شرکت فضایی لانگ شات قصد دارد یک توپ فضایی به طول 10 کیلومتر بسازد که با آن اجسام چند تنی را می توان با سرعت بالا به مدار پایین زمین پرتاب کرد.
در این راستا، آنها یک مدل اثبات مفهوم فعال ساخته اند. مایک گریس، بنیانگذار و مدیر عامل لانگشات، معتقد است که در 10 سال آینده باید راهی رادیکال برای کاهش هزینه پرتاب پیدا کرد.
ایده توپ فضایی از گذشته تا حال
استفاده از توپ برای پرتاب اشیا به فضا ایده جدیدی نیست و حداقل به قرن نوزدهم برمی گردد که ژول ورن در سال 1865 رمان “از زمین تا ماه” را نوشت. در این رمان مهندسان توپخانه یک توپ عظیم 274 متری به نام کلمبیاد می سازند تا سه فضانورد را به فضا بفرستند. جالب اینجاست که ژول ورن در رمان های خود جزئیات بسیاری از سفرهای فضایی مدرن از جمله مکان پرتاب و فرود در اقیانوس را پیش بینی کرد.
در دهه 1960، یک مهندس کانادایی به نام جرالد بول این ایده را با پروژه HARP (پروژه تحقیقاتی در ارتفاع بالا) عملی کرد. تیم هارپ با جوش دادن دو لوله بزرگ توپ دریایی، یک توپ هیولا 36 متری ساخت و با استفاده از آن توانست چیزی به نام Marlette 2C را به ارتفاع 180 کیلومتری (بالاتر از خط کارمن، مرز فضا) پرتاب کند. اگرچه بول توانست یک شی را به فضای واقعی بفرستد، اما آن را به صورت عمودی شلیک کرد نه افقی. در ضمن برای رسیدن به مدار از مسیری تقریبا صاف (مشابه آنچه شرکت لانگ شات در نظر گرفته) باید به سرعتی برابر با 23 ماخ رسید.اما سرعت بهترین ضربات تیم بول حدود 6 ماخ بود.
چالش فیزیک در 23 اسفند
23 ماخ سرعت فوق العاده بالایی دارد. با این سرعت، اصطکاک هوا می تواند در عرض یک ثانیه یک سطح را تا حدود 1650 درجه سانتیگراد گرم کند و در واقع در این شرایط هوا دیگر هوا نیست، بلکه پلاسما است. همان ماده ای که برای برش صفحات فولادی ضخیم استفاده می شود.
این سوال پیش میآید که چگونه میتوانید چیزی حاوی قطعات الکترونیکی ظریف را با چنین سرعتی راهاندازی کنید و انتظار داشته باشید که بدون آسیب از جو خارج شود؟ پاسخ مایک گریس به این سوال این است: جنایت.
Longshot قصد دارد با استفاده از “انبوه” از محموله محافظت کند. یعنی اگر قرار بود یک شی 454 کیلوگرمی به فضا پرتاب شود، باید 1360 کیلوگرم مواد بسته بندی اضافی در اطراف آن قرار می گرفت تا این ماده در حین عبور از جو تبخیر شود (چیزی شبیه یک شهاب سنگ وارونه شعله ور). هرچه بار بزرگتر باشد، نسبت سطح به حجم بهتر است، به این معنی که مواد کمتری برای محافظت از شارژ اصلی سوزانده می شود و کارایی تفنگ افزایش می یابد.
طراحی تفنگ فضایی لانگ شات
دستگاه پرتابی که گریس آن را “خودرو” می نامد، شبیه بزرگترین گلوله تفنگ ساچمه ای جهان است. در تفنگ ساچمه ای یک پرتابگر، یک عایق و سپس شارژ (گلوله) وجود دارد. ایده مشابهی در تفنگ فضایی شات بلند استفاده می شود:
- طراحی دستگاه: قسمت جلوی لانگ شات که بار را حمل می کند اصلا تیز نیست و قسمت عقب برای تحمل فشار به دامن صاف و دو طرفه منتهی می شود و طراحی کلی کاملاً شبیه گوه است.
- خلاء اولیه: قبل از حرکت دادن دستگاه، لانگ شات در طول مسیر لوله خلاء ایجاد می کند تا اصطکاک اولیه را به حداقل برساند.
- موتور ضربه ای: قسمت جالب طراحی در قسمت دامن است که وظیفه گرفتن انفجارهای جانبی پرفشار را بر عهده دارد. در طول لوله، جفت کپسول گاز فشار قوی (شبیه به کپسول غواصی با فشار حدود 3000 psi) نصب خواهد شد که با دیسک های زمان بندی مهر و موم شده اند. این دیسک ها دقیقا زمانی که دامن دستگاه از کنار آنها می گذرد منفجر می شوند و با ضربه ای مورب فشار آنی ایجاد می کنند. همین فشار دستگاه را با نیرویی بسیار بیشتر از تخلیه گاز از پشت به جلو می راند. این فرآیند با انفجار هر جفت کپسول گاز فشار قوی تکرار می شود و به تدریج سرعت دستگاه را افزایش می دهد.
این تکنیک “Shock Impulse Thrust” نام دارد و کاملاً طبق قوانین فیزیک عمل می کند.
مدل های توپ و کاهش گرانش
گریس از سه مدل تفنگ فضایی یاد می کند: بچه خرس، خرس مادر و خرس پدر. طبق توضیحات وی آخرین مدل یک ایده رویایی با طول 30 تا 40 کیلومتر و قطر 9.14 متر است.
فیزیک طول لوله در نوع خود جالب است. از آنجایی که شتاب برابر با نیرو تقسیم بر جرم است، هر بار که طول لوله دو برابر شود، نیروی G مورد نیاز برای رسیدن به سرعت نهایی به نصف کاهش می یابد.
رسیدن به 23 ماخ در ارتفاع 305 متری منجر به انفجاری مخرب خواهد شد. اما رسیدن به همان سرعت برای 10 کیلومتر بیشتر شبیه افزایش تدریجی فشار خواهد بود.
بنابراین، محققان لانگ شات معتقدند که تفنگ فضایی آنها می تواند نیروی گرانش را تا حدود 500 گرم کاهش دهد. برای در نظر گرفتن این موضوع، به عنوان مثال، تلفن های همراه امروزی طوری طراحی شده اند که حدود 900 گرم گرانش را تحمل کنند.
مدل رویایی خرس پدر می تواند این نیرو را حتی تا 100-150 G کاهش دهد که در محدوده قابل تحمل برای پرتاب هر محموله غیر بیولوژیکی است.
انگیزه و مزیت رقابتی
گریس این ایده را از ارائه دکتر جان هانتر در سال 2009 به نام “توپ ها به سیاره ها” دریافت کرد. در طرح دکتر هانتر، از یک لوله پرتاب هیدروژن در زیر آب استفاده شد.
در حالی که هزینه فعلی پرتاب SpaceX Falcon 9 حدود 3000 دلار به ازای هر کیلوگرم است و هزینه پیش بینی شده برای پرتاب SpaceX Starship حدود 500 دلار در هر کیلوگرم است، Longshot هزینه حدود 10 دلار برای هر کیلوگرم با استفاده از بتن، فولاد و هیدروژن را پیش بینی کرده است.
این شرکت قبلاً یک نمونه اولیه کوچک 15 سانتی متری ساخته است که بیش از 100 بار شلیک شده و به سرعت 4.2 ماخ رسیده است.
لانگ شات یک توپ بزرگتر 36.6 متری 76 سانتی متری ساخته و در حال نصب است. این توپ آنالوگ یک کپی در مقیاس کوچکتر از اسلحه نهایی 488 متری است که در صحرای نوادا ساخته می شود.
فرصت های جانبی
Longshot امکان همکاری با شرکت هایی مانند Impulse Space را دارد که در حال برنامه ریزی برای ساخت یدک کش های فضایی برای تحویل محموله در مدار نهایی هستند. به این ترتیب آنها می توانند محموله را به مدار پایین زمین پرتاب کنند و سپس Impulse Space در نقش «تاکسی فضایی» تحویل دقیق ماهواره ها را انجام دهد. این به شرکت های ماهواره ای اجازه می دهد تا سیستم های پیشران گران قیمت را حذف کرده و از سرمایه خود برای ساخت اجزای اصلی ماهواره استفاده کنند.
بارگذاری مجدد با زیرساخت های زمینی لانگ شات آسان خواهد بود و گریس معتقد است این سیستم می تواند ده ها پرتاب در روز را با هزینه بسیار کم انجام دهد.
در همین راستا افرادی مانند سام آلتمن (مدیر عامل OpenAI) در این پروژه سرمایه گذاری کرده اند و لانگ شات نیز از نیروی هوایی آمریکا کمک مالی دریافت کرده است. مایک گریس با اشاره به ریسک بالای این پروژه خاطرنشان کرد که حتی اگر به فضا هم نرسد، برنامه های دفاعی حاصل از این فناوری را می فروشد و موفقیت مالی شرکتش تضمین شده است. اما آنچه مسلم است این ایده غیرممکن بالاخره روزی محقق خواهد شد.
