فضاپیمای استارشیپ زمان سفر به اورانوس را نصف می‌ کند

فضاپیمای استارشیپ با سوخت‌گیری مداری و سرعت بالا می‌تواند سفر به اورانوس را از ۱۳ سال به ۶.۵ سال کاهش دهد و مأموریت تاریخی UOP ناسا را متحول کند.

به گزارش تک‌ناک، سیاره‌ اورانوس، یکی از دو غول یخی منظومه شمسی، اکنون دوباره در کانون توجه پژوهشگران فضایی قرار گرفته است. این سیاره که در فاصله‌ای بسیار دور از زمین و خورشید واقع شده، یکی از اسرارآمیزترین و کمتر شناخته‌شده‌ترین سیارات منظومه شمسی است؛ جایی که تا امروز تنها یک‌بار توسط فضاپیمای Voyager 2 در سال ۱۹۸۶ مورد بازدید قرار گرفته است.

طبق گزارشی که پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در کنفرانس IEEE Aerospace ارائه کرده‌اند، فناوری جدید شرکت SpaceX یعنی فضاپیمای استارشیپ می‌تواند کل معادله را تغییر دهد و زمان سفر به این دنیای دور را به نصف کاهش دهد. این مطالعه بر اساس ایده‌ای از مأموریت پیشنهادی Uranus Orbiter and Probe (UOP) انجام شده است؛ همان مأموریتی که در گزارش ده‌ساله‌ ۲۰۲۲ آکادمی ملی علوم آمریکا به عنوان اولویت نخست اکتشافات سیاره‌ای معرفی شد.

در طول تاریخ اکتشافات فضایی، تنها یک فضاپیما از کنار اورانوس عبور کرده است. فضاپیمای Voyager 2 در مسیر خود به سوی اعماق منظومه شمسی، حدود ۴۰ سال پیش از کنار این سیاره عبور کرد و مشاهدات محدودی را به زمین فرستاد. از آن زمان، هیچ مأموریتی نه در مدار اورانوس قرار گرفته و نه به قمرهای متعدد و مرموز آن نزدیک شده است. همین موضوع باعث شده است که اورانوس و همتای یخی‌ آن، نپتون، تنها سیارات منظومه شمسی باشند که تاکنون به‌ صورت نزدیک و دقیق مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند.

اما چرا دانشمندان تا این اندازه به بازگشت به اورانوس علاقه‌مند هستند؟ پاسخ در ویژگی‌های عجیب و منحصربه‌فرد این سیاره نهفته است. محور چرخش اورانوس تقریباً به‌ صورت افقی قرار دارد، به‌ طوری‌ که گویی سیاره روی پهلو خوابیده است. میدان مغناطیسی آن نیز بسیار نامتقارن است و رفتار آن با هیچ‌یک از مدل‌های استاندارد تطابق ندارد. علاوه بر این، تعدادی از قمرهای اورانوس – از جمله تیتانیا و اوبرون – به احتمال زیاد در زیر پوسته‌ یخی خود اقیانوس‌هایی پنهان دارند.

مطالعه‌ این ساختارهای عجیب می‌تواند کلید درک بهتر فرایندهای شکل‌گیری سیارات یخی و حتی سیارات فراخورشیدی باشد. در واقع، سیاراتی با ویژگی‌های مشابه اورانوس از متداول‌ترین انواع سیاراتی هستند که در خارج از منظومه شمسی شناسایی شده‌اند. بنابراین، مطالعه نزدیک این سیاره می‌تواند به شناخت دقیق‌تر جهان‌های دیگر نیز کمک کند.

اصلی‌ترین مانع در مسیر چنین مأموریتی، فاصله‌ بسیار زیاد اورانوس است. این سیاره ۱۹ برابر دورتر از خورشید نسبت به زمین قرار دارد. فضاپیمای Voyager 2 با سرعت بالا و بدون نیاز به کاهش سرعت برای ورود به مدار، بیش از ۹ سال و نیم در مسیر رسیدن به این سیاره زمان صرف کرد. در محاسبات اولیه مأموریت UOP نیز با استفاده از موشک Falcon Heavy و مانورهای گرانشی از کنار سیارات دیگر، زمان سفر بیش از ۱۳ سال برآورد شده بود.

چنین بازه‌ زمانی طولانی، چالش‌های زیادی را به همراه دارد، که از جمله آنها می‌توان به نگهداری و پشتیبانی مأموریت در طول بیش از یک دهه و هزینه‌های انسانی، مالی و فنی اشاره کرد. هر سال تأخیر بیشتر، به معنای احتمال از دست رفتن نیروی انسانی کلیدی، تغییر فناوری‌ها و حتی خطر تعلیق یا لغو مأموریت است.

در این میان، فضاپیمای غول‌پیکر استارشیپ شرکت SpaceX می‌تواند همه‌چیز را تغییر دهد. این سامانه‌ پرتاب نسل جدید که برای سفرهای بین‌سیاره‌ای طراحی شده، به تازگی چندین آزمایش موفق را پشت سر گذاشته است و انتظار می‌رود تا پایان دهه‌ جاری آماده‌ عملیات‌های منظم شود.

فضاپیمای استارشیپ از چند جهت مأموریت به اورانوس را ممکن و به‌صرفه‌تر می‌کند. نخستین ویژگی، توانایی سوخت‌گیری در مدار است. برخلاف موشک‌های معمول که باید تمام سوخت خود را از زمین حمل کنند، استارشیپ می‌تواند در مدار زمین مجدد سوخت‌گیری کند. این قابلیت باعث می‌شود که فضاپیما بتواند با سرعت بیشتری به سمت سیارات دوردست حرکت کند و دیگر نیازی به استفاده از کمک گرانشی سیارات دیگر نداشته باشد.

ویژگی دوم، استفاده از خود استارشیپ به عنوان سپر حرارتی برای کاهش سرعت در جو اورانوس است. بر اساس پژوهش MIT، بدنه‌ مقاوم استارشیپ که برای ورود مجدد به جو زمین و مریخ ساخته شده است، با اصلاحاتی جزئی می‌تواند به عنوان سپر آیرودینامیکی برای کاهش سرعت فضاپیما هنگام ورود به جو اورانوس عمل کند. به این ترتیب، به‌جای جدا شدن از فضاپیما پس از پرتاب، استارشیپ می‌تواند فضاپیما را تا مقصد همراهی و در هنگام رسیدن، نقش «ترمز جوی» را ایفا کند.

بر اساس محاسبات منتشرشده در مقاله، ترکیب دو قابلیت یادشده — یعنی سوخت‌گیری مداری و آیرودینامیک استارشیپ — می‌تواند زمان رسیدن فضاپیما به اورانوس را به شش و نیم سال کاهش دهد. این زمان تقریباً نصف برآورد قبلی است. همچنین از آنجایی که مأموریت به کمک گرانشی سیارات دیگر نیاز ندارد، مسیر پرتاب ساده‌تر و هزینه‌های مهندسی و پشتیبانی آن کمتر خواهد بود.

حتی با در نظر گرفتن هزینه‌ بالای ارسال یک استارشیپ کامل همراه فضاپیما، کاهش مدت زمان سفر باعث صرفه‌جویی عظیمی در هزینه‌های عملیاتی می‌شود، چرا که نگهداری مأموریت به مدت نصف زمان معمول، منابع مالی و انسانی کمتری می‌طلبد.

با وجود تمام این پیشرفت‌های امیدوارکننده، مأموریت UOP هنوز از مرحله‌ طراحی مفهومی فراتر نرفته است و استارشیپ نیز هنوز برای ورود به جو سیارات یخی آماده نیست. در حال حاضر، حتی تأمین بودجه‌ اولیه‌ این پروژه نیز از سوی NASA قطعی نشده است.

در صورتی که پنجره‌ پرتاب دهه‌ ۲۰۳۰ از دست برود، فرصت بعدی تا میانه‌ دهه‌ ۲۰۴۰ فراهم نخواهد شد. این یعنی ممکن است ۷۰ سال بین دو بازدید از اورانوس فاصله بیفتد.

با وجود این، دانشمندان و علاقه‌مندان به اکتشافات فضایی امیدوار هستند که این بار فرصت از دست نرود. بازگشت به اورانوس نه‌تنها می‌تواند رازهای سیاره‌ای ناشناخته را فاش کند، بلکه به انسان کمک می‌کند تا درک عمیق‌تری از چگونگی شکل‌گیری جهان‌های دیگر — چه در منظومه‌ شمسی و چه فراتر از آن — به دست آورد.

اگر فضاپیمای استارشیپ بتواند وعده‌های خود را عملی کند، این مأموریت ممکن است به یکی از بزرگ‌ترین جهش‌های تاریخ اکتشافات فضایی تبدیل شود.