلومتر بر ثانیه دست یابد. این افزایش سرعت در سفرهای فضایی طولانی نظیر سفر به مریخ، بسیار مشهود و تأثیرگذار است.

موتورهای یونی، همچنین عملکرد بهتری نسبت به همتایان شیمیایی خود دارند؛ این موتورها به سوخت بسیار کمتری برای جابه‌جایی مسافران و امکانات در فواصل طولانی، نیازمندند. البته گونه‌های متفاوت دیگری برای سفر به اعماق فضا وجود دارند. نقص اصلی طراحی پیشرانه‌های شیمیایی، نیاز به حمل سوخت طی سفر به فضا است.این پیشرانه‌ها برای پیمودن مسیر طولانی‌تر به سوخت بیشتری نیاز دارند و این به معنای افزایش مقدار سوخت است. یک رم‌جت باسارد که گونه‌ای از راکت‌های ترکیبی است، از هیدروژن موجود در فضا برای تأمین سوخت خود استفاده می‌کند؛ در نتیجه تا زمانی که هیدروژنی در مسیر حرکت وجود دارد، می‌توان با سرعت نور به جلو پیش رفت.

نسبیت عام بیان می‌کند که هیچ جسمی در عالم نمی‌تواند به سرعتی فراتر از نور دست یابد. با این وجود، اگر ما بتوانیم اساس فضازمان پیش‌ رو و پشت‌ سر خود را منبسط کنیم، از نظر فنی می‌توانیم به سرعتی فراتر از نور برسیم؛ مجامع علمی معتقدند که ما تحت هیچ شرایطی به چنین فناوری‌ نزدیک نیستیم.

در آخرین آزمایش‌های انجام‌شده روی پیشرانه‌ی ایکس‌ ۳، این تراستر به قدرت عملکرد ۱۰۰ کیلووات رسید و موفق به تولید نیروی تراستی معادل ۵.۴ نیوتن شد؛ این مقدار نیروی تراست، بالاترین مقدار در بین تمام پیشرانه‌های پلاسمایی موجود است. پیشرانه‌ی ایکس۳ همچنین رکورد بیشترین توان خروجی و عملکردی را شکست.

این فناوری در ۲۰ سال آینده، انسان‌ها را به مریخ خواهد برد و البته محدودیت‌هایی نیز دارد. در مقایسه با راکت‌های شیمیایی، پیشرانه‌های یونی نیروی تراست بسیار کمی تولید می‌کنند. نیروی تراست کم به معنای زمان بیشتر برای رسیدن به شتابی معادل با راکت‌های شیمیایی است؛ درنتیجه پیشرانه‌های یونی برای پرتاب راکت‌ها از سطح زمین مناسب نیستند.

با این وجود، مهندسان در تلاش‌اند در طراحی ایکس ۳ این موضوع را به حداقل برسانند. کانال‌های چندگانه‌ی پلاسما نمونه‌ای از این تلاش هستند؛ اما چالش حال حاضر این پیشرانه‌ها، تولید موتوری است که علاوه بر ابعاد کوچک، به اندازه‌ی کافی قدرتمند باشد. درحالی‌که هال‌تراسترها را می‌توان به ‌راحتی در آزمایشگاه جابه‌جا کرد، برای انتقال ایکس ۳ از جرثقیل استفاده می‌شود.

در سال ۲۰۱۸، گروه تحقیقاتی آزمایش‌های خود را برای بررسی عملکرد موتور در حالت عملکرد بی‌وقفه‌ی ۱۰۰ ساعته ادامه خواهد داد. سیستم محافظی نیز برای جلوگیری از تخریب دیواره‌های پیشرانه به‌وسیله‌ی پلاسما در حال توسعه است؛ این سیستم محافظ باعث افزایش طول عمر پیشرانه می‌شود.