پرواز ۱۰ دلاری به فضا؛ آیا ایلان ماسک باید نگران شود؟

 شرکت Longshot Space در نظر دارد تا با ساخت یک توپ فضایی به طول ۱۰ کیلومتر، به‌وسیله آن اجسامی به وزن چند تن را با سرعتی بالا به مدار پایین زمین پرتاب کند.

آنها در همین راستا یک مدل اثبات مفهوم فعال را ساخته‌اند. مایک گریس، بنیان‌گذار و مدیرعامل لانگ‌شات بر این باور است که باید راه رادیکالی برای کاهش هزینه پرتاب در ۱۰ سال آینده یافت.

ایده توپ فضایی از گذشته تا امروز

استفاده از توپ برای پرتاب اشیا به فضا ایده تازه‌ای نیست و دست‌کم به قرن نوزدهم میلادی و زمانی که ژول‌ورن در سال ۱۸۶۵ رمان “از زمین تا ماه” را نوشت برمی‌گردد. در این رمان، مهندسان توپخانه‌ای، یک توپ عظیم ۲۷۴ متری به نام کُلِمبیاد می‌سازند تا سه فضانورد را به فضا بفرستند. جالب اینجاست که ژول‌ورن در رمان‌هایش خیلی از جزئیات سفرهای فضایی مدرن، ازجمله محل پرتاب و فرود در اقیانوس را پیش‌بینی کرده بود.

در دهه ۱۹۶۰ میلادی، یک مهندس کانادایی به نام جرالد بول با پروژه HARP (پروژه تحقیقات ارتفاع بالا) این ایده را عملی کرد. تیم HARP با جوش دادن دو لوله توپ دریایی بزرگ، یک توپ هیولای ۳۶ متری ساخته و با استفاده از آن توانستند چیزی به نام مارلت ۲C را تا ارتفاع ۱۸۰ کیلومتری (بالاتر از خط کارمن، مرز فضا) پرتاب کنند. گرچه بول توانست جسمی را به فضای واقعی بفرستد، اما آن را به‌صورت عمودی شلیک کرد و نه افقی. این در حالی است که برای رسیدن به مدار از یک مسیر تقریباً مسطح (شبیه آن چیزی که شرکت لانگ‌شات در نظر دارد)، باید به سرعتی معادل ماخ ۲۳ رسید . اما سرعت بهترین شلیک‌های تیم بول حدود ماخ ۶ بود.

چالش فیزیک در ماخ  ۲۳

ماخ ۲۳ سرعت فوق‌العاده بالایی است. در این سرعت، اصطکاک هوا می‌تواند یک سطح را در عرض یک ثانیه تا حدود ۱۶۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم کند و در حقیقت در این شرایط، هوا دیگر هوا نیست، بلکه از جنس پلاسماست؛ همان ماده‌ای که برای بریدن صفحات ضخیم فولادی از آن استفاده می‌شود.

اینجا این سؤال مطرح می‌شود که چطور می‌توان چیزی حاوی الکترونیک ظریف را با چنین سرعتی پرتاب کرد و امیدوار بود که سالم از جو خارج شود؟ پاسخ مایک گریس به این سؤال این است: جرم.

لانگ‌شات قصد دارد با استفاده از “جرم”، از محموله ارسالی محافظت کند. یعنی اگر قرار باشد که یک جسم ۴۵۴ کیلوگرمی به فضا پرتاب شود، باید ۱۳۶۰ کیلوگرم مواد بسته‌بندی اضافی در اطراف آن قرار داده شود تا در حین عبور از جو، این مواد تبخیر شوند (چیزی مثل یک شهاب سنگ معکوس شعله‌ور). هرچه محموله بزرگ‌تر باشد، نسبت مساحت سطح به حجم آن بهتر می‌شود، یعنی مواد کمتری برای محافظت از محموله اصلی می‌سوزد و کارایی تفنگ بالاتر می‌رود.

طراحی تفنگ فضایی لانگ‌شات

وسیله پرتاب که گریس آن را “vehicle” می‌نامد، شبیه بزرگ‌ترین پوکه تفنگ ساچمه‌ای جهان است. در تفنگ ساچمه‌ای، پرتاب‌کننده، عایق و سپس محموله (ساچمه) وجود دارد. در تفنگ فضایی لانگ شات هم از ایده مشابهی استفاده می‌شود:

1. طراحی وسیله:  بخش جلویی وسیله لانگ‌شات که محموله را حمل می‌کند، اصلاً تیز نیست و بخش عقبی آن به یک دامن تخت و دوطرفه برای گرفتن فشار منتهی می‌شود و درمجموع طرح آن کاملاً شبیه یک گوه است.
2. خلاء اولیه:  قبل از حرکت وسیله، لانگ‌شات در طول مسیر لوله، خلاء ایجاد می‌کند تا اصطکاک اولیه را به حداقل برساند.
3. موتور ضربه‌ای : بخش جالب طراحی، در بخش دامن است که وظیفه این بخش گرفتن انفجارهای جانبی فشار بالاست؛ در طول لوله، جفت‌هایی از کپسول‌های گاز پرفشار (شبیه کپسول غواصی با فشار حدود ۳۰۰۰ پی‌اس‌آی) که با دیسک‌های زمان‌بندی‌شده مهر و موم شده‌اند، نصب خواهند شد. این دیسک‌ها دقیقاً وقتی‌که دامن وسیله از کنار آن‌ها عبور می‌کند، منفجرشده و با ضربه‌ای مورب، فشاری آنی ایجاد می‌کنند. همین فشار وسیله را با نیروی به‌مراتب بیشتری از صرفاً تخلیه گاز از پشت، به جلو هل می‌دهد. این فرآیند با انفجار هر جفت کپسول گاز پرفشار تکرار شده و سرعت وسیله را به‌تدریج افزایش می‌دهد.

این تکنیک “رانش ضربه‌ای شوک” نام دارد که کاملاً بر اساس قوانین فیزیک کار می‌کند.

مدل‌های توپ و کاهش نیروی گرانش

گریس از سه مدل از تفنگ فضایی نام می‌برد: بچه خرس، خرس مادر و خرس پدر؛ طبق توضیح او، مدل آخر یک ایده رؤیایی به طول ۳۰ تا ۴۰ کیلومتر و با قطر ۹.۱۴ متر است.

فیزیک طول لوله هم در نوع خود جالب‌توجه است؛ ازآنجاکه شتاب برابر با نیرو تقسیم‌بر جرم است، هر بار که طول لوله دو برابر شود، نیروی گرانش (G-Force) لازم برای رسیدن به‌سرعت نهایی نصف خواهد شد.

رسیدن به ماخ ۲۳ در ۳۰۵ متر، یک انفجار مخرب را به همراه خواهد داشت؛ اما رسیدن به همان سرعت در طول ۱۰ کیلومتر، بیشتر شبیه یک فشار فزاینده تدریجی خواهد بود.

از همین رو، محققان لانگ‌شات بر این باور هستند که تفنگ فضایی‌شان، می‌تواند نیروی گرانش را به حدود ۵۰۰ جی کاهش دهد؛ برای آنکه ذهنیتی تقریبی دراین‌باره داشته باشید، مثلاً تلفن‌های همراه امروزی برای تحمل حدود ۹۰۰ جی نیروی گرانش طراحی‌شده‌اند.

مدل رؤیایی خرس پدر، می‌تواند این نیرو را حتی به ۱۰۰ تا ۱۵۰ جی کاهش دهد که این نیرو برای پرتاب هرگونه محموله غیر زیستی، در محدوده قابل تحمل است.

انگیزه و مزیت رقابتی

گریس این ایده را از ارائه دکتر جان هانتر در سال ۲۰۰۹ به نام “توپ‌ها به سیارات” الهام گرفته. در طرح دکتر هانتر از یک لوله پرتاب هیدروژنی در زیر آب استفاده‌شده بود.

در شرایطی که هزینه فعلی در پرتاب اسپیس‌ایکس فالکون ۹، به ازای هر کیلوگرم حدود ۳۰۰۰ دلار و هزینه پیش‌بینی‌شده برای پرتاب اسپیس‌ایکس استارشیپ، حدود ۵۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم است، لانگ شات هزینه‌ای در حدود ۱۰ دلار به ازای هر کیلوگرم با استفاده از بتن، فولاد و هیدروژن را پیش‌بینی کرده است.

این کمپانی در حال حاضر یک نمونه کوچک ۱۵ سانتی‌متری را ساخته که بیش از ۱۰۰ بار شلیک شده و به‌سرعت ماخ ۴.۲ رسیده و البته در مقیاس کوچک با نیروی گرانش بالا (حدود ۳۰, ۰۰۰ جی) همراه بوده است.

لانگ‌شات یک توپ بزرگ‌تر ۷۶ سانتی‌متری به طول ۳۶.۶ متر ساخته و در حال نصب آن است. این توپ آنالوگ، نمونه مشابهی در مقیاس کوچک‌تر از تفنگ نهایی ۴۸۸ متری است که قرار است در صحرای نوادا ساخته شود.

فرصت‌های جانبی

لانگ‌شات این امکان را دارد که با شرکت‌هایی ازجمله Impulse Space که قصد ساخت یدک‌کش‌های فضایی برای تحویل محموله در مدار نهایی را دارند، همکاری کند؛ بدین ترتیب آن‌ها می‌توانند محموله را به مدار پایین زمین پرتاب کرده و در ادامه Impulse Space در نقش “تاکسی فضایی” عملیات تحویل دقیق ماهواره‌ها را انجام خواهد داد. این امر به شرکت‌های ماهواره‌ای اجازه می‌دهد تا سیستم‌های پیشران گران‌قیمت را حذف کرده و بودجه خودشان را صرف ساخت قطعات اصلی ماهواره کنند.

بارگیری مجدد با زیرساخت زمینی لانگ‌شات، آسان خواهد بود و گریس معتقد است که این سیستم می‌تواند ده‌ها پرتاب در روز را با قیمت بسیار پایینی انجام دهد.

در این راستا افرادی مثل سم آلتمن (مدیرعامل OpenAI) در این پروژه سرمایه‌گذاری کرده و لانگ شات از نیروی هوایی آمریکا هم کمک مالی دریافت کرده است. مایک گریس با اشاره به ریسک بالای پروژه به این نکته اشاره‌کرده که حتی اگر به فضا نرسد، برنامه‌های دفاعی حاصل از این فناوری را خواهد فروخت و موفقیت مالی شرکتش تضمین‌شده است. اما آنچه مسلم است این است که این ایده غیرممکن، بالاخره روزی به واقعیت خواهد پیوست.