اگر یک موشک کاغذی را از ایستگاه فضایی پرتاب کنیم، چه می‌شود؟

غزال زیاری: شاید هنوز بشر نتوانسته باشد تا به بخش عمده‌ای از این سؤالات پاسخ دهد؛ اما خوشبختانه جواب سؤال سوم آماده است.

ماکسیمیلیَن برته و کوجیرو سوزوکی از دانشگاه توکیو در مقاله جدیدشان به بررسی پویایی‌های یک موشک کاغذی فضایی اوریگامی هنگام بازگشت به جو زمین پرداختند؛ بدین معنا که وقتی یک موشک کاغذی را از ایستگاه فضایی بین‌المللی پرتاب می‌کنید، چه اتفاقی می‌افتد.

بررسی شرایط موجود در فضا

“اوریگامی” در زبان ژاپنی به معنی “کاغذ تاخورده” است؛ در این آزمایش محققان تصمیم گرفتند تا موشک کاغذی‌شان را با استفاده از یک برگه A4 کاغذ سفید بسازند که نتیجه نهایی شبیه یک موشک کاغذی شد که یک دانش‌آموز ساخته باشد؛ هرچند که موشک محققان با مدل‌سازی‌های خیلی پیچیده آئرودینامیکی ساخته شد.

پس از ساخت مدل نرم‌افزاری، نوبت به آزمایش موشک کاغذی رسید؛ ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع حدود ۴۰۰ کیلومتری مدار زمین قرار دارد و محققان تصمیم گرفتند تا موشکشان را از همان ارتفاع، با سرعتی مشابه با خود ایستگاه (یعنی ۷۸۰۰ متر بر ثانیه) به سمت زمین پرتاب کنند. شاید فکر کنید که در این سرعت، هر موشکی از جنس کاغذ پاره خواهد شد؛ اما در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری، جو آن‌قدری که بتواند به موشک کاغذی آسیب زیادی وارد کند، متراکم نیست. به‌علاوه این وضعیت در بخش عمده‌ای از فرود به سمت زمین برقرار می‌ماند.

یعنی به دلیل نبود هوا، موشک کاغذی از ارتفاع ۴۰۰ کیلومتر تا حدود ۱۲۰ کیلومتری زمین شرایط نسبتاً پایداری دارد. موشک به دلیل ضریب بالستیک پائینش که معیار دقیقی برای غلبه بر مقاومت هوا است، پایین می‌آید. با ضریب بالستیک پایین، سرعت موشک بلافاصله کند می‌شود و بعد از حدود ۳.۵ روز به ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری زمین می‌رسد.

از سوی دیگر، ضریب بالستیک پایین بدان معناست که وقتی موشک وارد جو شود، سرعت نهایی‌اش حتی کمتر از چیزی مثل یک گلوله توپ خواهد بود.

بر طبق شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، موشک هرگز به آن مرحله نمی‌رسد؛ چرا که در ارتفاع حدود ۱۲۰ کیلومتری، افزایش چگالی هوا باعث چرخش‌های غیرقابل‌کنترلی خواهد شد که موشک را وارد مسیر پروازی آشفته‌ای می‌کند.

ساخت موشک کاغذی و انجام عملی آزمایش

اما وقتی با اتکا به دانش مهندسی هوافضا، می‌توان برای انجام عملی این آزمایش یک موشک کاغذی ساخت؛ چرا این کار را نکنیم؟ به همین خاطر نویسندگان این مقاله مدلی واقعی از هواپیمای کاغذی البته با دمی از جنس آلومینیوم ساختند و در دانشگاه توکیو ،آن را در تونل بادی هایپرسونیک و انرژی بالا قرار دادند تا ببینند موشک آن‌ها تا چه اندازه می‌تواند نیروهای آئرودینامیکی را تحمل کند.

مدل ساخته شده که ابعادش یک‌سوم واقعی موشک کاغذی بود، برای ۷ ثانیه در معرض بادهایی با سرعت ۷ ماخ (مشابه نیروهایی که موشک در هنگام بازگشت واقعی در جو تجربه می‌کند) قرار گرفت؛ این مسئله باعث خم شدن دماغهٔ موشک کاغذی شد؛ اما دست‌کم در همان مدت موشک از هم نپاشید.

در عین حال نشانه‌های قابل‌توجهی از سوختگی در دماغه و نوک بال‌ها دیده شد که نشان می‌دهد اگر آزمایش طولانی‌تر شده بود، موشک می‌سوخت.

اثبات وقوع چنین اتفاقی، یکی از اهداف این آزمایش بود. ممکن است که در معماری‌های مأموریتی زیادی از مدلی شبیه به این هواپیمای کاغذی استفاده شود که ازجمله آن می‌توان از آزمایش LEAVES برای اکتشاف زهره نام برد. درعین‌حال مشاهدات زمینی زیادی هم هستند که از یک پلتفرم سبک و پایدار که در پایان عمر خود کاملاً در جو می‌سوزند برای جمع‌آوری داده استفاده می‌کنند.

راه‌اندازی هر مأموریتی از این قبیل، نیازمند الکترونیک‌ها و افزودنی‌های متعدد دیگری است که سادگی آزمایش یک موشک کاغذی ساده، مثل همان چیزی که یک کودک می‌سازد را پیچیده می‌کند.

منبع: sciencealert

۲۲۷۲۲۷