چگونه فضاپیماهای بشر از منظومه شمسی خارج می‌شوند؟

چگونه فضاپیماها از منظومه شمسی می‌گریزند؟

سفرهای فضایی واقعی بسیار متفاوت از آنچه در فیلم‌ها به تصویر کشیده می‌شود، هستند. خبری از منابع انرژی نامحدود یا فناوری‌های فراسرعتی نیست. سوخت محدود است و قوانین مکانیک مداری حاکم هستند. با این حال، بشر با هوشمندی توانسته است کاوشگرهایی را نه تنها به سیارات مختلف، بلکه به سمت مرزهای منظومه شمسی و حتی فراتر از آن ارسال کند.

پنج کاوشگر در مسیر فضای میان‌ستاره‌ای

تاکنون تنها پنج کاوشگر فضایی با سرعت و مدار مناسب برای ورود به فضای میان‌ستاره‌ای پرتاب شده‌اند:

ویجر ۱ و ۲: این دو کاوشگر هم‌اکنون از قلمرو اثرگذاری خورشید فراتر رفته و اولین ساخته‌های دست بشر هستند که منظومه شمسی را ترک کرده‌اند.
پایونیر ۱۰ و ۱۱: این دو کاوشگر نیز با سرعتی کمتر در همین مسیر حرکت می‌کنند.
نیوهورایزنز: پس از ملاقات با سیاره کوتوله پلوتو حدود یک دهه پیش، اکنون به سمت دوردست‌ها در حرکت است.

سرعت فرار: کلید خروج از گرانش

اولین گام برای موفقیت در پرتاب موشک به فضا، رسیدن به سرعت فرار کافی برای غلبه بر نیروی گرانش است. برای زمین، این سرعت حداقل ۱۱٫۲ کیلومتر بر ثانیه (بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا) است.

برای جلوگیری از سوختن موشک به دلیل اصطکاک، شتاب آن با افزایش ارتفاع تنظیم می‌شود. دستیابی به این شتاب با توجه به جرم زیاد موشک و سوخت آن دشوار است. به همین دلیل، روش‌هایی مانند پرتاب از نزدیکی خط استوا، که از چرخش زمین برای کمک به شتاب استفاده می‌کند، ابداع شده‌اند.

فراتر از گرانش خورشید

برای گریز از منظومه شمسی، فضاپیما باید سرعت بیشتری نسبت به خورشید کسب کند. هر جسمی که از زمین پرتاب می‌شود، سرعت مداری زمین به دور خورشید را با خود حمل می‌کند که باعث می‌شود در مدار باقی بمانیم.

داگلاس آدامز، نویسنده مشهور انگلیسی، پرواز فضایی را این‌گونه توصیف کرده بود: «توانایی پرت کردن خود به سمت زمین و جاخالی دادن از برخورد با آن». این دقیقاً همان کاری است که اجسام در مدار انجام می‌دهند.

ماهواره‌ها در مدار زمین مدام در حال سقوط آزاد به سمت زمین هستند، اما سرعت بالای آن‌ها مانع از برخورد می‌شود. زمین نیز به سمت خورشید در حال سقوط آزاد است، اما سرعت مداری‌اش از برخورد جلوگیری می‌کند. فضاپیماهای پرتاب شده از زمین می‌توانند از این سرعت مداری بهره ببرند.

در فاصله زمین از خورشید، یک فضاپیما برای ترک منظومه شمسی باید سرعتی کمی بیشتر از ۴۲ کیلومتر بر ثانیه نسبت به خورشید داشته باشد. هر پنج کاوشگر ذکر شده با سرعتی بیش از این مقدار پرتاب شدند که در این میان، نیوهورایزنز سریع‌ترین آن‌ها بود.

با دور شدن از خورشید، گرانش آن سرعت فضاپیماها را کاهش می‌دهد، اما با افزایش فاصله، سرعت فرار مورد نیاز نیز کمتر می‌شود. در نهایت، در فواصل بسیار دور، دیگر نیروی قابل توجهی برای جلوگیری از حرکت آن‌ها به سمت فضای میان‌ستاره‌ای وجود ندارد.

اگرچه تنها دو فضاپیما تاکنون از هلیوسفر (قلمرو اثرگذاری خورشید) فراتر رفته‌اند و سه تای دیگر در راه هستند، خروج از منظومه شمسی یک دستاورد بزرگ و دشوار برای بشر محسوب می‌شود که با تلاش و هوشمندی قابل دستیابی است.