ابتكرت الدكتورة فاطمة إبراهيمي مفهوماً جديداً لصاروخ اندماجي يمكن أن يدفع البشر إلى المريخ وما وراءه
قام الفيزيائي الذي يعمل في مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتصميم الصاروخ الذي سيستخدم الحقول المغناطيسية لإسقاط جزيئات البلازما – وهو غاز مشحون كهربائيًا – في فراغ الفضاء.
وفقًا لقوانين الحركة الثانية والثالثة لنيوتن ، فإن الحفاظ على الزخم يعني دفع الصاروخ للأمام – وبسرعات أسرع بعشر مرات من الأجهزة المماثلة.
قد يسمح الاختراع للإنسان بالسفر إلى المريخ
بينما تستخدم محركات الدفع بالبلازما الحالية التي أثبتت كفاءتها في الفضاء المجالات الكهربائية لدفع الجسيمات ، فإن تصميم الصاروخ الجديد سيسرعها باستخدام إعادة الاتصال المغناطيسي.
توجد هذه العملية في جميع أنحاء الكون ، لكنها أكثر وضوحًا للبشرية على سطح الشمس. عندما تتقارب خطوط المجال المغناطيسي هناك ، قبل أن تنفصل ثم تعيد الاتصال ، فإنها تنتج كمية هائلة من الطاقة.
يتم إنتاج طاقة مماثلة داخل آلات على شكل حلقي تُعرف باسم توكاماك ، وهو جهاز احتواء مغناطيسي يُعد أيضًا مرشحًا رئيسيًا لمفاعل الاندماج النووي العملي.
قالت الدكتورة فاطمة إبراهيمي ، باحثة فيزيائية أولى في PPPL ، “لقد كنت أطهو هذا المفهوم منذ بعض الوقت” ، والذي ظهر مقالته بالتفصيل عن الاختراع في مجلة فيزياء البلازما.
قالت: “خطرت لي الفكرة في عام 2017 عندما كنت جالسًا على جسر وأفكر في أوجه التشابه بين عادم السيارة وجزيئات العادم عالية السرعة الناتجة عن تجربة الحلقة الوطنية. كروية (NSTX) من PPPL”.
إن NSTX هو مقدمة لمنشأة الاندماج الرئيسية الحالية للمختبر ، والتي تخضع حاليًا للتحقيق بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية.
وأضاف الدكتور إبراهيمي: “أثناء تشغيله ، ينتج هذا التوكاماك فقاعات مغناطيسية تسمى البلازمويدات تسافر بسرعة حوالي 20 كيلومترًا في الثانية ، والتي بدت لي وكأنها دفعة”.
الاندماج النووي هو القوة التي تحرك الشمس والنجوم. فهو يجمع بين العناصر الخفيفة في شكل البلازما – الحالة الساخنة المشحونة للمادة المكونة من الإلكترونات الحرة والنواة الذرية التي تشكل 99٪ من الكون المرئي – لتوليد كميات هائلة من الطاقة.
إذا كان من الممكن إعادة إنشاء مفاعل يعمل على نفس المبادئ على الأرض ، فسيوفر “طاقة لا تنضب تقريبًا لتوليد الكهرباء” وفقًا لـ PPPl.
تستخدم التكنولوجيا نفس العملية التي نراها في التوهجات الشمسية
يقدم مفهوم الدكتور إبراهيمي الجديد أداءً أفضل بكثير من دافعات البلازما الحالية في محاكاة الكمبيوتر – حيث يولد غازات عادم بسرعات تصل إلى مئات الكيلومترات في الثانية ، أي أسرع بعشر مرات من المحركات الأخرى.
قال الفيزيائي إن هذه السرعة الأسرع في بداية رحلة المركبة الفضائية يمكن أن تضع الكواكب الخارجية في متناول رواد الفضاء.
وقالت: “السفر لمسافات طويلة يستغرق شهورًا أو سنوات لأن الدافع المحدد لمحركات الصواريخ الكيميائية منخفض جدًا ، لذلك تستغرق المركبة بعض الوقت للارتقاء بمستواها”.
“ولكن إذا صنعنا محركات دفع استنادًا إلى إعادة الاتصال المغناطيسي ، فيمكننا عندئذٍ إنجاز مهام بعيدة المدى في فترة زمنية أقصر.”
وأشارت إلى أن مفهومها الدافع ينبع مباشرة من بحثها حول طاقة الاندماج. قال الدكتور إبراهيمي: “هذا العمل مستوحى من أعمال الاندماج السابقة وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اقتراح البلازمويدات وإعادة الاتصال للدفع الفضائي”. “الخطوة التالية هي بناء نموذج أولي!”
