رازگشایی از سیارات قابل سکونت: آلیاژ جدید ناسا، کلید ساخت خانههای فضایی!
آیا به دنبال سیاراتی شبیه به زمین در اعماق فضا میگردید؟ آیا میخواهید بدانید ناسا چگونه خانههایی جدید در فضا خواهد ساخت؟ در این مقاله، به بررسی آخرین دستاورد ناسا در زمینه کشف سیارات فراخورشیدی و نقش آلیاژ جدید در این ماموریت میپردازیم.
در یک پیشرفت چشمگیر، ناسا از آلیاژ جدیدی رونمایی کرده است که میتواند کلید دستیابی به تلسکوپهای فضایی فوقالعاده پایدار مورد نیاز برای شناسایی سیارات فراخورشیدی و پتانسیل سکونتپذیری آنها باشد. این ماده جدید، که به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد انبساط حرارتی منفی (NTE) شناخته میشود، امکان ساخت سازههایی را فراهم میکند که حتی در شرایط تغییرات شدید دما نیز فوقالعاده پایدار باقی میمانند. این دستاورد بزرگ، که در آخرین بهروزرسانی ناسا به آن اشاره شده است، گامی مهم در جستجوی سیارات فراتر از منظومه شمسی ما به شمار میرود و میتواند فناوری رصد فضا را متحول کند.
ماموریت ناسا در جستجوی سیارات فراخورشیدی و نیاز به تلسکوپهای پایدار
ماموریت دیرینه ناسا برای تعیین وجود حیات فراتر از زمین، به یک جنبه حیاتی وابسته است: توانایی شناسایی سیارات فراخورشیدی که میتوانند از حیات پشتیبانی کنند. دانشمندان ناسا از طریق تلسکوپها میتوانند نور ستارگان عبوری از جو سیارات دوردست را تجزیه و تحلیل کرده و جزئیاتی را در مورد ترکیب و پتانسیل سکونتپذیری آنها آشکار کنند. در طول دو دهه گذشته، این تلاشها منجر به برخی از اکتشافات باورنکردنی شده است. با این حال، فناوری مورد نیاز برای مطالعه سیارات در فاصلههای چند سال نوری با چالشهای بسیاری روبرو است.
یکی از مهمترین موانع، نیاز به پایداری فوقالعاده در ابزارهای مورد استفاده برای رصد است. تلسکوپهای فضایی فعلی، مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، محدودیتهای ممکن را جابجا کردهاند، اما ماموریتهای آینده به فناوری پیشرفتهتری برای رصد سیاراتی به کوچکی زمین نیاز دارند. هدف برای رصدخانه دنیاهای قابل سکونت (Habitable Worlds Observatory) دستیابی به نسبت کنتراست یک به یک میلیارد است، شاهکاری نجومی که نیازمند مواد و فناوریهای جدید و انقلابی برای پشتیبانی از چنین عملیات حساسی است.
[تصویر تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا بر روی ساختار پشتیبانی و محمولههای ابزار]
تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا بر روی ساختار پشتیبانی و محمولههای ابزار قرار دارد. میلههای مشکی بلندی که آینه ثانویه تلسکوپ را نگه میدارند، تقریباً ۳۰ درصد از خطای جبهه موج را تشکیل میدهند، در حالی که ساختار پشتیبانی بزرگتر زیر آینه اصلی ۳۰ درصد دیگر را تشکیل میدهد. (اعتبار: NASA/Chris Gunn)
نقش انبساط حرارتی منفی (NTE) در تلسکوپهای فضایی
یکی از مهمترین محدودیتهای طراحی فعلی تلسکوپها در نحوه واکنش مواد به نوسانات دما نهفته است. مواد سنتی هنگام گرم شدن منبسط و هنگام سرد شدن منقبض میشوند که این امر باعث ناپایداری ابعادی در اجزای تلسکوپ میشود. این فشار حرارتی میتواند بر آینهها و اجزای سازهای تأثیر بگذارد و منجر به خطا در اندازهگیریها و مشاهدات شود.
آلیاژ ALLVAR Alloy 30 که به تازگی توسعه یافته است، راه حلی برای این مشکل ارائه میدهد. برخلاف بیشتر مواد که هنگام گرم شدن منبسط میشوند، ALLVAR Alloy 30 دارای انبساط حرارتی منفی (NTE) است، به این معنی که هنگام گرم شدن منقبض و هنگام سرد شدن منبسط میشود. این ویژگی منحصر به فرد به آن اجازه میدهد تا انبساط و انقباض سایر مواد مورد استفاده در ساختارهای تلسکوپ را جبران کند و سطح پایداری را فراهم کند که قبلاً دستیابی به آن غیرممکن بود.
[تصویر مونتاژ هگزاپاد با میلههای ALLVAR Alloy]
مونتاژ هگزاپاد با شش میله ALLVAR Alloy برای پایداری طولانی مدت اندازه گیری شد. پایداری میلههای منفرد و مجموعه هگزاپاد با استفاده از تداخل سنجی در موسسه فیزیک نجومی و انرژی بالای دانشگاه فلوریدا اندازه گیری شد. مشخص شد که میلهها دارای نویز طولی بسیار کمتر از هدف پیشنهادی برای معیارهای موفقیت پروژه هستند. (اعتبار: (چپ) ALLVAR و (راست) Simon F. Barke, Ph.D.)
نحوه آزمایش قابلیتهای آلیاژ توسط ناسا و ALLVAR
برای آزمایش پتانسیل این ماده نوآورانه، تیم ناسا با ALLVAR، شرکتی متخصص در آلیاژهای پیشرفته، همکاری کرد. آنها با هم، یک ساختار هگزاپاد برای نگهداری دو آینه با خواص انبساط حرارتی فوقالعاده کم توسعه دادند. این ساختار به گونهای طراحی شده بود که اثرات انبساط حرارتی در اجزا را خنثی کند و در نتیجه پیکربندی پایداری ایجاد شود که شرایط مورد نیاز برای رصدخانه دنیاهای قابل سکونت را شبیهسازی کند.
نتایج خیره کننده بود. پایداری حرارتی ساختار به میزان قابل توجهی کمتر از آستانه هدف ۱۰۰ پیکومتر (pm) اندازهگیری شد و به پایداری بیسابقه ۱۱ pm رسید. این یک نقطه عطف مهم است، زیرا پایداری مورد نیاز برای رصدخانه آینده ۱۰ pm است، اندازهای که یک دهم اندازه یک اتم است.
بهبود پایداری حرارتی: پیامدهای ماموریتهای فضایی آینده
ادغام ALLVAR Alloy 30 در طرحهای تلسکوپ فضایی میتواند بهبودهای اساسی در پایداری حرارتی ارائه دهد. با جبران انبساط حرارتی سایر مواد، این آلیاژ میتواند پایداری ساختارهای تلسکوپ را تا ۲۰۰ برابر در مقایسه با مواد سنتی مانند آلومینیوم، تیتانیوم و پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) افزایش دهد. این پیشرفت دریچهای را به سوی توسعه تلسکوپهایی باز میکند که قادر به رصد سیارات دوردست با سطحی از دقت هستند که قبلاً هرگز ممکن نبود.
علاوه بر استفاده در تلسکوپهای فضایی، آلیاژ NTE دارای کاربردهای بالقوه در صنایع مختلف است. برای مثال، ناسا قبلاً این ماده را در زیرمجموعه برودتی فناوری تاجنگار تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ادغام کرده است و به افزایش راندمان انتقال حرارت ماموریت کمک میکند. این فناوری همچنین در پروژه آزمایش الکترومغناطیس سطح ماه در شب (LuSEE Night) بر روی ماموریت شبح آبی ۲ (Blue Ghost Mission 2) استفاده میشود که به ماه پرتاب خواهد شد.
