ابتكرت الدكتورة فاطمة إبراهيمي مفهومًا جديدًا للدفعات الصاروخية الاندماجية التي يمكن أن تدفع البشر إلى المريخ وما وراءه.
قام الفيزيائي الذي يعمل في مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتصميم الصاروخ الذي سيستخدم الحقول المغناطيسية لإطلاق جزيئات البلازما – الغاز المشحون كهربائيًا – في فراغ الفضاء.
وفقًا لقوانين الحركة الثانية والثالثة لنيوتن ، فإن الحفاظ على الزخم يعني دفع الصاروخ للأمام – وبسرعات أسرع بعشر مرات من الأجهزة المماثلة.
يمكن للاختراع أن يمكّن البشر من السفر إلى المريخ
بينما تستخدم محركات الدفع بالبلازما الحالية التي أثبتت كفاءتها في الفضاء المجالات الكهربائية لدفع الجسيمات ، فإن تصميم الصاروخ الجديد سيسرعها باستخدام إعادة الاتصال المغناطيسي.
توجد هذه العملية في جميع أنحاء الكون ولكنها أكثر ما يمكن ملاحظته للبشرية على سطح الشمس. عندما تتقارب خطوط المجال المغناطيسي هناك ، قبل الانفصال ثم إعادة الاتصال مرة أخرى ، فإنها تنتج كمية هائلة من الطاقة.
يتم إنتاج طاقة مماثلة داخل آلات على شكل حلقي تُعرف باسم tokamaks ، وهو جهاز حبس مغناطيسي وهو أيضًا مرشح رئيسي لمفاعل اندماج نووي عملي.
قالت عالمة الفيزياء البحثية الرئيسية في PPPL ، الدكتورة فاطمة إبراهيمي ، التي نشرت ورقتها البحثية بالتفصيل عن الاختراع في مجلة فيزياء البلازما: “كنت أطهو هذا المفهوم منذ فترة”.
وقالت: “خطرت لي الفكرة في عام 2017 عندما كنت جالسًا على سطح السفينة وأفكر في أوجه التشابه بين عادم السيارة وجزيئات العادم عالية السرعة الناتجة عن تجربة الحلقة الكروية الوطنية (NSTX) من PPPL”.
إن NSTX هو رائد منشأة الانصهار الرئيسية الحالية للمختبر ، والتي يتم التحقيق فيها بتمويل من وزارة الطاقة الأمريكية.
وأضاف الدكتور إبراهيمي: “أثناء تشغيله ، ينتج هذا التوكاماك فقاعات مغناطيسية تسمى البلازمويدات تتحرك بسرعة حوالي 20 كيلومترًا في الثانية ، والتي بدت لي كثيرًا مثل الدفع”.
الاندماج النووي هو القوة التي تحرك الشمس والنجوم. فهو يجمع بين العناصر الخفيفة في شكل البلازما – الحالة الساخنة المشحونة للمادة المكونة من إلكترونات حرة ونواة ذرية تمثل 99٪ من الكون المرئي – لتوليد كميات هائلة من الطاقة.
إذا كان من الممكن إعادة إنشاء مفاعل يعمل على نفس المبادئ على الأرض ، فسيوفر “إمدادًا لا ينضب تقريبًا من الطاقة لتوليد الكهرباء” وفقًا لـ PPPl.
تستخدم التكنولوجيا نفس العملية التي نراها في التوهجات الشمسية
يقدم المفهوم الجديد للدكتور إبراهيمي أداءً أفضل بكثير من دافعات البلازما الحالية في محاكاة الكمبيوتر – حيث يولد عادمًا بسرعات تصل إلى مئات الكيلومترات في الثانية ، أي أسرع بعشر مرات من محركات الدفع الأخرى.
قال الفيزيائي إن هذه السرعة الأسرع في بداية رحلة المركبة الفضائية يمكن أن تجعل الكواكب الخارجية في متناول رواد الفضاء.
وقالت: “السفر لمسافات طويلة يستغرق شهورًا أو سنوات لأن الدافع المحدد لمحركات الصواريخ الكيميائية منخفض جدًا ، لذا فإن المركبة تستغرق بعض الوقت لتصل إلى السرعة”.
“ولكن إذا صنعنا محركات دفع استنادًا إلى إعادة الاتصال المغناطيسي ، فيمكننا إذن إكمال المهام بعيدة المدى في فترة زمنية أقصر.”
وأكدت أن مفهومها الدافع ينبع مباشرة من بحثها في طاقة الاندماج. قال الدكتور إبراهيمي: “هذا العمل مستوحى من أعمال الاندماج السابقة وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اقتراح البلازمويدات وإعادة الاتصال للدفع الفضائي”. “الخطوة التالية هي بناء نموذج أولي!”
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”