شرکت فضایی لانگ شات قصد دارد یک توپ فضایی به طول 10 کیلومتر بسازد که از آن اجسام چند تنی با سرعت زیاد به مدار پایین زمین پرتاب شوند.
در این زمینه، آنها یک مدل اثبات فعال از مفهوم ایجاد کردند. مایک گریس، موسس و مدیرعامل لانگ‌شات، معتقد است که باید یک راه اساسی برای کاهش هزینه‌های پرتاب در 10 سال آینده وجود داشته باشد.
ایده توپ فضایی از گذشته تا حال
استفاده از توپ برای پرتاب اشیا به فضا ایده جدیدی نیست و رمان «از زمین تا ماه» ژول ورن در سال 1865 حداقل به قرن نوزدهم بازمی گردد. در این رمان، مهندسان توپخانه یک توپ عظیم 274 فوتی به نام کلمبیاد می سازند تا سه فضانورد را به فضا بفرستند. جالب اینجاست که ژول ورن جزئیات بسیاری از سفرهای فضایی مدرن را در رمان های خود پیش بینی کرده بود، از جمله محل پرتاب و فرود اقیانوس.
در دهه 1960 یک مهندس کانادایی به نام جرالد بول این ایده را با پروژه HARP (پروژه تحقیقاتی در ارتفاع بالا) اجرا کرد. تیم HARP با جوش دادن دو لوله بزرگ توپ ساحلی یک توپ هیولا 36 متری ساخت و با استفاده از آن توانستند چیزی به نام Marlette 2C را به ارتفاع 180 کیلومتری (بالاتر از خط کارمن، مرز فضایی) پرتاب کنند. اگرچه بول می‌توانست یک شی را به فضای واقعی بفرستد، اما به جای افقی، آن را به صورت عمودی شلیک کرد. ضمناً برای رسیدن به مدار در مسیر تقریباً مستقیم (مشابه آنچه شرکت لانگ شات در نظر گرفته است) باید به سرعتی برابر با 23 ماخ دست یافت. اما بهترین ضربه تیم بول حوالی 6 ماخ بود.
چالش فیزیک در 23 مارس
23 ماخ سرعت فوق العاده بالایی است. با این سرعت، اصطکاک هوا می تواند در یک ثانیه یک سطح را تا حدود 1650 درجه سانتیگراد گرم کند و در واقع در این شرایط هوا دیگر هوا نیست بلکه پلاسما است. همان ماده ای که برای برش صفحات فولادی ضخیم استفاده می شود.
این سؤال پیش می‌آید: چگونه می‌توانید چیزی حاوی الکترونیک حساس را به این سرعت به فضا پرتاب کنید و انتظار داشته باشید که بدون آسیب از جو خارج شود؟ پاسخ مایک گریس به این سوال این است: جنایت.
هدف Longshot محافظت از پست با استفاده از “انبوه” است. بنابراین، اگر قرار بود یک شی 454 کیلوگرمی به فضا پرتاب شود، باید 1360 کیلوگرم مواد بسته بندی اضافی در اطراف آن قرار داده شود تا این ماده هنگام عبور از جو تبخیر شود (مانند یک شهاب سنگ وارونه در حال سوختن). هرچه بار بزرگتر باشد، نسبت سطح به حجم بهتر است. این بدان معناست که مواد کمتری برای حفظ شارژ اصلی سوزانده می شود و کارایی سلاح افزایش می یابد.
طراحی تفنگ فضایی آتش بلند
وسیله پرتابی که گریس آن را «وسیله نقلیه» می نامد، شبیه بزرگترین پوسته تفنگ ساچمه ای جهان است. یک تفنگ ساچمه ای یک پرتابگر، یک عایق و سپس شارژ (پرتابه) دارد. ایده مشابهی در تفنگ فضایی دوربرد استفاده می شود:
- طراحی دستگاه: قسمت جلوی لانگ شات باربر اصلا تیز نیست، قسمت پشتی برای تحمل فشار به دامن صاف و دو طرفه منتهی می شود و طراحی کلی آن کاملاً شبیه گوه است.
- خلاء اولیه: قبل از حرکت دادن دستگاه، پرتاب طولانی در طول مسیر لوله خلاء ایجاد می کند تا اصطکاک اولیه را به حداقل برساند.
- موتور پالس: قسمت جالب طراحی قسمت دامن است که وظیفه ثبت انفجارهای جانبی با فشار بالا را بر عهده دارد. یک جفت کپسول گاز پرفشار (شبیه به کپسول غواصی با فشار تقریبی 3000 psi) در طول لوله قرار می گیرد که توسط دیسک های زمان بندی مهر و موم شده است. این دیسک ها درست زمانی که دامن دستگاه از کنار آنها می گذرد می ترکند و با ضربه مورب فشاری فوری ایجاد می کنند. همین فشار با نیرویی بسیار بیشتر از خروج گاز از عقب دستگاه را به جلو می راند. این فرآیند با انفجار هر جفت کپسول گاز پرفشار تکرار می شود و به تدریج سرعت دستگاه افزایش می یابد.
این تکنیک “Shock Impact Thrust” نام دارد و کاملاً طبق قوانین فیزیک عمل می کند.
مدل های توپ و کاهش گرانش
گریس از سه مدل تفنگ فضایی نام می برد: بچه خرس، خرس مادر و خرس بابا. طبق توضیحات وی، مدل نهایی یک ایده رویایی با طول 30 تا 40 کیلومتر و قطر 9.14 متر است.
فیزیک طول لوله در نوع خود جالب است. از آنجایی که شتاب برابر است با نیرو تقسیم بر جرم، نیروی G مورد نیاز برای رسیدن به سرعت انتهایی هر بار که طول لوله دو برابر شود نصف می شود.
رسیدن به 23 ماخ در 305 متری منجر به انفجاری ویرانگر می شود. اما رسیدن به همان سرعت برای 10 کیلومتر بیشتر شبیه افزایش فشار خواهد بود.
بنابراین، محققان لانگ‌شات معتقدند که سلاح‌های فضایی می‌توانند نیروی گرانش را تا حدود 500 گرم کاهش دهند. برای درک این موضوع، به عنوان مثال، تلفن های همراه امروزی طوری طراحی شده اند که حدود 900 گرم گرانش را تحمل کنند.
مدل رویایی خرس پاپا حتی می تواند این نیرو را به 100-150 G کاهش دهد که در محدوده قابل قبول برای پرتاب هر محموله غیر بیولوژیکی است.
انگیزه و مزیت رقابتی
گریس این ایده را به دکتر آورد. او آن را از ارائه جان هانتر در سال 2009 با عنوان “توپ ها به سیاره ها” گرفت. در طرح دکتر هانتر از یک لوله پرتاب هیدروژن زیر آب استفاده شد.
در حالی که هزینه فعلی پرتاب SpaceX Falcon 9 حدود 3000 دلار به ازای هر کیلوگرم است و هزینه پیش بینی شده برای پرتاب SpaceX Starship حدود 500 دلار در هر کیلوگرم است، Longshot هزینه ای حدود 10 دلار برای هر کیلوگرم با استفاده از بتن، فولاد و هیدروژن را پیش بینی کرده است.
این شرکت قبلاً یک نمونه اولیه کوچک 15 سانتی متری تولید کرده است که بیش از 100 بار شلیک شده و به سرعت 4.2 ماخ رسیده است.
لانگ شات یک تفنگ بزرگتر 36.6 فوتی (76 سانتی متری) تولید کرده و در حال نصب است. این توپ آنالوگ یک کپی در مقیاس کوچکتر از آخرین توپ 488 متری است که در صحرای نوادا ساخته شده است.
فرصت های جانبی
لانگ شات این فرصت را دارد که با شرکت هایی مانند Impulse Space که قصد دارد یدک کش های فضایی بسازد تا محموله را به مدار نهایی برساند، کار کند. به این ترتیب آنها می توانند محموله را به مدار پایین زمین پرتاب کنند و سپس Impulse Space در نقش «تاکسی فضایی» تحویل دقیق ماهواره ها را انجام خواهد داد. این به شرکت های ماهواره ای اجازه می دهد تا سیستم های پیشران گران قیمت را حذف کنند و از سرمایه خود برای ساخت اجزای اصلی ماهواره استفاده کنند.
بارگذاری مجدد به لطف زیرساخت های زمینی لانگ شات آسان خواهد بود و گریس معتقد است این سیستم می تواند ده ها پرتاب در روز را با هزینه بسیار کم انجام دهد.
در این زمینه افرادی مانند سام آلتمن (مدیر عامل OpenAI) در این پروژه سرمایه گذاری کردند و لانگ شات نیز از نیروی هوایی ایالات متحده کمک مالی دریافت کرد. مایک گریس با اشاره به اینکه ریسک پروژه زیاد است، خاطرنشان کرد: حتی اگر نتواند به فضا برسد، برنامه های دفاعی حاصل از این فناوری را می فروشد و موفقیت مالی شرکتش تضمین می شود. اما آنچه مسلم است این ایده غیرممکن در نهایت روزی محقق خواهد شد.