فيزيائي يخترع صاروخ اندماجي يمكنه نقل البشر إلى المريخ

ابتكرت الدكتورة فاطمة إبراهيمي ، التي تعمل في مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ، صاروخًا اندماجيًا جديدًا يمكن أن ينقل البشر إلى المريخ يومًا ما.

يستخدم الجهاز المجالات المغناطيسية لإلقاء جزيئات البلازما في مؤخرة الصاروخ ودفع المركبة إلى الفضاء.

يسمح استخدام المجالات المغناطيسية للعلماء بتخصيص مقدار الدفع لمهمة معينة ، ويغير رواد الفضاء مقدار الدفع أثناء الطيران إلى عوالم بعيدة.

كما أن ابتكارات إبراهيمي ستنقل أبطال غطاء الفضاء إلى الكوكب الأحمر أسرع بعشر مرات من معززات الصواريخ الحالية التي تستخدم الحقول الكهربائية لدفع الجسيمات.

قال إبراهيمي: “كنت أطهو هذا المفهوم منذ فترة”.

خطرت لي الفكرة في عام 2017 ، حيث جلست على جسر وأفكر في أوجه التشابه بين عادم السيارة وجزيئات العادم عالية السرعة. “

“أثناء تشغيله ، ينتج هذا التوكاماك فقاعات مغناطيسية تسمى البلازمويدات تسافر بسرعة حوالي 20 كيلومترًا في الثانية ، والتي بدت لي وكأنها دفعة.

الاندماج هو القوة التي تحرك الشمس والنجوم ، وتجمع بين عناصر الضوء في شكل بلازما.

READ  الولايات التي يمكن أن تكون فيها الأضواء الشمالية مرئية الليلة

يستخدم الجهاز المجالات المغناطيسية لإلقاء جزيئات البلازما في مؤخرة الصاروخ ودفع المركبة إلى الفضاء

البلازما هي الحالة الساخنة المشحونة للمادة المكونة من إلكترونات حرة ونواة ذرية تشكل 99٪ من الكون المرئي – وهي قادرة على توليد كميات هائلة من الطاقة.

يعمل العلماء على مدار الساعة لتكرار الاندماج في المختبر على أمل تسخير قوته لتوليد الكهرباء للصواريخ التي تنتقل إلى الفضاء السحيق.

يمكن لدوافع البلازما الحالية التي تستخدم المجالات الكهربائية لدفع الجسيمات أن تنتج دفعة أو سرعة محددة صغيرة فقط.

لكن عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجريت على أجهزة الكمبيوتر PPPL والمركز الوطني للحوسبة العلمية لأبحاث الطاقة ، وهو مكتب تابع لوزارة الطاقة بمنشأة مستخدم العلوم في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي ، كاليفورنيا ، أظهرت أن المفهوم الجديد لدافع البلازما يمكن أن يولد غازًا من البلازما. ‘عادم بسرعات مئات الكيلومترات في الثانية ، أسرع بعشر مرات من محركات الدفع الأخرى.

قال إبراهيمي إن هذه السرعة الأسرع في بداية رحلة مركبة فضائية يمكن أن تجعل الكواكب الخارجية في متناول رواد الفضاء.

وقالت: “تستغرق الرحلات الطويلة شهورا ، بل سنوات ، لأن الدافع المحدد لمحركات الصواريخ الكيميائية منخفض للغاية ، لذا فإن الآلة تستغرق بعض الوقت حتى تستوي”.

يسمح استخدام المجالات المغناطيسية للعلماء بتخصيص مقدار الدفع لمهمة معينة ، ويغير رواد الفضاء مقدار الدفع أثناء الطيران إلى عوالم بعيدة.

“ولكن إذا صنعنا دافعات بناءً على إعادة الاتصال المغناطيسي ، فيمكننا أداء مهام طويلة المدى في إطار زمني أقصر.

في حين أن استخدام الاندماج لدفع الصواريخ ليس مفهوماً جديداً ، يختلف معزز إبراهيمي عن الأجهزة السائدة بثلاث طرق.

الأول هو أن تغيير قوة المجالات المغناطيسية يمكن أن يزيد أو يقلل من كمية الدفع ، مما سيتيح مناورة أفضل عبر الهوة المظلمة التي هي الفضاء.

قال إبراهيمي: “باستخدام المزيد من المغناطيسات الكهربائية والمزيد من المجالات المغناطيسية ، يمكنك في الواقع تدوير مقبض لضبط السرعة”.

ثانيًا ، ينتج الدافع الجديد الحركة عن طريق إخراج كل من جزيئات البلازما والفقاعات المغناطيسية التي تسمى البلازمويدات.

تضيف البلازمويدات قوة إلى الدفع ولا يوجد مفهوم دافع آخر يدمجها.

ومع ذلك ، فإن الاختلاف الأخير بين مفهوم إبراهيمي ومفهوم الآخرين هو أنه يستخدم المجالات المغناطيسية لإبراز جزيئات البلازما في مؤخرة الصاروخ – وهي أجهزة مثبتة في الفضاء باستخدام المجالات الكهربائية.

يمكن أن يغير استخدام المجالات المغناطيسية قواعد اللعبة ، لأنه يسمح للعلماء بتخصيص مقدار الدفع لمهمة معينة.

قال إبراهيمي: “بينما تتطلب محركات الدفع الأخرى غازًا ثقيلًا ، يتكون من ذرات مثل الزينون ، في هذا المفهوم يمكنك استخدام أي نوع من الغاز تريده”. قد يفضل العلماء الغاز الخفيف في بعض الحالات لأن الذرات الأصغر يمكن أن تتحرك بشكل أسرع.