ساخت رادیاتور هسته‌ای درفضا به وسیله ربات ها

یک جرعه ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]

ناسا قصد دارد از ربات‌ها برای کنار هم قرار دادن پنل‌های رادیاتور سیستم نیروی محرکه الکتریکی هسته‌ای استفاده کند و یک رادیاتور فضایی به اندازه یک زمین فوتبال را برای فضاپیمای مریخی با انرژی هسته‌ای طراحی کند.

یکی از بزرگترین اهداف اکتشاف فضایی ، رساندن انسان به سیاره مریخ است. با این حال ، رسیدن به مریخ شامل چالش‌های مهندسی بی‌شماری از جمله مسافت طولانی است.

در حال حاضر تخمین زده می‌شود که ماموریت‌های مریخ برای یک سفر رفت و برگشت ، با توجه به فاصله زیاد ۱۴۰ میلیون مایلی از زمین ، حدود ۲ تا ۳ سال طول بکشند و نیروی محرکه الکتریکی هسته‌ای می‌تواند باعث افزایش سرعت و احتمالاً کوتاه شدن این زمان سفر شود.

محققان ناسا لانگلی در حال توسعه یک سیستم نسل جدید به نام MARVL(رادیاتورهای مونتاژ شده ماژولار برای وسایل نقلیه پیشران الکتریکی هسته‌ای) هستند که هدف آن ارتقای امکان ارائه پیشرانه الکتریکی هسته‌ای برای سفرهای فضایی است.

پروژه MARVL بر توسعه یک سیستم اتلاف حرارت ماژولار برای نیروی محرکه الکتریکی هسته‌ای تمرکز دارد. جالب اینجاست که این سیستم از اجزای کوچکی تشکیل شده است که می‌توانند توسط ربات‌ها در فضا مونتاژ شوند و آن را برای ماموریت‌های فضایی در مقیاس بزرگ کاربردی‌تر می‌کند.

آماندا استارک(Amanda Stark) مهندس انتقال حرارت در ناسا لانگلی و محقق اصلی پروژه MARVL می‌گوید: با انجام این کار ، تلاش برای جا دادن کل سیستم در فقط یک موشک را حذف می‌کنیم. به نوبه خود ، این کار به ما امکان می‌دهد تا کمی طراحی را آسان کنیم و واقعاً آن را بهینه کنیم.

نیروی محرکه هسته‌ای از یک راکتور هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌کند. سپس از این الکتریسیته برای یونیزه کردن و شتاب دادن به گازها استفاده می‌شود و نیروی رانش قدرتمندی برای رانش فضاپیما ایجاد می‌کند. با این حال ، یک رآکتور هسته‌ای به تولید گرمای بسیار زیاد تولید شده برای سفرهای فضایی طولانی مدت نیاز دارد. طرح‌های سنتی ، رادیاتورهای غول‌پیکری را در نظر می‌گرفتند که جای دادن آن ها در نوک موشک غیرممکن بود.
هنگامی که این سیستم به طور کامل مستقر می‌شود ، آرایه رادیاتور دفع کننده گرما گسترش می‌یابد تا منطقه‌ای تقریباً معادل یک زمین فوتبال را پوشش دهد. از این رو ، تا کردن آن داخل یک موشک به عنوان یک چالش بزرگ طراحی ذکر شده است.

اینجاست که پروژه MARVL وارد می‌شود. رادیاتورهای مونتاژ شده ماژولار با فعال کردن سرهم‌بندی سیستم رادیاتور در فضا ، این مشکل را حل می‌کنند و به‌جای راه‌اندازی یک‌باره کل سیستم ، می‌توان اجزای جداگانه را منتقل کرد. این رویکرد ، انعطاف‌پذیری بیشتری را در طراحی و حمل و نقل ارائه می‌دهد.

ناسا قصد دارد از ربات‌ها برای کنار هم قرار دادن پنل‌های رادیاتور سیستم نیروی محرکه الکتریکی هسته‌ای استفاده کند. طبق گفته ناسا ، این پنل‌ها جریان خنک‌کننده فلزی مایع مانند آلیاژ سدیم — پتاسیم را برای دفع مؤثر گرما تسهیل می‌کنند.

جولیا کلاین(Julia Cline) سرپرست این پروژه در اداره تحقیقات ناسا لانگلی می‌گوید: وسایل نقلیه موجود قبلاً مونتاژ در فضا را در طول فرآیند طراحی در نظر نگرفته‌ بودند. بنابراین ما این فرصت را داریم که بگوییم ما این وسیله نقلیه را در فضا می‌سازیم.

پروژه MARVL از اداره ماموریت فناوری فضایی ناسا کمک مالی دریافت کرده است. این تیم شامل همکارانی از بوید لنکستر(Boyd Lancaster)، ناسا گلن(Glenn) و ناسا کندی(Kennedy)، دو سال فرصت دارند تا این مفهوم را توسعه دهند. آن ها قصد دارند پس از این دوره یک نمایش زمینی در مقیاس کوچک از طراحی MARVL انجام دهند.
چندین آژانس فضایی و نهادهای تجاری در حال بررسی استفاده از نیروی محرکه هسته‌ای برای مأموریت‌های سریع‌تر به منظور سفر به مریخ هستند. در دسامبر ۲۰۲۴، شرکت‌های آمریکایی «اد آسترا»( Ad Astra) و اسپیس‌نوکز(SpaceNukes) برای پیشبرد فناوری نیروی محرکه هسته‌ای با قدرت بالا(NEP) مشارکت کردند. هدف این همکاری تسریع توسعه سفرهای فضایی سریع‌تر و قابل اطمینان‌تر برای ماموریت‌های انسانی و رباتیک به مریخ است.

 

کشف یکی از دورترین ابرنواخترهای جهان

اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب( JWST ) یکی از دورترین و در نتیجه اولین ابرنواخترهای جهان را کشف کردند. این انفجار که حدود دو میلیارد سال پس از مه‌بانگ ، کیهان را تکان داده است ، مرگ یک ستاره هیولایی را رقم زده است.
انرژی بالای انفجار ابرنواختر AT 2023adsv می‌تواند نشان دهد که خواص انفجارهای ابرنواختری ممکن است در جهان اولیه متفاوت بوده باشند.

به گزارش اسپیس ، ابرنواخترها در جهان اولیه متفاوت بوده‌اند ، به خصوص زمانی که ستارگانی که منفجر می‌شدند یک هیولای ستاره‌ای با جرم ۲۰ برابر خورشید ما بوده‌اند.
این ابرنواختر که به عنوان بخشی از برنامه جیمز وب شناسایی شده است ، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا جزئیات بیشتری را به تصویر کیهانی زندگی و مرگ ستاره‌ای که در حال ساخت آن هستند ، اضافه کنند.

این ابرنواختر با نام AT 2023adsv حدود ۱۱.۴ میلیارد سال پیش در یک کهکشان عظیم اولیه فوران کرده است. به طور هیجان انگیزی ، این انفجار ستاره‌ای ممکن است تا حدودی متفاوت از ابرنواخترهایی باشد که به تازگی در جهان رخ می‌دهند. به طور خاص ، به نظر می‌رسد که این انفجار پرانرژی ، بسیار شدید بوده است.

دیوید کولتر(David Coulter)، محقق موسسه علمی تلسکوپ فضایی(STScI) می‌گوید: اولین ستارگان به طور قابل توجهی با ستارگان امروزی متفاوت بوده‌اند. آن ها عظیم بودند ، داغ بودند و انفجارهای واقعا عظیمی ایجاد می‌کردند. ما نمی‌دانیم که جیمز وب چند ابرنواختر پیدا خواهد کرد ، اما می‌توانیم شروع به حرکت به سمت نخستین سال‌های زندگی اولین ستاره‌ها کنیم و امیدوار باشیم که انفجارهای آن ها را ببینیم.

کیهان اولیه در مقایسه با کیهان مدرن نسبتا خسته کننده بود ، به خصوص وقتی محتویات شیمیایی آن را در نظر بگیریم. به این دلیل که عمدتا جهان اولیه از هیدروژن که سبک‌ترین و ساده‌ترین عنصر است با مقداری هلیوم که دومین عنصر سبک است ، ساخته شده بود. در جهان اولیه فقط تعداد کمی از عناصر سنگین‌تر وجود داشت که ستاره‌شناسان از آن ها به عنوان «فلز» یاد می‌کنند.

اولین نسل از ستارگان ، که به عنوان ستاره‌های جمعیت سه شناخته می‌شوند ، از تکه‌های بیش از حد متراکم در این سوپ کیهانی با مواد سبک متولد شدند. این ستارگان شروع به ترکیب هیدروژن و هلیوم و تبدیل آن ها به عناصر سنگین‌تر کردند.

هنگامی که پرجرم ترین ستارگان که جرم بیش از ۸ برابری خورشید داشتند ، ‌ به پایان سوخت خود برای همجوشی هسته‌ای رسیدند ، هسته آن ها فرو ریخت و سیاهچاله‌ها یا ستاره‌های نوترونی ایجاد شدند ، در حالی که لایه‌های بیرونی غنی از فلز آن ها در طی انفجارهای ابرنواختری پراکنده شد. این فرآیند باعث ایجاد ابرهای هیدروژن و هلیوم در اولین کهکشان‌های دارای عناصر سنگین شد. نسل دوم از ستارگان نسبت به نسل اول غنی‌تر از فلز بودند.

این اتفاق برای تولد نسل سوم ستارگان فلزی بسیار شدیدتر تکرار شد. سومین نسل از اجرام ستاره‌ای که ستارگان جمعیت یک هستند ، که ستاره ما یعنی خورشید ، به آن تعلق دارد، فلزات بیشتری دارند.

دانشمندان فکر می‌کنند که ماهیت فقیر از فلز ستارگان اولیه باعث شده عمر کوتاه‌تری داشته باشند. همچنین انفجارهای ابرنواختری که پایان زندگی آن ها را رقم زده است ، خشن‌تر از مرگ ستارگان نسل بعدی بوده است.

به نظر می رسد ۲۰۲۳adsv زمانی ستاره‌ای بسیار پرجرم بوده است ، شاید تا ۲۰ برابر جرم خورشید ما را داشته است.

ستاره‌هایی با چنین اندازه‌های هیولایی در جهان امروزی کمیاب هستند. ۲۰۲۳adsv همچنین با انرژی حدودا دو برابر انرژی متوسط ‌ابرنواختری که توسط ستارگان پرجرم مجاور ما ایجاد می‌شود ، منفجر شده است. این ابرنواخترهای اولیه باید فوق العاده درخشان باشند و بنابراین برای جیمز وب قابل مشاهده هستند. در واقع ، تاکنون بیش از ۸۰ ابرنواختر باستانی شناسایی شده است. ترکیب شیمیایی AT 2023adsv به این معنی است که به عنوان یکی از اولین ابرنواخترها شناخته می‌شود. این ابرنواختر آن قدر دور است و در نتیجه آن قدر در زمان عقب است که زمانی که نور آن برای اولین بار به سمت ما حرکت کرد ، کیهان کمتر از دو میلیارد سال سن داشت. این بدان معناست که این نور شش میلیارد سال قبل از تشکیل خورشید در حال حرکت به سمت ما بوده است.
انرژی انفجار بالای ۲۰۲۳adsv می‌تواندنشان‌دهنده این باشد که خواص انفجارهای ابرنواختری ممکن است در جهان اولیه متفاوت بوده باشد ، اما ما برای تایید این ایده به مشاهدات بیشتری نیاز داریم.

در سال ۲۰۲۶ ناسا قرار است تلسکوپ فضایی بزرگ بعدی خود یعنی تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن را به فضا پرتاب کند.
برآوردهای کنونی حاکی از آن است که میدان دید وسیع رومن ، هزاران ابرنواختر اولیه را برای چشم حساس فروسرخ جیمز وب پیدا می‌کند تا آن‌ها را بررسی و کاوش کند.

 

هوش مصنوعی کنترل میکروسکوپ‌ها را به‌عهده می‌گیرد

محققان در حال توسعه هوش مصنوعی هستند تا کنترل میکروسکوپ‌ها را به هوش مصنوعی بدهند و کار سریع‌تر و دقیق‌تر انجام شود.

ترکیب شیمیایی یک ماده به تنهایی ، گاهی اطلاعات کمی در مورد خواص آن ارائه می‌دهد. عامل تعیین کننده ، بیشتر ، آرایش مولکول‌ها در ساختار شبکه اتمی یا روی سطح ماده است. علم مواد از این عامل برای ایجاد ویژگی‌های خاص با اعمال اتم‌ها و مولکول‌ها روی سطوح با کمک میکروسکوپ‌های با کارایی بالا استفاده می‌کند. این موضوع بسیار وقت‌گیر بوده و همچنین نانوساختارهای ساخته شده به نسبت ساده هستند. یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه گرتس اتریش با استفاده از هوش مصنوعی می‌خواهد ساخت نانوساختارها را بهبود دهند. نتایج کار آن‌ها در مقاله‌ای در مجله Computer Physics Communications منتشر شده‌است.

اولیور هافمن از مؤسسه فیزیک حالت جامد که سرپرستی این گروه تحقیقاتی را بر عهده دارد، می‌گوید: «ما می‌خواهیم یک سیستم هوش مصنوعی خودآموز ایجاد کنیم که مولکول‌های منفرد را به‌صورت خودکار و در کمترین زمان در یک جهت درست برای رسیدن به خاصیت مورد نظر قرار دهد. با این کار می‌توان تولید ساختارهای مولکولی بسیار پیچیده ، از جمله مدارهای منطقی در مقیاس نانومتری را امکان‌پذیر کرد.»
مکان‌یابی تک‌تک مولکول‌ها روی سطح یک ماده با استفاده از میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی انجام می‌شود. نوک کاوشگر یک تکانه الکتریکی برای جابه‌جایی مولکولی که حامل آن است را ایجاد می‌کند.

هافمن می‌گوید: «یک محقق برای تکمیل این مرحله برای یک مولکول ساده به چند دقیقه نیاز دارد. اما برای ساختن ساختارهای پیچیده ، هزاران مولکول پیچیده باید به‌صورت جداگانه قرار گرفته و سپس نتیجه آزمایش شود.»

میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی نیز می‌تواند توسط رایانه کنترل شود. تیم هافمن اکنون می‌خواهد از روش‌های مختلف یادگیری ماشینی استفاده کند و چنین سیستم رایانه‌ای را به‌دست آورد تا مولکول‌ها را به‌طور مستقل در موقعیت صحیح قرار دهد.

ابتدا از روش‌های هوش مصنوعی برای محاسبه یک طرح بهینه استفاده می‌شود که کارآمدترین و قابل اعتمادترین رویکرد برای ساخت سازه را توصیف می‌کند. سپس الگوریتم‌های هوش مصنوعی خودآموز ، نوک کاوشگر را کنترل می‌کنند تا مولکول‌ها به‌طور دقیق مطابق با نقشه قرار گیرند.

هافمن توضیح می‌دهد: «موقعیت‌یابی مولکول‌های پیچیده با بالاترین دقت فرآیند دشواری است زیرا هم‌ترازی آن ها با وجود بهترین کنترل ممکن ، همیشه در معرض درجه‌ خاصی از شانس است. محققان این احتمال شرطی را در سیستم هوش مصنوعی ادغام خواهند کرد تا همچنان به‌طور قابل اعتماد عمل کند.

محققان با استفاده از یک میکروسکوپ تونلی روبشی کنترل‌شده با هوش مصنوعی که می‌تواند به‌صورت شبانه‌روزی کار کند ، درنهایت می‌خواهند به اصطلاح کورل‌های کوانتومی بپردازند. کورل‌های (مرجان‌ها ) کوانتومی نانوساختارهایی به شکل دروازه هستند که می‌توانند برای به دام انداختن الکترون‌ها از موادی که روی آن‌ها قرار گرفته‌اند استفاده شود. سپس خواص موج مانند الکترون‌ها منجر به تداخل مکانیکی کوانتومی می‌شود که می‌تواند برای کاربردهای عملی مورد استفاده قرار گیرد.