براي سفر در ميان ستارگان، به چه فضاپيمايي نياز خواهيم داشت؟

در نوشتار پيشين با نام «سفر در ميان ستارگان؛ آيا ما براي ترك زمين آماده‌ايم؟» اين موضوع را مطالعه كرديم كه براي تحقق سفرهايي طولاني و بدون‌بازگشت به اعماق فضا، ما به چه دستاوردهاي فناورانه‌اي روي زمين نياز خواهيم داشت. در اين نوشتار مي‌خواهيم يكي از مسائل عملي پيش‌رو در برنامه‌ريزي چنين سفري را با دقت بيشتري موشكافي كنيم: ابعاد فضاپيماي موردنياز.

شكي نيست كه جهان ما يك مكان به‌غايت بزرگ است و امروزه ما به‌‌لطف محدوديت‌هاي كشف‌شده به‌‌واسطه‌‌ي علم نسبيت خاص مي‌‌دانيم كه سفر به نزديك‌ترين سيستم‌هاي ستاره‌اي مجاور، هزاران سال زمان خواهد برد. برآورد مي‌‌شود كه سفر به نزديك‌ترين سيستم ستاره‌اي (آلفا قنطورس) با استفاده از تجهيزات فعلي مي‌‌تواند بين ۱۹ هزار تا ۸۱ هزار سال طول بكشد. پس بيهوده نيست كه بسياري از انديشه متخصصينيه‌پردازان توصيه مي‌‌كنند كه بشريت بايد براي انجام چنين سفرهايي از «فضاپيما‌هاي چندنسلي» بهره ببرد تا بتواند نژاد خود را در ساير نقاط فضاي ميان‌‌ستار‌‌ه‌‌اي توسعه دهد. طبيعتا، چنين پروژه‌اي چالش‌هاي زيادي را دربرخواهد داشت كه كم‌‌ترين آن شايد تعيين ابعاد فضاپيمايي باشد كه قرار است چندين نسل انسان را با خود به اعماق فضاي بي‌‌كران ببرد.

در يك مطالعه‌‌ي تازه، دانشمندان جهان اين پرسش واقعي را مطرح كرده‌‌اند و در پاسخ گفته‌‌اند ميزان فضاي داخلي چنين سفينه‌‌اي احتمالا بايد چقدر باشد.

فردريك مارين از رصدخانه‌‌ي اخترشناسي استراسبورگ و كاميل بلوفي، فيزيكدان ذره به‌‌همراه يك شركت نوپاي علمي به نام Casc4de انجام اين مطالعه را به‌‌عهده داشتند. در ادامه نيز ريس تيلور از مؤسسه‌‌ي اخترشناسي  آكادمي علوم جمهوري چك و لوييگ گراو از شركت مهندسي ساخت Morphosense نيز به جمع پژوهشگران اين مطالعه پيوستند.

اين مطالعه در حقيقت ‌‌آخرين مورد انجام‌‌شده از مجموعه مطالعاتي است كه ازسوي مارين و بلوفي باهدف مطالعه چالش‌هاي اعزام يك فضاپيماي چندنسلي به يك سيستم ستاره‌‌اي ديگر انجام مي‌‌گيرد. در يكي از مطالعات قبلي، آن‌ها به اين موضوع پرداخته بودند كه حداقل ابعاد يك فضاپيماي چندنسلي باهدف سالم رساندن مسافران خود به مقاصد دوردست چقدر بايد باشد.

آن‌ها اين كار را با كمك يك نرم‌افزار كد عددي سفارشي با نام HERTITAGE (به‌‌معني ميراث) انجام دادند كه توسط خود مارين ساخته شده بود. مارين در توصيف اين نرم‌‌افزار مي‌‌گويد كه HERITAGE درواقع يك كد تصادفي مونت كارلو است كه همه‌‌ي نتايج احتمالي ناشي از شبيه‌سازي فضايي را با آزمايش تك‌‌تك سناريوهاي تصادفي مربوط‌‌به زاد‌‌و‌‌ولد، زندگي و مرگ در انديشه متخصصين مي‌‌گيرد.

آن‌ها چنين تحليلي مي‌‌كنند كه حداقل به ۹۸ نفر براي انجام يك مأموريت چندنسلي به‌‌مقصد يك سيستم ستاره‌‌اي ديگر نياز خواهد بود تا ريسك اختلالات ژنتيكي و ديگر اثرات منفي مرتبط با ازدواج‌‌هاي داخلي به حداقل برسد. در خلال اين مطالعه، تيم به يك پرسش مهم ديگر در ارتباط‌‌با نحوه‌‌ي تغذيه‌ي افراد نيز پرداخت.

با درانديشه متخصصينگرفتن ريسك فساد مواد غذايي خشك طي اين سفر طولاني، تكيه بر اين نوع منبع غذايي قطعا يك گزينه‌‌ي عملي محسوب نخواهد شد؛ بنابراين سفينه و خدمه‌‌ي آن بايد آمادگي كشت محصولات غذايي خود را در حين سفر داشته باشند.

مارين بر اين باور است كه در موضوعي مانند سفر فضايي، يكي از مهم‌‌ترين مسائل پيش‌‌رو، ابعاد چنيني فضاپيمايي است:

هرچه يك ماهواره سنگين‌تر باشد، پرتاب آن به فضا پرهزينه‌‌تر خواهد بود. پس مي‌‌توان انتظار داشت فضاپيماي بزرگ‌‌تر و سنگين‌‌تر نيز به‌‌معناي سيستم پيشرانه‌‌ي پيچيده‌‌تر و پرهزينه‌‌تر باشد. در حقيقت، ابعاد سفينه‌‌ي فضايي بسياري از پارامترهاي ديگر را محدود خواهد كرد. درمورد يك كشتي فضايي چندنسلي بايد گفت مقدار غذايي كه ما مي‌توانيم توليد كنيم، به‌‌طور مستقيم تحت تاثير وسعت فضاي داخلي سفينه خواهد بود. اين فضا نيز به‌نوبه‌ي خود وابسته به ميزان جمعيت سرنشينان است. ابعاد، توليد غذا و جمعيت درحقيقت به‌طور ذاتي به يكديگر وابسته هستند.

علاوه‌‌بر اين، تيم همچنين نيازهاي كالري خدمه را نيز در انديشه متخصصين گرفت تا به برآوردي دقيق درمورد ميزان غذاي موردنياز در هر سال دست يابد. آن‌ها در شبيه‌‌سازي‌‌هاي خود همچنين از داده‌هاي انساني براي تعيين ميزان كالري موردنياز براساس سن، وزن، قد، سطح فعاليت و ديگر داده‌هاي پزشكي سرنشينان بهره بردند. پژوهشگران مي‌‌گويند:

با استفاده از معادله‌‌ي هريس-بنديكت در تخمين نرخ متابوليك پايه‌‌ي افراد، ما ارزيابي كرديم كه هر فرد چند كيلو كالري در هر روز بايد مصرف كند تا وزن ايده‌آل بدنش حفظ شود. ما تغييرات وزن و قد افراد را براي يك جمعيت واقعي از افراد با ويژگي‌هاي مختلفي نظير چاقي و لاغري و نيز بلندقامتي يا كوتاه‌‌قامتي در انديشه متخصصين گرفتيم. هنگامي‌‌كه اين الزامات كالري محاسبه شد، ما توانستيم محاسبه كنيم كه ساليانه چقدر مواد غذايي مي‌‌توان از روش‌‌هاي كشت ژئوپونيك، هيدروپونيك و آئروپونيك در هر كيلومترمربع زمين برداشت كرد.

سپس پژوهشگران مبناي محاسبات كلي خود را روي يك گروه نسبتا بزرگ (۵۰۰ نفري) قرار دادند و يك شماي كلي از نيازهاي فعلي را ترسيم كردند. همان‌‌طور كه مارين توضيح مي‌‌دهد:

ما دريافتيم كه براي يك جمعيت ناهمگون ۵۰۰ نفره از پرسنل كه داراي يك رژيم غذايي متعادل و مبتني‌‌بر همه‌‌چيزخواري هستند، ۰.۴۵ كيلومترمربع زمين مصنوعي موردنياز خواهد بود تا در آن از تركيبي از آئروپونيك (براي كشت ميوه‌ها، سبزيجات، نشاسته، شكر و روغن) و كشاورزي سنتي (براي گوشت، ماهي، لبنيات و عسل) براي تأمين مواد غذايي استفاده شود.

اين محاسبات همچنين برخي از محدوديت‌هاي معماري را براي حداقل ابعاد خود كشتي فضايي مطرح مي‌‌كند. با فرض اينكه فضاپيما براي توليد گرانش مصنوعي از نيروي گريزازمركز بهره ببرد(يعني ساختاري مانند يك استوانه‌‌ي دوار)، نياز به سفينه‌‌اي با حداقل ۲۲۴ متر شعاع و ۳۲۰ متر طول نياز خواهيم داشت. مارين مي‌‌افزايد:

البته به‌‌غير از كشاورزي به تسهيلات ديگري نظير محل اسكان، اتاق‌هاي كنترل، مولد برق، جرم واكنشي و موتورهاي واكنشي نيز نياز داريم كه اين ابعاد سفينه‌‌ي فضايي را حداقل دو برابر بزرگ‌تر خواهد ساخت. جالب اينجا است كه حتي اگر طول سفينه‌‌ي فضايي را دو برابر كنيم، به سازه‌‌اي خواهيم رسيد كه هنوز هم از بلندترين برج جهان-يعني برج خليفه باارتفاع ۸۲۸ متر، كوچك‌‌تر است.

اين مطالعه براي طرفداران اكتشافات فضاي بين‌‌ستاره‌اي و طراحان مأموريت‌‌هاي فضايي بسيار حائز اهميت است؛ چراكه در آن تصويري روشن از معماري كلي يك فضاپيماي چندنسلي ارائه شده است. دركنار گزاره‌‌هاي انديشه متخصصيني، اين مطالعات اعداد و ارقامي كاملا واقعي را ارائه داده‌‌اند كه روزي ممكن است به‌‌كار دانشمندان آيد. همان‌‌طور كه مارين توضيح مي‌‌دهد اين پروژه به‌‌ظاهر بزرگ مي‌‌تواند بيش‌‌تر از آنچه فكر مي‌‌كرديم، قابليت اجرايي داشته باشد:

اين پژوهش به ما بينشي درمورد امكان ساخت سفينه‌‌هاي چندنسلي مي‌دهد. ما هم‌‌اكنون نيز قادر هستيم چنين سازه‌هاي بزرگي را اينجا روي زمين بسازيم. درحال‌‌حاضر، ما با دقت بالايي ميزان مساحت موردنياز براي كشاورزي در اين سفينه‌‌هاي بزرگ را محاسبه كرده‌‌ايم؛ به‌‌گونه‌‌اي كه امكان تغذيه‌‌ي مردم در طول سفرهاي چندسده‌‌اي فراهم باشد.

مارين مي‌‌گويد كه اين قضيه احتمالا موضوع بعدي موضوع مطالعه‌‌ي آن‌ها خواهد بود:

در اعماق فضا (دور از سيارات، اقمار و خرده سياره‌ها)، جمع‌آوري آب ممكن است بسيار دشوار باشد. بنابراين، ممكن است روي عرشه با اشكال كمبود آب مواجه شويم. ما بايد پژوهش‌‌هاي آينده‌‌ي خود را به حل اين معضل اختصاص دهيم.

مشابه با تمامي ديگر مسائل مطرح درزمينه‌‌ي اكتشافات فضايي دور، اگر بخواهيم پاسخي براي اين پرسش بيابيم كه «آيا واقعا انجام اين سفر انجام‌‌پذير است؟» بايد باز هم بگوييم كه پاسخ به اين بستگي دارد كه چقدر مي‌‌خواهيم هزينه كنيم.

شكي نيست كه انجام يك مأموريت ميان‌‌ستاره‌اي (فارغ از نحوه‌‌ي انجام آن)، نيازمند اختصاص دادن مقادير عظيمي از زمان، انرژي و منابع خواهد بود.

اين امر همچنين مستلزم آن است كه مردم حاضر به ريسك بر سر جان خود نيز باشند؛ بنابراين چنيني سفري عرصه‌‌اي است كه تنها افراد ماجراجو قدم در آن خواهند نهاد؛ اما شايد بايد پذيرفت كه بيش از هرچيز ديگري، ما نياز به انگيزه و اراده‌‌ي كافي خواهيم داشت. بدون احساس ضرورت يا نياز شديد (در موقع بحران)، به‌‌سختي مي‌توان تصور كرد كه چنين عزمي در نسل ما ايجاد شود.

بااين‌حال، آگاهي از اينكه آغاز چنين پروژه‌اي به چه ميزان صرف زمان، پول و منابع نياز خواهد داشت، سنگ‌‌بناي اوليه‌‌ي كار است. تنها پس از گذر از اين مرحله، بشر مي‌‌تواند تصميمي بگيرد كه آيا حاضر به خروج از سرزمين مادري خود خواهد بود يا خير. بشر پيش‌تر نيز نشان داده است كه شجاعت كافي را براي ترك موطن خود و سفر تا فتح سرزمين‌هاي دوردست و ناشناخته دارد؛ كسي چه مي‌داند آن روز كه نفس ما «ناباوران» بر اين سياره‌ي جديد و لم‌يزرع به شماره مي‌افتد، نوادگان ماجراجويان نسل كريستف كلمب‌، در روياي يافتن هندوستان‌هاي جديد، چه اَبَرتمدن‌هاي تازه‌اي را برپا خواهند كرد؟