نتیجه پرتاب یک موشک کاغذی از ایستگاه فضایی چه خواهد بود؟

غزال زیاری: باوجود اینکه بشر هنوز نتوانسته به بسیاری از این سؤالات پاسخ دهد، خوشبختانه پا به پای آن، پاسخی برای سؤال سوم فراهم آمده است.

ماکسیمیلیَن برته و کوجیرو سوزوکی از دانشگاه توکیو در مقاله اخیر خود، به تحلیل پویاشناسی بازگشت یک موشک کاغذی فضایی اوریگامی به جو زمین پرداخته‌اند؛ به این معنا که وقتی یک موشک کاغذی از ایستگاه فضایی بین‌المللی رها می‌شود، چه وقایعی رقم می‌خورد.

تحلیل شرایط موجود در فضا

اصطلاح “اوریگامی” در زبان ژاپنی به معنای “کاغذ تاخورده” است؛ در این پژوهش، پژوهشگران تصمیم گرفتند موشک کاغذی خود را با استفاده از یک ورق کاغذ A4 سفید بسازند که نتیجه نهایی شبیه موشکی شد که معمولاً یک دانش‌آموز آن را تهیه می‌کند؛ گرچه موشک این پژوهشگران با استفاده از مدل‌سازی‌های پیچیده آئرودینامیکی طراحی گردیده است.

پس از ایجاد مدل نرم‌افزاری، زمان آن رسید که موشک کاغذی را آزمایش کنند؛ ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع تقریبی ۴۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و پژوهشگران تصمیم داشتند موشک خود را از همان ارتفاع و با سرعتی مساوی با آن ایستگاه (یعنی ۷۸۰۰ متر بر ثانیه) به سمت زمین رها کنند. شاید به نظر برسد که با این سرعت، هر موشک کاغذی دچار پاره‌گی خواهد شد؛ اما در این ارتفاع، جو به حدی متراکم نیست که به موشک کاغذی آسیب جدی وارد کند. افزون بر این، این وضعیت در بخش قابل توجهی از مسیر فرود به سمت زمین ادامه‌دار می‌ماند.

به عبارتی به خاطر عدم وجود هوا، موشک کاغذی از ارتفاع ۴۰۰ کیلومتر تا حدود ۱۲۰ کیلومتری زمین شرایط نسبتاً پایدار و خوبی را تجربه می‌کند. این موشک به واسطه ضریب بالستیکی پایین که موجب می‌شود تا بر مقاومت هوا غلبه کند، به سمت پایین نزول می‌کند. با داشتن ضریب بالستیکی اندک، سرعت موشک به طور فوری کاهش می‌یابد و پس از حدود ۳.۵ روز به ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری می‌رسد.

از سوی دیگر، ضریب بالستیک پایین بدین معناست که هنگام ورود موشک به جو، سرعت نهایی‌اش حتی از یک گلوله توپ نیز کمتر خواهد بود.

طبق شبیه‌سازی‌ها انجام‌شده، این موشک هرگز به آن مرحله نخواهد رسید؛ زیرا در حدود ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری، افزایش چگالی هوا موجب ایجاد چرخش‌های غیر قابل کنترلی می‌شود که موشک را به مسیری آشفته می‌برد.

ساخت موشک کاغذی و انجام آزمایش کاربردی

اما وقتی که با تکیه بر علم مهندسی هوافضا می‌توان امکان ساخت موشکی کاغذی را به صورت عملی به انجام رساند، چرا نباید دست به این کار بزنیم؟ بر این اساس، نویسندگان مقاله مدلی واقعی از هواپیمای کاغذی، البته با دمی از جنس آلومینیوم، طراحی کردند و در دانشگاه توکیو در تونل باد هایپرسونیک و انرژی بالا قرار دادند تا میزان توانایی آن در تحمل نیروهای آئرودینامیکی را بسنجند.

مدل ساخته شده، که ابعاد آن یک‌سوم اندازه واقعی موشک کاغذی است، به مدت ۷ ثانیه در معرض بادهایی با سرعت ۷ ماخ (مشابه نیروهایی که موشک در فرود واقعی در جو تجربه می‌کند) قرار گرفت؛ این وضعیت منجر به خم شدن نوک موشک کاغذی شد، اما حداقل در همان زمان، موشک از هم نپاشید.

در عین حال، شواهد قابل‌توجهی از سوختگی در نوک و بال‌های موشک مشاهده شد که نشان می‌دهد اگر آزمایش ادامه‌دار می‌شد، امکان سوختن موشک وجود داشت.

تأیید وقوع چنین پدیده‌ای یکی از اهداف اصلی این آزمایش بود. ممکن است در طراحی مأموریت‌های متعدد، از مدلی مشابه به این هواپیمای کاغذی استفاده شود که از جمله آن می‌توان به آزمایش LEAVES با هدف اکتشاف زهره اشاره کرد. همچنین مشاهدات زمینی قابل توجهی وجود دارند که از یک پلتفرم سبک و پایدار که در پایان عمر خود به طور کامل در جو می‌سوزند، برای جمع‌آوری داده‌ها بهره‌مند می‌شوند.

اجرای هر مأموریتی از این دست نیازمند مجموعه‌ای از الکترونیک‌ها و الحاقات دیگر است که سادگی طراحی یک موشک کاغذی ساده، همچون آنچه یک کودک می‌سازد، را پیچیده می‌کند.

منبع: sciencealert

۲۲۷۲۲۷