بیش از یک قرن است که پیشرانش موشکی از یک اصل ساده پیروی میکند: سوخت را بسوزانید، آن را به عقب پرتاب کنید و قانون سوم نیوتن شما را به جلو میراند. از زمانی که کنستانتین تسیولکوفسکی در سال ۱۹۰۳ معادله موشک را ارائه داد، فضاپیماها همواره پیشرانه خود را به همراه داشتهاند؛ موضوعی که به دلیل نسبتهای جرمی، تواناییهای مأموریتها را محدود میکند. هرچه سوخت بیشتری حمل کنید، موشک شما سنگینتر میشود و برای بلند کردن این سوخت اضافی، به سوخت بیشتری نیاز خواهید داشت. این چرخه معیوب، سفرهای میانستارهای را بسیار دور از دسترس جلوه میدهد. اما اگر فضاپیماها اصلاً نیازی به حمل پیشرانه نداشته باشند، چه؟
این همان امکان وسوسهانگیزی است که در یک مقاله مروری جامع و جدید که در سرور پیشچاپ arXiv منتشر شده، به آن پرداخته شده است. این مقاله به بررسی روشهای پیشرانش بدون نیاز به پیشرانه برای اکتشافات فضایی میپردازد. این سیستمها به جای احتراق شیمیایی، از نیروهای طبیعی و منابع انرژی خارجی بهره میبرند و میتوانند مأموریتهایی را ممکن سازند که با موشکهای معمولی کاملاً غیرممکن هستند.
سادهترین تکنیک بدون پیشرانه، یعنی کمک گرانشی، دهههاست که در فضاپیماها استفاده میشود. مهندسان با زمانبندی دقیق یک گذر نزدیک از کنار یک سیاره، میتوانند بخش کوچکی از تکانه مداری آن سیاره را به فضاپیما منتقل کرده و بدون سوزاندن سوخت، سرعت آن را افزایش دهند. کاوشگرهای وویجر از این مانور برای بازدید از هر چهار سیاره بیرونی منظومه شمسی استفاده کردند. این تکنیک فوقالعاده عمل میکند، اما نیازمند قرارگیری سیارات در موقعیتهای کاملاً دقیق است که باعث میشود فرصتهای مأموریت نادر و مسیرها غیرقابل انعطاف باشند.
بادبانهای خورشیدی با بهرهگیری از فشار تابشی نور خورشید، نیروی محرکهای پیوستهتر و راحتتر را فراهم میکنند. این غشاهای عظیم با بازتاب فوتونها، نیروی رانش تولید کرده و به آرامی اما به طور مداوم و بدون نیاز به سوخت، شتاب میگیرند. کاوشگر ژاپنی «ایکاروس» (IKAROS) در سال ۲۰۱۰ این فناوری را به نمایش گذاشت و تنها با نور خورشید با موفقیت به زهره سفر کرد. با این حال، بادبانهای خورشیدی به مواد بسیار وسیع و نازکی نیاز دارند که باید سالها در شرایط سخت فضا دوام بیاورند و با افزایش فاصله از خورشید، عملکرد آنها به شدت کاهش مییابد.
بادبانهای مغناطیسی رویکرد متفاوتی دارند. آنها با استفاده از حلقههای ابررسانا، میدانهای مغناطیسی قدرتمندی ایجاد میکنند که باد خورشیدی (جریان دائمی ذرات باردار از سوی خورشید) را منحرف میکند. بادبانهای مغناطیسی با فشار آوردن به این پلاسما، بدون مصرف پیشرانه، نیروی رانش تولید میکنند. این بادبانها به طور بالقوه شتاب بیشتری نسبت به بادبانهای خورشیدی ارائه میدهند و مانند غشاهای بازتابنده، در طول زمان دچار فرسودگی نمیشوند. اما چالش اصلی اینجاست: ایجاد میدان مغناطیسی مورد نیاز به سیمپیچهای ابررسانای غولپیکر (احتمالاً با شعاع ۵۰ کیلومتر) نیاز دارد که باید در دماهای بسیار پایین نگهداری شوند. فناوری ساخت و استقرار چنین سازههایی هنوز وجود ندارد.
بادبانهای الکتریکی نوع جدیدتری هستند که به جای میدانهای مغناطیسی، از رشتهسیمهای باردار برای دفع پروتونهای باد خورشیدی استفاده میکنند. این سیستمها نویدبخش ساخت فضاپیماهایی سبکتر از بادبانهای مغناطیسی هستند، هرچند آنها نیز به استقرار سیمهای بسیار بلند و سبک و همچنین توان الکتریکی قابل توجهی برای حفظ بار مورد نیاز وابستهاند.
هر یک از روشهای بدون پیشرانه مزایای منحصر به فردی دارند و در عین حال با موانع مهندسی مشخصی روبرو هستند. کمکهای گرانشی در حال حاضر کارآمدند، اما به همترازی دقیق سیارهای نیاز دارند. بادبانهای خورشیدی نیروی رانش پایداری فراهم میکنند، اما به سازههای عظیم و ظریف نیازمندند. بادبانهای مغناطیسی و الکتریکی از فرسودگی مواد جلوگیری میکنند، اما به فناوریهایی نیاز دارند که هنوز در دست توسعه هستند. این مقاله مروری به وضوح نشان میدهد که هیچ رویکرد واحدی همه چالشها را حل نمیکند، اما این روشها در کنار یکدیگر میتوانند نحوه کاوش ما در منظومه شمسی و فراتر از آن را اساساً تغییر دهند. برای مأموریتهای واقعاً بلندپروازانه به فضای میانستارهای، کنار گذاشتن پیشرانه ممکن است تنها یک مزیت نباشد، بلکه کاملاً ضروری باشد.
اطلاعات بیشتر: Roman Ya. Kezerashvili, Propellantless space exploration, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2510.21743
اطلاعات ژورنال: arXiv
ارائه شده توسط Universe Today