انسان‌ ها با این تکنیک می‌توانند فضا را به تسخیر خود در بیاورند

به گزارش گروه دانش و فناوری، پس از قدم نهادن انسان روی ماه، اشتیاق مالیات‌دهندگان آمریکایی برای پشتیبانی از برنامه‌های جاه‌طلبانه ناسا کاهش یافت. همین نیز ناسا را مجبور کرد که با بودجه‌ای کاهش یافته بسازد و برنامه‌های خود را محدود کند. در طول دهه‌های اخیر ناسا چندان تمایلی برای فرستادن انسان به دیگر سیاره‌ها نشان نداده و بیشتر روی ارسال مدارگرد، کاوشگر و تلسکوپ متمرکز بوده است.

فوتوسنتز مصنوعی کلید طلایی انسان برای تسخیر فضا

هرچند ظاهرا شرایط در حال تغییر است و ناسا می‌خواهد با کمک سایر آژانس‌های فضایی مطرح شرایط را برای تسخیر فضا توسط انسان مهیا کند. آنها در ابتدا چند سفر به ماه خواهند داشت و سپس پس از ساخت چند پایگاه دائمی روانه مریخ خواهند شد. هرچند مریخ هم ایستگاه پایانی نخواهد بود و کل منظومه شمسی به‌تدریج زیر پای انسان قرار خواهد گرفت.

البته در این راه چالش‌های متعددی وجود دارند. مهمترین مشکل بحث تامین اکسیژن مورد نیاز خدمه است. برای یک سفر فضایی تجهیزات زیادی مورد نیاز است که وزن و حجم قابل توجهی را به‌خود اختصاص می‌دهند. هرچه وزن بیشتر باشد به انرژی و به‌تبع آن سوخت بیشتری برای فرار از جاذبه زمین و رفتن به فضا نیاز داریم.

بنابراین سازمان‌های فضایی همیشه باید بیشترین امکانات را در کمترین حجم و با وزنی محدود آماده کنند. در غیر اینصورت در دوری باطل بین افزایش وزن و افزایش سوخت مورد نیاز خواهند افتاد. همچنین فراموش نکنید که سفرهای فضایی طولانی هستند و نمی‌توان به‌راحتی تجهیزات را انتقال داد. مثلا سفر یک‌طرفه به‌مریخ ۲ سال طول می‌کشد.

اینجاست که Katharina Brinkert، استاد دانشگاه واریک انگلستان با راه‌حل خاص خود وارد می‌شود تا مسیر انسان برای تسخیر فضا کمی راحت‌تر باشد. راه‌حل او فتوسنتز مصنوعی است. عوامل زیادی به‌شکل‌گیری حیات در کره‌ زمین کمک کردند؛ اما در میان آنها نقش فوتوسنتز بسیار پررنگ بوده است. فرآیندی که ۲.۳ میلیارد سال قدمت دارد و هنوز بخش‌هایی از آن کاملا درک نشده است.

به‌لطف فتوسنتز گیاهان و دیگر ارگانیسم‌ها می‌توانند از نور خورشید، آب و کربن‌دی‌اکسید استفاده کرده و آنها را به اکسیژن و انرژی (به‌شکل قند) تبدیل کنند. انسان‌ ها فتوسنتز را امری بدیهی تلقی می‌کنند؛ اما وقتی صحبت از تسخیر فضا می‌شود، متوجه می‌شویم که حضور آن فو‌ق‌العاده ضروری است.

البته تاکنون راه‌حل‌های مختلفی برای مشکل کمبود اکسیژن در سفرهای فضایی مطرح شده است؛ اما هیچکدام بی‌نقص نبود‌ه‌اند. به‌عنوان مثال در ایستگاه فضایی بین‌المللی از روشی به‌نام الکترولیس استفاده می‌کنند. در این روش الکتریسیته دریافت شده از پنل‌های خورشیدی ایستگاه برای تبدیل آب به هیدروژن و اکسیژن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین در این روش سیستم جداگانه‌ای نیز تعبیه شده است که می‌تواند کربن‌دی‌اکسید بازدم فضانوردان را به آب و متان تبدیل کند. هرچند اینگونه فناوری‌ها چندان قابل اتکا و بهینه نیستند و البته وزن زیادی هم دارند. همچنین تعمیر و نگهداری آنها سخت است. علاوه بر اینها، یک‌سوم از انرژی مورد نیاز ایستگاه فضایی بین‌المللی صرف فرآیند تولید اکسیژن می‌شود.

یک روش دیگر استفاده از خاک ماه برای تولید اکسیژن است. هرچند این روش نیز چندان برای تسخیر فضا توسط انسان مناسب نیست؛ زیرا از طرفی به‌دمای بسیار زیادی نیاز دارد و از طرفی دیگر ترکیب خاک ماه در مناطق مختلف متفاوت است. این موارد باعث شده‌اند که دانشمندان به‌دنبال راه‌های جایگزین برای تولید اکسیژن در فضا باشند.

یکی از گزینه‌های مناسب استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید اکسیژن و بازیافت کربن‌دی‌اکسید در یک دستگاه است. تنها ورودی مورد نیاز این دستگاه علاوه بر انرژی خورشیدی، آب خواهد بود. از آنجایی که قرار نیست تجهیزات بسیار پیچیده دو فرآیند جداگانه را برای دریافت نور و جداسازی مواد شیمیایی تولیدی انجام دهند، این روش بر روش ISS برتری دارد.

دستگاه‌هایی که با این روش کار می‌کنند هم وزن کمتری دارند و هم حجم کمی را اشغال می‌کنند. همچنین نسبت به سایر روش‌ها بهینه‌تر هستند. این موارد در یک سفر فضایی ارزش بسیار زیادی دارند. Brinkert همچنین تاکید کرد که آنها می‌توانند از انرژی گرمایی آزاد شده در طول فرآیند جذب انرژی خورشیدی برای سرعت بخشیدن به فرآیندهای شیمیایی استفاده کنند. در این روش‌ سیم‌کشی‌های پیچیده و تعمیر و نگهداری سنگین نیز کاهش خواهد یافت.

برینکرت در ادامه گفت که تیم تحت هدایت وی یک چهارچوب نظری را برای بررسی و پیش‌بینی نحوه عملکرد دستگاه فوتوسنتز مصنوعی در ماه و مریخ آماده کرده‌اند. در گیاهان سبزینه یا همان کلروفیل مسئول جذب نور است؛ اما در سیستم جدید مواد نیمه‌رسانا استفاده شده‌اند. این مواد نیز با لایه‌های ساده‌ای از برخی کاتالیزورهای فلزی پوشیده شده‌اند تا واکنش شیمیایی زودتر انجام شود.

مدل اولیه نشان داد که این دستگاه می‌تواند به‌راحتی جایگزین فناوری‌های فعلی انسان ها برای تسخیر فضا شوند. نکته جالب اینکه در این روش نیازی به دمای بالا نداریم و دستگاه می‌تواند در دمای اتاق و فشار مریخ یا ماه به‌عملکرد خود ادامه دهد. البته یک مسئله بسیار مهم تامین آب مورد نیاز برای این روش است.

دانشمندان تاکید کردند که فضانوردان ناسا قرار است در گودال شکلتون در نزدیکی قطب جنوب ماه فرود بیایند. جایی که انتظار می‌رود آب به‌صورت یخ‌زده وجود داشته باشد. در مریخ نیز ۹۶ درصد اتمسفر از کربن‌دی‌اکسید تشکیل شده و این شرایط برای یک دستگاه فتوسنتز مصنوعی ایده‌آل است. تنها مسئله در مریخ فاصله بیشتر این سیاره از خورشید است که باعث می‌شود نور را با شدت کمتری دریافت کند.

تیم مربوطه برای این مسئله نیز راه‌حل دارد و می گوید که باید پنل‌های خورشیدی بهینه‌تر و قدرتمند‌تری را برای مریخ آماده کنیم. البته این دستگاه صرفا در حد یک ایده است و دانشمندان باید سال‌ها روی آن کار کنند تا بتواند پاسخگوی نیاز فضانوردان در شرایط مختلف بوده و در سفرهای طولانی‌مدت به‌مشکل برنخورد. مخصوصا اینکه انسان در برنامه خود برای تسخیر فضا فقط به ماه و مریخ محدود نخواهد شد و برای سفر به دیگر سیاره‌ها نیز باید مدت بسیار زیادی درون فضاپیما بماند. آیا این روش برای چنین شرایطی مناسب است؟ در حال حاضر نه، ولی در آینده چرا.

این روش می‌تواند کاربردهای بیشتری نیز داشته باشد. مثلا انسان می‌تواند در ماموریت‌های طولانی‌‌مدت جو مصنوعی ایجاد کند و مواد مورد نیاز برای چنین سفرهایی را (مثلا پلیمر، کود یا ترکیبات دارویی) در فضا تولید کند. از طرفی این روش فقط مختص کاوش‌های فضایی نخواهد ماند و می‌تواند به چالش انرژی‌های سبر در کره زمین نیز کمک کند.