9 دقیقه
مقدمه: قدرت راهبردی در ماه
در تاریخ ۵ اوت ۲۰۲۵، شان دافی، سرپرست موقت ناسا، طرح تسریع‌شده‌ای را برای توسعه و استقرار یک رآکتور کوچک شکافت هسته‌ای روی سطح ماه تا سال ۲۰۳۰ اعلام کرد. اهداف اعلام‌شده هم ژئوپلیتیکی — تضمین حضور ایالات‌متحده روی ماه در زمانی که دیگر کشورها برنامه فرود سرنشین‌دار دارند — و هم عملی هستند: یک نیروگاه کوچک و قابلاعتماد میتواند برق پیوسته را در طول شب دو هفتهای ماه تأمین کند، استفاده از منابع درجا (ISRU) را ممکن سازد و از عملیات بلندمدت که تنها با آرایه‌های خورشیدی قابل‌پشتیبانی نیستند حمایت کند.
این مقاله دو پرسش فنی مرکزی را که پس از اعلام دافی مطرح می‌شود بررسی می‌کند: رآکتور اولیه کجا باید مستقر شود تا بهتر از پایگاه‌های آینده و استخراج منابع پشتیبانی کند، و ناسا چگونه میتواند چنین رآکتور سطحی را در برابر فوارههای فرسایشی ریگولیت حاصل از فرودها و برخاست‌ها محافظت کند؟ ما پیش‌زمینه علمی، منابع داده و ابزارهای مأموریتی، محدودیت‌های طراحی و ملاحظات عملیاتی را که انتخاب محل و راهکارهای حفاظتی را شکل می‌دهند مرور می‌کنیم.
پیش‌زمینه علمی: چرا رآکتور و کجاست آب
حضور انسانی پایدار در ماه نیازمند نیروی قابل‌اطمینان و پیوسته است. پنلهای خورشیدی و باتری‌ها برای مأموریتهای کوتاه و مناطقی با نور تقریباً پیوسته (برخی قله‌های قطبی) مناسب‌اند، اما در طول شبهای طولانی ماه و در نواحی سایهدائمی (PSR) عملکردشان محدود است. رآکتورهای فشرده شکافت، از کیلووات تا مگاوات توان ثابت و بدون وابستگی به تابش فراهم می‌کنند و سیستمهای ISRU را قادر می‌سازند تا مواد غنی از ناپایدارها را استخراج، گرم و پالایش کنند.
در دهه ۱۹۹۰ و پس از آن، چندین مأموریت مداری نواحی سایهدائمی نزدیک هر دو قطب ماه را شناسایی کرده‌اند که دماهای پایین کافی برای به دام انداختن یخ آب را فراهم می‌کنند. این تلههای سرد معمولاً در دهانه‌های قطبی و طول دیواره‌های شیب‌دار ظاهر می‌شوند. یخ آب مهم‌ترین هدف ISRU است: با پردازش آن میتوان آب برای پشتیبانی حیات، اکسیژن برای تنفس و پیشران‌های هیدروژن/اکسیژن برای سوخت‌رسانی فضاپیماها به‌دست آورد — که به طور قابل‌توجهی جرم مورد نیاز پرتاب از زمین را کاهش می‌دهد.
داده‌هایی که نشان‌دهنده وجود یخ آب هستند از مجموعه‌ای از مأموریت‌ها و ابزارهای مداری و ضربه‌ای به‌دست آمده‌اند. نمونه‌ها شامل طیف‌سنج‌های نوترونی، آلتیمتری، نگاشت حرارتی و اندازه‌گیری‌های انعکاسی از مأموریت‌هایی مانند مدارگرد بررسی ماه ناسا و محموله‌های بین‌المللی قبلی هستند. با تلفیق داده‌های دورسنجی، دانشمندان «گزینههای پرامید» برای یخ نزدیک سطح یا مدفون را مشخص می‌کنند؛ این گزینهها نیازمند صحتسنجی زمینی توسط مریخ‌نوردها و فرودگرها هستند.
دارایی‌های مأموریتی و روند انتخاب مکان
یک برنامه عملی برای انتخاب محل رآکتور سه فاز را دنبال می‌کند: (۱) تلفیق شناسایی مداری، (۲) تحقیقات هدفمند درجا، و (۳) استقرار و عملیات رآکتور. چندین مجموعه داده مداری موجود میتواند نواحی نامزد را محدود کند؛ نکته مهم این است که ربات VIPER ناسا (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) — که به‌طور کامل مونتاژ و آزمون‌های محیطی را گذرانده — آماده است تا اهداف با اولویت بالا را روی سطح تأیید کند. با تأمین بودجه کافی و برنامه پرتاب، VIPER یا مریخ‌نوردهای مشابه میتوانند در بازه‌ای یک تا دو ساله ذخایر محتمل یخ را در هر دو قطب مشخص کنند.
معیارهای انتخاب مکان برای رآکتور شامل نزدیکی به ذخایر یخ تأییدشده و قابل‌دسترس؛ زمین پایدار برای فونداسیون؛ دیدهای مناسب برای ارتباطات؛ ملاحظات حرارتی و تابشی؛ و فاصله ایمن از مناطق فرود پرتردد برای کاهش تعامل با فواره‌ها خواهد بود. مکان ایدهآل تعادلی است بین نزدیکی کافی برای تغذیه عملیات ISRU و فاصله کافی از فرودهای مکرر برای کاهش ریسک فرسایش.
محافظت از رآکتور قمری در برابر فوارههای ریگولیت
یکی از چالش‌های مهندسی اصلی، محافظت از رآکتور و زیرساختهای مرتبط در برابر ریگولیت — مخلوط شل و ساینده از گردوخاک و سنگ‌های خردشده که در سطح ماه فراوان است — است. هنگام نزدیک شدن یا دورشدن فضاپیماها، تعامل پلاسمای موتور با سطح میتواند ذرات را حفاری و با سرعت بالا شتاب دهد و اثری شبیه شن‌سابی ایجاد کند که ممکن است رادیاتورها، مبدل‌های حرارتی، سیم‌کشی‌های در معرض سطح، اپتیک یا پوشش‌های نازک را تخریب کند.
دو رویکرد پایه برای کاهش این اثرات وجود دارد:
- قراردهی در فاصله ایمن: رآکتور را فراتر از ناحیه فرسایش نزدیک‌میدان فواره قرار دهید. در ماه، افق حدود ۱.۵ مایل (۲.۴ کیلومتر) فاصله دارد؛ قرار دادن تجهیزات حساس فراتر از شعاع‌های معمول پراکندگی فرود، برخورد مستقیم با فواره را کاهش می‌دهد اما پیچیدگی ترابری بین رآکتور و سایت‌های ISRU را افزایش می‌دهد.
- حفاظت محلی غیرفعال و جانمایی: رآکتور را پشت ویژگی‌های طبیعی زمین (سنگ‌های بزرگ، دیواره دهانه) نصب کنید یا آن را زیر لایه‌ای از ریگولیت دفن و روی آن پوشش محافظ قرار دهید تا هم تابش را تعدیل و هم گردوغبار را مسدود کند. جای‌گذاری زیرسطحی همچنین پایداری حرارتی فراهم کرده و قرارگیری در برابر ریزشهاب‌ها را کاهش می‌دهد.
استراتژی‌های فعال کاهش‌دهنده شامل استفاده از سکوی فرود مهندسیشده، مهارهای گردوغبار، منحرف‌کننده‌های بالستیک، یا پروفیلهای رانش کنترلشده برای محدود کردن coupling پلاسمای موتور با سطح است. برای رآکتوری که باید عملیات معدنی نزدیک را نیز پشتیبانی کند، احتمالاً رویکرد ترکیبی مناسب‌تر است: رآکتور تا حدودی مدفون با رادیاتورهای تقویت‌شده و یک کریدور فرود مشخص که با عناصر زیرساختی سختشده در فواصل ایمن تکمیل می‌شود.
ملاحظات فنی و برنامهای
طراحان باید بین توان خروجی، جرم، دفع حرارت و حفاظت تابشی با پیچیدگی پرتاب و استقرار تعادل برقرار کنند. رادیاتورها و لوله‌های حرارتی رآکتور نسبت به گردوخاک ساینده حساس‌اند؛ طراحان ممکن است به پوشش‌های قابل‌گسترش، رادیاتورهای مدولار که از راه دور قابل سرویس باشند، یا جانمایی رادیاتورها در بای‌های فروتن یا محافظت‌شده نیاز داشته باشند. ایمنی تابشی و سیاست‌های حفاظت سیاره‌ای نیز بر جانمایی تأثیر خواهند گذاشت: رآکتورها باید طوری قرار گیرند که مواجهه خدمه به حداقل رسد و از آلودگی مکان‌های علمی جلوگیری شود.
همچنین یک معامله برنامهای بین هم‌مکان‌سازی رآکتور نزدیک به عملیات ISRU (هزینه لجستیکی کمتر) و قرار دادن آن در فاصله ایمن و استفاده از سیستمهای توزیع نیرو (کابل‌های بلندتر، تلفات انتقال بیشتر) وجود دارد. هر دو گزینه نیازمند طراحی‌های مقاوم و افزونگی برای تضمین عملیات پیوسته در طول رویدادهای گردوغبار و فعالیت‌های سرنشین‌دار هستند.
دیدگاه کارشناسی
«یک نیروگاه شکافت قمری، توانایی مقیاس‌پذیری را دگرگون می‌کند،» دکتر ماریا آلوا رز، زمین‌شناس سیاره‌ای و مهندس سامانه که به برنامه‌ریزان مأموریت مشاوره داده است، می‌گوید. «کار واقعی با مشخصه‌یابی دقیق محل آغاز می‌شود. مدارگردها به ما نقشه‌های احتمالاتی می‌دهند، اما مریخ‌نوردهایی مانند VIPER خواهند گفت که آیا یخ واقعاً قابل‌دسترس است و آیا زمین تحمل تجهیزات سنگین را دارد. برای حفاظت، ترکیب دفن جزئی و فرودهای مهندسیشده عملی‌ترین به نظر میرسد — این رویکرد از ژئولوژی ماه بهره می‌برد و در عین حال جرم و پیچیدگی را در حد معقول نگه می‌دارد.»
دکتر آلوا رز اضافه می‌کند که جدول زمانی و تأمین مالی حیاتی‌اند: «اگر اجرای ماموریت‌های VIPER و آزمایشهای یکپارچه فرودگر را اکنون اولویت‌دهی کنیم، می‌توانیم ریسک‌های مربوط به فنون استقرار را کاهش دهیم و برنامهای معتبری برای رآکتور ۲۰۳۰ داشته باشیم. در غیر این صورت فشارهای زمان‌بندی و هزینه ممکن است به سازش‌هایی منجر شود که پایداری بلندمدت را کاهش می‌دهد.»
فناوری‌های مرتبط و چشم‌انداز آینده
استقرار موفق یک رآکتور فشرده شکافت روی ماه توسعه فناوری برای مأموریتهای مریخ و فضای عمیق را تسریع خواهد کرد، جایی که نور خورشید برای تأمین برق پایگاه‌ها بسیار ضعیف یا غیرقابل اطمینان است. فناوری‌هایی که از این برنامه بالغ خواهند شد شامل رآکتورهای فشرده و پوشش‌های حفاظتی، رادیاتورهای مقاوم و سیستمهای دفع حرارت، توزیع توان در فواصل طولانی، تاسیسات ISRU برای تولید پیشران و زیرساختهای سطحی مقاوم در برابر گردوغبار ساینده هستند.
همکاری بین‌المللی و استانداردسازی فناوری سکوهای فرود میتواند خطرات فواره‌ای را برای همه اپراتورها کاهش دهد. به‌موازات آن، پیشرفت در نقشه‌برداری، آماده‌سازی خودگردان محل (هموارسازی و ساخت سکوی رباتیک)، و کاهش گردوغبار برای عملیات ایمن و تکرارشونده ضروری خواهد بود.
نتیجه‌گیری
یک رآکتور شکافت قمری تا سال ۲۰۳۰ میتواند قابلیت محوری باشد: وعده تأمین برق پیوسته برای ISRU، مأموریتهای بلندمدت سطحی و سکوی پرتابی به سوی مریخ را می‌دهد. دو چالش فنی مرکزی عبارتند از انتخاب مکانی که دسترسی به یخ قابل‌استفاده را به حداکثر و ریسک‌های عملیاتی را به حداقل برساند، و محافظت از رآکتور و تجهیزات مرتبط در برابر فوارههای فرسایشی ریگولیت. ترکیب شناسایی مداری با تحقیقات هدفمند درجا (VIPER و جانشینان)، سکوهای فرود مهندسیشده و جانمایی‌های استراتژیک — از جمله دفن جزئی یا استفاده از پیکربندی‌های زمین‌شناسی طبیعی — مسیر عملی را نشان می‌دهد. رسیدن به اهداف تأمین مالی، آزمون و مهندسی در سال‌های آتی تعیین خواهد کرد که آیا این قابلیت میتواند به موقع تحقق یابد و دهه آینده اکتشافات قمری را شکل دهد.
منبع: yahoo
.avif)
نظرات