از تهران تا مریخ با موشک فیزیکدان زن ایرانی‌‌تبار

گروه علمی: دکتر فاطیما ابراهیمی فیزیکدان «آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون» (PPPL) آمریکا و متولد تهران، موشک «همجوشی هسته‌ای» جدیدی را ابداع کرده است که می‌تواند انسان‌ها را ۱۰ بار سریع‌تر از پیشران‌های فضایی کنونی به مریخ برساند.دکتر فاطیما ابراهیمی یک موشک جدید استفاده کننده از همجوشی هسته‌ای اختراع کرده است که می‌تواند روزی انسان را به مریخ برساند. این دستگاه از میدان‌های مغناطیسی برای شلیک ذرات پلاسما از پشت موشک استفاده می‌کند و فضاپیما را به فضا می‌فرستد.استفاده از میدان‌های مغناطیسی به دانشمندان امکان می‌دهد تا میزان رانش را برای یک مأموریت خاص تنظیم کنند و فضانوردان هنگام سفر به جهان‌های دور مقدار رانش را تغییر دهند.اختراع این دانشمند ایرانی‌تبار همچنین می‌تواند فضانوردان را ۱۰ برابر سریع‌تر از رانشگر‌های فضایی فعلی که از میدان‌های الکتریکی برای حرکت ذرات استفاده می‌کنند، به سیاره سرخ ببرد.

فاطیما ابراهیمی درباره موشک اختراعی چه گفت؟
ابراهیمی گفت: «من مدتی است که در حال بررسی این برداشت هستم. سال ۲۰۱۷ نشسته بودم و به شباهت‌های اگزوز یا خروجی ماشین با ذرات پرسرعت فکر می‌کردم که این ایده به ذهنم رسید.»پلاسما (حالت چهارم ماده) حالت داغ و باردار ماده‌ای است که از الکترون‌های آزاد و هسته‌های اتمی تشکیل شده و ۹۹ درصد از جهان مرئی مربوط به آن است و قادر به تولید مقادیر زیادی انرژی است. دانشمندان به طور شبانه‌روزی در تلاش برای ایجاد همجوشی هسته‌ای در یک آزمایشگاه هستند به این امید که انرژی عظیم ایجاد شده با آن برای تولید برق برای موشک‌هایی که در اعماق فضا حرکت می‌کنند، استفاده کنند.

رانشگر‌های فعلی پلاسما که از میدان‌های الکتریکی برای حرکت ذرات استفاده می‌کنند فقط می‌توانند یک «تکانه ویژه» کمی تولید کنند. تکانه ویژه (specific impulse)، تکانه‌ای است که به ازای استفاده از مقدار مشخصی از سوخت به موشک وارد می‌شود و در واقع مقیاسی است برای سنجش سرعت خروجی یا اگزوز از موتور موشک. هر چه تکانه ویژه موتور موشک بالاتر باشد میزان بهره‌وری آن بالاتر است.اما شبیه‌سازی‌های کامپیوتری انجام شده با کامپیوتر‌های PPPL و «مرکز ملی کامپیوتری پژوهش‌های انرژی» آمریکا (دفتری وابسته به وزارت انرژی آمریکا واقع در آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی در برکلی کالیفرنیا) نشان داد که این برداشت جدید رانشگر پلاسما می‌تواند خروجی با سرعت صد‌ها کیلومتر در ثانیه تولید کند و ۱۰ برابر سریع‌تر از رانشگر‌های دیگر باشد.به گفته ابراهیمی، سرعت بالاتر فضاپیما در ابتدای شروع سفر فضایی می‌تواند سیاره‌های خارجی منظومه شمسی را در دسترسی فضانوردان قرار دهد.

طولانی بودن سفر به راه دور
ابراهیمی گفت: «سفر‌های فضایی دوردست ماه‌ها یا سال‌ها طول می‌کشد، زیرا تکانه ویژه موتور‌های موشک‌های با سوخت شیمیایی بسیار کم است، بنابراین فضاپیما برای سرعت گرفتن باید مدتی در مدار‌های سیاره‌ها حرکت کند (تا با استفاده از نیروی گرانشی) سرعت بیشتری بگیرد.»«اما اگر بتوانیم رانشگر‌های بر اساس بازاتصال مغناطیسی بسازیم، بعد می‌توانیم ماموریت‌های دوردست فضایی را در مدت کوتاه‌تری انجام دهیم.»
اگرچه استفاده از همجوشی هسته‌ای برای تأمین انرژی موشک‌ها مفهوم جدیدی نیست، اما پیشران توسعه داده شده توسط ابراهیمی از سه جهت با دستگاه‌های رانشگر کنونی تفاوت دارد.اول اینکه که تغییر دادن قدرت میدان‌های مغناطیسی می‌تواند میزان رانش را کم یا زیاد کند و به فضانوردان امکان مانور دادن بهتر در اعماق تاریک فضا را می‌دهد.

استفاده از آهنرباهای الکتریکی در ساخت موشک‌
ابراهیمی گفت: «با استفاده از آهنربا‌های الکتریکی بیشتر و میدان‌های مغناطیسی بیشتر عملا می‌توانید یک دستگیره را بچرخانید و با آن سرعت را به طور دقیق تنظیم کنید.»دوم اینکه رانشگر جدید با بیرون راندن ذرات پلاسما و نیز حباب‌های مغناطیسی به نام «پلاسموئیدها» حرکت ایجاد می‌کند..پلاسموئید‌ها قدرت را به رانش می‌افزایند و در هیچ برداشت دیگر از رانشگر‌ها چنین تلفیقی وجود ندارد.سومین تفاوت برداشت ابراهیمی با برداشت‌های دیگر این است که او از میدان‌های مغناطیسی برای شلیک ذرات پلاسما از پشت موشک استفاده می‌کند، اما دستگا‌های دیگری که در سفر‌های فضایی به کار رفته‌اند، از میدان‌های الکتریکی برای این امر استفاده می‌کنند.استفاده از میدان‌های مغناطیسی ممکن است تحولی عظیم در این حوزه ایجاد کند، زیرا به دانشمندان اجازه می‌دهد تا میزان رانش را برای یک ماموریت خاص از همان ابتدا تنظیم کنند.ابراهیمی گفت: «سایر رانشگر‌ها به گاز سنگین ساخته شده از اتم‌هایی مانند زنون نیاز دارند، اما در این برداشت جدید می‌توانید از هر نوع گازی که می‌خواهید استفاده کنید.» دانشمندان ممکن است در بعضی موارد گاز سبک را ترجیح دهند، زیرا اتم‌های کوچکتر می‌توانند با سرعت بیشتری حرکت کنند.

درباره دکتر فاطیما ابراهیمی، از تهران تا پرینستون
دکتر فاطیما ابراهیمی متولد تهران است و در دوران پرآشوب جنگ و ایران و عراق فیزیک به پناهگاهش بدل شد. خواندن فیزیک و حل کردن معادله‌ها در آن هنگام راهی برای خروج از این آشوب بود و به او احساس قدرت می‌داد.او اکنون در آزمایشگاه فیزیک پلاسمای دانشگاه پرینستون می‌خواهد از یک آشوب دیگر نظم بیافریند: پلاسما، گاز بسیارداغ بارداری که خورشید را می‌سازد. پلاسما در اعماق خورشید سوخت واکنش‌های همجوشی هسته‌ای را فراهم می‌کند که در آن‌ها اتم‌های هیدروژن‌ها با هم ترکیب می‌شوند و مقدار‌های عظیم انرژی آزاد می‌کنند.
پژوهش ابراهیمی بر فرآیندی در زمین متمرکز است که در وسائلی به نام «توکومک‌ها» انجام می‌شود. این دستگاه‌ها کارشان محصورسازی پلاسما است و برای ایجاد پایداری پلاسما بر مبنای محصورسازی مغناطیسی طراحی شده‌اند. او با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به دنبال کشف اساس فیزیکی روشی است که طراحی این وسائل را ساده کند و نیز از اندازه و هزینه آن‌ها بکاهد و به این ترتیب ما را به «خلق یک منبع نامحدود انرژی پاک و تجدیدپذیر» نزدیکتر کند که هدف اصلی پژوهش‌های انرژی است.