انتقل إلى المحتوى

محرك بوسارد النفاث

هذه المقالة يتيمة. ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالة متعلقة بها
غير مفحوصة
يرجى مراجعة هذه المقالة وإزالة وسم المقالات غير المراجعة، ووسمها بوسوم الصيانة المناسبة.
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

محرك بوسارد النفاث هو طريقة نظرية لدفع المركبات الفضائية للسفر بين النجوم. تقوم مركبة فضائية سريعة الحركة بجمع الهيدروجين من الوسط البين نجمي باستخدام مجال مغناطيسي هائل على شكل قمع (يتراوح قطره من كيلومترات إلى عدة آلاف من الكيلومترات)؛ يتم ضغط الهيدروجين حتى يحدث الاندماج النووي الحراري، والذي يوفر قوة دفع لمواجهة السحب الناتج عن القمع والطاقة لتشغيل المجال المغناطيسي. وبالتالي يمكن اعتبار محرك بوسارد النفاث كنوع من الصواريخ الاندماجية.

تصور فني لطائرة بوسارد النفاثة. أحد المكونات الرئيسية للمحرك النفاث الفعلي – وهو مجال كهرومغناطيسي يبلغ عرضه أميالاً – غير مرئي.
بوسارد رامجيت في الحركة.
  1. الوسط بين النجوم
  2. جمع وضغط الهيدروجين
  3. نقل الهيدروجين بجانب الحمولة
  4. الاندماج النووي الحراري
  5. فوهة المحرك
  6. طائرة غاز المداخن

تم اقتراح محرك بوسارد النفاث في عام 1960 من قبل الفيزيائي روبرت دبليو بوسارد.[1]

تم نشر هذا المفهوم من قبل بول أندرسون في روايته تاو زيرو، ولاري نيفن في سلسلة كتب الفضاء المعروفة، وفيرنور فينج في سلسلة مناطق الفكر، وكارل ساجان، كما هو مشار إليه في المسلسل التلفزيوني وكتاب الكون.

جدوى

[عدل]

منذ وقت اقتراح بوسارد الأصلي، تم اكتشاف أن المنطقة المحيطة بالنظام الشمسي بها كثافة هيدروجين أقل بكثير مما كان يعتقد في ذلك الوقت (اطلع على السحابة البينجمية المحلية). في عام 1969، قدم جون فورد فيشباك مساهمة مهمة، حيث وصف تفاصيل المجال المغناطيسي المطلوب.[2]

في عام 1978، قام تي إيه هيبنهايمر بتحليل اقتراح بوسارد الأصلي الخاص بدمج البروتونات، لكنه وجد أن خسائر أشعة الأنكباح الناتجة عن ضغط البروتونات إلى كثافات الاندماج كانت أكبر من الطاقة التي يمكن إنتاجها بعامل يبلغ حوالي مليار، مما يشير إلى أن النسخة المقترحة من بوسارد كان المحرك النفاث غير ممكن.[3] ومع ذلك، يشير تحليل دانييل بي. وايتمير عام 1975 [4] إلى أن المحرك النفاث قد يحقق طاقة صافية عبر دورة كربون-نيتروجين-أكسجين ، والتي تنتج اندماجًا بمعدل أعلى بكثير (حوالي1016 مرة) من سلسلة بروتون-بروتون.

قام روبرت زوبرين ودانا أندروز بتحليل نسخة افتراضية من تصميم محرك بوسارد النفاث في[5] لقد قرروا أن نسختهم من المحرك النفاث لن تكون قادرة على التسارع في الريح الشمسية.

وجدت دراسة أجريت عام 2021 أنه على الرغم من إمكانية البناء العملي لمحرك بوسارد النفاث المفيد، إلا أنه سيكون أبعد من مجرد حضارة كارداشيف من النوع الثاني.[6][7]

إختراعات ذات الصلة

[عدل]

صاروخ رام المعزز بين النجوم (RAIR)

[عدل]

أدت مشكلة استخدام الوسط النجمي كمصدر وحيد للوقود إلى دراسة صاروخ رام المعزز بين النجوم (RAIR). يحمل (RAIR) إمدادات الوقود النووي الخاصة به ويستنزف منتجات التفاعل لإنتاج بعض قوة الدفع. ومع ذلك، فهو يعزز أداءه بشكل كبير من خلال جرف الوسط بين النجوم واستخدامه ككتلة رد فعل إضافية لزيادة الصاروخ. يتكون نظام الدفع في (RAIR) من ثلاثة أنظمة فرعية: مفاعل الاندماج، وحقل المغرفة، ومسرع البلازما. يتم إطلاق الوقود أمام السفينة باستخدام دواسة البنزين.[8] يقوم حقل المغرفة بتوجيه الوقود إلى مسرع آخر (قد يكون هذا على سبيل المثال نظام تبادل حراري ينقل الطاقة الحرارية من المفاعل مباشرة إلى الغاز بين النجوم) والذي يتم توفير الطاقة من المفاعل. واحدة من أفضل الطرق لفهم هذا المفهوم هي اعتبار أن الوقود النووي الهيدروجيني المحمول على متن السفينة يعمل كوقود (مصدر للطاقة) في حين أن الغاز بين النجوم الذي يتم جمعه بواسطة المغرفة ثم استنفاده بسرعة كبيرة من الخلف يعمل كوقود دافع (كتلة شغالة)، وبالتالي فإن السيارة لديها إمداد محدود بالوقود ولكن إمداد غير محدود بالوقود. سيكون لمحرك بوسارد العادي إمداد لا نهائي من كليهما. ومع ذلك، تشير النظرية إلى أنه عندما يعاني محرك بوسارد النفاث من السحب من الاضطرار إلى تسريع الغاز بين النجوم مسبقًا إلى سرعته الخاصة قبل تناوله، سيكون نظام (RAIR) قادرًا على نقل الطاقة عبر آلية "التسريع" إلى الوسط بين النجوم على الرغم من اختلافات السرعة. وبالتالي سوف يعاني من سحب أقل بكثير.[9][10][11][12]

محرك نفاث بين النجوم يعمل بالليزر

[عدل]

تعتبر الطاقة المرسلة المقترنة بمركبة تغرف الهيدروجين من الوسط البينجمي شكلاً آخر. تنطلق مجموعة ليزر في النظام الشمسي إلى مُجمِّع على مركبة تستخدم شيئًا مثل المعجل الخطي لإنتاج الدفع. هذا يحل مشكلة مفاعل الاندماج للمحرك النفاث. هناك قيود بسبب توهين الطاقة المشعة مع المسافة.[13]

شراع مغناطيسي

[عدل]

ألهمت الحسابات (التي أجراها روبرت زوبرين ودانا أندروز) فكرة المظلة أو الشراع المغناطيسي. قد يكون هذا مهمًا للسفر بين النجوم لأنه يعني أنه يمكن إجراء التباطؤ في الوجهة باستخدام مظلة مغناطيسية بدلاً من صاروخ.[14]

محرك دايسون النجمي القائم على السرب (محرك كابلان)

[عدل]

اقترح عالم الفيزياء الفلكية ماثيو إي. كابلان من جامعة ولاية إلينوي نوعًا من المحركات النجمية يستخدم سرب دايسون من المرايا لتركيز الطاقة النجمية على مناطق معينة من نجم يشبه الشمس، مما ينتج عنه أشعة من الرياح الشمسية يتم جمعها بواسطة محرك نفاث متعدد التضاغط. التجميع الذي بدوره ينتج نفاثات موجهة من البلازما لتحقيق الاستقرار في مداره والأكسجين -14 لدفع النجم. وباستخدام حسابات بدائية تفترض أقصى قدر من الكفاءة، يقدر كابلان أن محرك بوسارد سيستخدم1015 جرامًا في الثانية من المادة الشمسية لإنتاج أقصى تسارع قدره 10 −9 م/ث 2 ، مما يؤدي إلى سرعة 200 كم/ث بعد 5 ملايين سنة، ومسافة 10 فرسخ فلكي على مدى مليون سنة. نظريًا، سيعمل محرك بوسارد لمدة 100 مليون سنة نظرًا لمعدل فقدان كتلة الشمس، لكن كابلان يرى أن 10 ملايين سنة ستكون كافية لتجنب الاصطدام النجمي.[15]

مسار ما قبل ذلك

[عدل]

يمكن التغلب على العديد من الصعوبات التقنية الواضحة في محرك بوسارد النفاث عن طريق وضع كريات صلبة من الوقود على طول مسار المركبة الفضائية مسبقًا.[16] يمكن القيام بذلك باستخدام مركبة فضائية "ناقلة" مختلفة تقوم بإسقاط كريات الوقود[16][17] أو باستخدام الدفع بالليزر.[18] تمت الإشارة إلى هذه الطريقة باسم "مدرج الاندماج"،[16][18] مدرج الطائرات النفاثة الضاغطة[17] أو "مدرج إعادة الإمداد الأمامي".[19]

في حين أن معظم المقترحات تستخدم قوة الاندماج، كما هو الحال مع محركات بوسارد التقليدية، فقد تم اقتراح الانشطار أيضًا.[19]

وتشمل مزايا هذا النظام ما يلي:

[عدل]
  • يمكن تحقيق الاندماج عن طريق ضرب كريتي وقود معًا بسرعة لا تقل عن 200 كيلومتر في الثانية - وهذا ما يُعرف باسم الاندماج التصادمي. بالمقارنة مع الاندماج بالقصور الذاتي، فإن الاندماج بالصدمة لن يتطلب كريات متناظرة كرويًا أو استخدام القوة من جميع الاتجاهات.[16]
  • يمكن أن تستخدم كريات الوقود نظائر مثل الديوتيريوم (الهيدروجين -2) أو التريتيوم (الهيدروجين -3).[20] سوف يقوم محرك بوسارد التقليدي بتجميع البروتيوم (الهيدروجين-1) في الغالب، حيث أن هذا هو النظائر الأكثر وفرة للهيدروجين في الطبيعة.
  • إطلاق وقود الاندماج المتأين فقط بحيث يمكن للمجارف المغناطيسية أو الكهروستاتيكية توجيه الوقود بسهولة أكبر إلى المحرك. العيب هو أن هذا سوف يتسبب في تشتت الوقود بسبب التنافر الكهروستاتيكي.
  • إطلاق الوقود على مسار بحيث يتطابق ناقل سرعة الوقود بشكل وثيق مع ناقل السرعة المتوقع للمركبة الفضائية عند تلك النقطة من مسارها. سيؤدي ذلك إلى تقليل قوى "السحب" الناتجة عن جمع الوقود.
  • على الرغم من أن الوقود الذي تم إطلاقه مسبقًا للمحرك النفاث ينفي إحدى ميزات تصميم بوسارد (تجميع الوقود أثناء تحركه عبر الوسط بين النجوم، مما يوفر تكلفة إطلاق كتلة الوقود)، فإنه يحتفظ على الأقل بميزة عدم الاضطرار إلى تسريع كتلة الجسم. الوقود وكتلة الصاروخ في نفس الوقت.
  • سيوفر الوقود الذي تم إطلاقه مسبقًا بعض الرؤية في الوسط البينجمي – وبالتالي تنبيه المركبة الفضائية اللاحقة بالمخاطر غير المرئية (على سبيل المثال، الأقزام البنية).

ومن أهم عيوب هذا النظام ما يلي:

[عدل]
  • ضرورة اعتراض الكريات الاندماجية بدقة مع مركبة فضائية تتحرك بسرعة عالية. ويمكن استخدام نبضات الليزر لتوجيه الكريات.[16]
  • في حالة استخدام الاندماج التصادمي، يجب أن تتحرك المركبة الفضائية بأدنى سرعة لتحقيق الاندماج. أحد الاقتراحات هو أن تستخدم المركبة الفضائية مناورة كشط الشمس للوصول إلى سرعة 600 كيلومتر في الثانية.[16]
  • لا يمكن للمركبة الفضائية أن تنحرف عن المسار المحسوب مسبقًا إلا إذا كان ذلك ضروريًا. وأي انحراف من هذا القبيل من شأنه أن يفصل المركبة الفضائية عن مصدر الوقود الخاص بها، ويترك لها قدرة ضئيلة على العودة إلى مسارها الأصلي.
  • لن يكون الوقود المطلق مسبقًا لإبطاء السرعة عند النجم الوجهة متاحًا ما لم يتم إطلاقه قبل عدة عقود من إطلاق المركبة الفضائية. ومع ذلك، يمكن استخدام أنظمة أخرى (مثل الأشرعة المغناطيسية) لهذا الغرض.

أنظر أيضا

[عدل]

مراجع

[عدل]
  1. ^ Bussard، Robert W. (1960). Galactic Matter and Interstellar Flight (PDF). Astronautica Acta. ج. 6. ص. 179–195. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2018-04-17. اطلع عليه بتاريخ 2014-10-04.
  2. ^ Fishback، J. F. (1969). "Relativistic interstellar spaceflight". Astronautica Acta. ج. 15: 25–35. Bibcode:1969AsAc...15...25F.
  3. ^ Heppenheimer، T.A. (1978). "On the Infeasibility of Interstellar Ramjets". Journal of the British Interplanetary Society. ج. 31: 222. Bibcode:1978JBIS...31..222H.
  4. ^ Whitmire، Daniel P. (مايو–يونيو 1975). "Relativistic Spaceflight and the Catalytic Nuclear Ramjet" (PDF). Acta Astronautica. ج. 2 ع. 5–6: 497–509. Bibcode:1975AcAau...2..497W. CiteSeerX:10.1.1.492.6775. DOI:10.1016/0094-5765(75)90063-6. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2018-10-31. اطلع عليه بتاريخ 2009-08-30.
  5. ^ Andrews، D.G.؛ Zubrin، R.M. (1988). "Magnetic sails and interstellar travel". 39th المؤتمر الدولي للملاحة الفضائية, Bangalore.
  6. ^ Schattschneider، Peter؛ Jackson، Albert A. (فبراير 2022). "The Fishback ramjet revisited". Acta Astronautica. ج. 191: 227–234. Bibcode:2022AcAau.191..227S. DOI:10.1016/j.actaastro.2021.10.039.
  7. ^ "Study: 1960 ramjet design for interstellar travel—a sci-fi staple—is unfeasible". arstechnica. 6 يناير 2022. مؤرشف من الأصل في 2024-01-23.
  8. ^ "Innovative Technologies from Science Fiction for Space Applications" (PDF). esa.it. ص. 13. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2023-12-28. اطلع عليه بتاريخ 2023-05-02.
  9. ^ Bond، A. (1974). "An Analysis of the Potential Performance of the Ram Augmented Interstellar Rocket". Journal of the British Interplanetary Society. ج. 27: 674–688. Bibcode:1974JBIS...27..674B.
  10. ^ Powell، C. (1976). "System Optimization for the Ram Augmented Interstellar Rocket". Journal of the British Interplanetary Society. ج. 29 ع. 2: 136. Bibcode:1976JBIS...29..136P.
  11. ^ Jackson، A. (1980). "Some Considerations on the Antimatter and Fusion Ram Augmented Interstellar Rocket". Journal of the British Interplanetary Society. ج. 33: 117–120. Bibcode:1980JBIS...33..117J.
  12. ^ Further information on this RAIR concept can be found in the book "the star flight handbook" and at http://www.projectrho.com/public_html/rocket/slowerlight.php نسخة محفوظة 2023-07-26 على موقع واي باك مشين.
  13. ^ Whitmire، D.؛ Andrew Jackson (1977). "Laser Powered Interstellar Ramjet". Journal of the British Interplanetary Society. ج. 30: 223–226. Bibcode:1977JBIS...30..223W.
  14. ^ Perakis، N.؛ Andreas M. Hein (2016). "Combining Magnetic and Electric Sails for Interstellar Deceleration". Cornell University. ج. 128: 13–20. arXiv:1603.03015. Bibcode:2016AcAau.128...13P. DOI:10.1016/j.actaastro.2016.07.005. S2CID:17732634.
  15. ^ Caplan، Matthew (17 ديسمبر 2019). "Stellar engines: Design considerations for maximizing acceleration". Acta Astronautica. ج. 165: 96–104. Bibcode:2019AcAau.165...96C. DOI:10.1016/j.actaastro.2019.08.027. S2CID:203111659. مؤرشف من الأصل في 2019-12-23. اطلع عليه بتاريخ 2019-12-22. Alt URL
  16. ^ ا ب ج د ه و Discussed on Gilster، P. (2004). Centauri Dreams: Imagining and Planning Interstellar Exploration. Springer. ص. 146–8. ISBN:978-0-387-00436-5. Also in the entry 'A Fusion Runway to Nearby Stars' from centauri-dreams.org.
  17. ^ ا ب Matloff, Gregory L. (31 Aug 2006). Deep Space Probes: To the Outer Solar System and Beyond (بالإنجليزية). Springer Science & Business Media. pp. 118–120. ISBN:978-3-540-27340-0. Archived from the original on 2024-01-23.
  18. ^ ا ب "Bussard buzz-bomb (Jordin Kare)". yarchive.net. مؤرشف من الأصل في 2023-05-31. اطلع عليه بتاريخ 2024-01-22.
  19. ^ ا ب Lenard, Roger X. (2000). "Interstellar rendezvous missions employing fission propulsion systems". SPACE TECHNOLOGY AND APPLICATIONS INTERNATIONAL FORUM - 2000 (بالإنجليزية). AIP. 504: 1544–1555. DOI:10.1063/1.1290979. Archived from the original on 2023-08-12.
  20. ^ "Nuclear fusion pellet runway | NextBigFuture.com" (بالإنجليزية الأمريكية). 20 Jun 2017. Archived from the original on 2024-01-23. Retrieved 2024-01-22.

فهرس

[عدل]

روابط خارجية

[عدل]
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/محرك_بوسارد_النفاث»