نانو فضاپیمای ناسا سریع ترین فضاپیمای جهان

 سازمان فضایی ناسا به دنبال ساخت نانو فضاپیمایی است که می تواند با سرعتی معادل یک پنجم سرعت نور حرکت کند. اما آیا این فضاپیما می تواند در سفر ۲۰ ساله خود به ستاره آلفا قنطورس (Alpha Centauri) دوام بیاورد؟
 
گروهی از دانشمندان، از جمله استیون هاوکینگ در ماه اپریل پروژه قابل تامل جدیدی را برای اکتشاف در فضای میان ستاره ای معرفی کردند. طبق این طرح جدید قرار است یک فضاپیمای نانو که به اندازه یک تمبر پستی است با استفاده از امواج لیزر به سمت نزدیک ترین ستاره به منظومه شمسی، یعنی آلفا قنطورس پرتاب شود.

اگر آن ها بتوانند فضاپیمای کوچک خود به نام StarChip را با ۲۰ درصد سرعت نور روانه ستاره آلفا قنطورس کنند، این فضاپیما فقط در مدت ۲۰ سال به مقصد خواهد رسید. اما چگونه ممکن است قطعات الکترونیکی چنین فضاپیمای کوچک و آسیب پذیری بتواند طی مدت ۲۰ سال از خطرات موجود در فضا جان سالم به در ببرد؟

به گفته محققان سازمان فضایی ناسا و موسسه علم و فناوری کره، مشکل اصلی پروژه Breakthrough Starshot هاوکینگ چیزی به نام تشعشع (radiation) است.

اشعه های پر انرژی موجود در فضا همانگونه که اثرات مخربی بر بدن فضانوردان می گذارد، قادر است نقص های جدی در لایه دی اکسیدی تراشه های سیلیکونی به وجود آورد. این یعنی قطعات در مدت زمانی خیلی کمتر از ۲۰ سال دچار مشکل شده و از کار کردن باز می مانند.

پس راه چاره چیست؟ همانگونه که محققان این گروه اشاره می کنند: می توان با انتخاب مسیری در فضا که تابش تشعشعات کیهانی به فضاپیما در آن حداقل است، این مانع را از سر راه برداشت.

اما این راه حل نیز مشکلاتی به همراه دارد. برای مثال، این کار می تواند مسافت و زمان ماموریت را افزایش داده و همچنین همان مقدار اندک تشعشعات نیز می تواند روی قطعات مهم یک فضاپیمای کوچک تاثیرات مخرب چشمگیری داشته باشد.

راه حل دیگر این است که یک پوشش محافظ روی قطعات الکترونیکی قرار گیرد تا آسیب دیدگی های ناشی از پرتو های کیهانی را کاهش دهد. اما این روش هم مشکلاتی به همراه دارد، زیرا با اضافه شدن پوشش محافظ به فضاپیما، حجم و جرم آن افزایش یافته و سرعت آن کاهش می یابد. قطعا یک فضاپیمای بزرگ تر و سنگین تر نمی تواند با سرعتی در حد StarChip اصلی حرکت کند، در نتیجه مدت زمان ماموریت افزایش می یابد.

اما راه حل سومی وجود دارد که می تواند به همه این مشکلات خاتمه دهد: اگر بتوانیم نانو فضاپیمایی بسازیم که در راه حرکت به سوی آلفا قنطورس به صورت خودکار بتواند آسیب دیدگی های ناشی از تشعشعات را تعمیر کند، همه مشکلات حل می شود.

به گفته یکی از پژوهشگران ناسا به نام جین وو هان، سال های سال است که روی تراشه های خود ترمیم پذیر (On-chip healing) تحقیق صورت می پذیرد.

کارشناسان موسسه علم و فناوری کره جنوبی معتقدند: با استفاده از ترانزیستور نانوسیم gate-all-around می توان از جریان الکتریکی برای گرم کردن تراشه به کار رفته در نانو فضاپیما استفاده کرد و بدین وسیله آسیب دیدگی های وارد شده توسط تشعشعات را ترمیم نمود.

ایده این طرح به این صورت است که تراشه به کار رفته در فضاپیما هر چند سال یک بار در طول سفر از کار افتاده و خاموش می شود؛ در این زمان گرمای تولید شده توسط ترانزیستور عیوب ناشی از پرتو ها را ترمیم می کند.

نهایتا پس از این که تراشه به اندازه کافی ترمیم شد، مجددا فعال شده و فعالیتش را از سر می گیرد.

محققان می گویند طبق تحقیقاتی که در محیط آزمایشگاهی انجام شده است، فرایند گرما دهی توسط ترانزیستور های نانوسیم می تواند تا ۱۰ هزار بار حافظه فلش و تا ۱۰ به توان ۱۲ مرتبه حافظه DRAM را بازسازی کند.

اگرچه این راه حل برای به کارگیری در یک فضاپیما در حد یک فرضیه بوده و سایر پژوهشگران هنوز این پژوهش را به درستی مورد ارزیابی قرار نداده اند، ولی این گروه ادعا می کنند که به کارگیری این روش از نظر فنی در ماموریت های طولانی میان ستاره ای مثل Breakthrough Starshot امکان پذیر است.

البته حصول اطمینان از این که قطعات الکترونیکی به خوبی عمل می کنند، فقط بخشی از پازل این پروژه بلند پروازانه است.

اگر یک نانو فضاپیما بخواهد به ستاره آلفا قنطورس سفر کند، با خطراتی فراتر از تشعشعات کیهانی رو به رو خواهد شد که برخورد کیهانی با گاز ها و غبار های شناور در فضا یکی از آن هاست.

اوایل سال جاری، گروه علمی پروژه Breakthrough Starshot دست به انجام آزمایش های متعددی زدند تا این خطرات را ارزیابی کنند. آن ها متوجه شدند که برخورد با این ذرات و به خصوص غبار آلات می تواند فاجعه بار باشد. این یعنی باید حداقل یک لایه محافظ به بدنه فضاپیما اضافه شود.

پیش از آن که این ماموریت حیرت انگیز جامه عمل به خود بپوشد، راه درازی در پیش بوده و تحقیقات فراوان دیگری باید انجام شود، همان گونه که علم نیز مثل StarChip سفری دور و درازی را مقابل خود دارد.

در هر صورت ما بی صبرانه مشتاق شنیدن اخبار جدیدی از پیشرفت این ماموریت میان ستاره ای هستیم.

به گزارش کلیک؛ این پژوهش هفته گذشته در اجماع جهانی دستگاه های الکترونی (International Electron Devices Meeting) ارائه شد.