انرژی فضایی با نان ذرت

شاتل فضایی, وسیله ای برای رفتن به خارج از جو و برگشت مجدد به زمین است از شاتل ها چندین بار می توان استفاده کرد و تقریباً مانند هواپیمای فضایی هستند

انرژی انواع گوناگون دارد و می‌تواند به اشكال مختلفی در بیاید. هر چه كار انجام می‌دهد از انرژی استفاده می‌كند؛ مثل یك ماشین، یك سفینه‌ی فضایی، اسباب‌بازی كوكی و حتی خود ما.

انرژی یك سفینه‌ی فضایی به صورت الكتریكی و در باتری ذخیره می‌شود. انرژی شاتل‌های فضایی هم، در وسیله‌ای به نام پیل سوختی ذخیره می‌شود. بنزین انرژی ذخیره شده برای ماشین‌ها است. مردم هم برای راه رفتن، نفس كشیدن و فكر كردن نیاز به انرژی دارند كه آن را از غذا تامین می‌كنند.

از بین این‌ها، غذا یك راه بسیار عالی برای دریافت انرژی است. اما ببینیم چه‌طور! سفینه‌ی فضایی وسیله‌ای است برای انجام مأموریت‌های مختلف فضایی. سفینه‌ها حدود ۲۵ كیلوگرم وزن دارند - یعنی به اندازه‌ی دو تا هندوانه‌ی بزرگ! گفتیم که انرژی مورد استفاده برای سفینه‌های فضایی از نوع الکتریکی است و با استفاده از سلول‌های خورشیدی ذخیره می‌شود.

شاتل فضایی، وسیله‌ای برای رفتن به خارج از جو و برگشت مجدد به زمین است. از شاتل‌ها چندین بار می‌توان استفاده کرد و تقریباً مانند هواپیمای فضایی هستند. این وسیله انرژی خود را برای حرکت از پیل سوختی دریافت می‌کند. پیل سوختی از تمیزترین تولید كننده‌های نیروی محركه، در دنیا است. اگر بخواهیم خیلی ساده آن را توضیح دهیم، این است كه در مخزنی هیدروژن و اكسیژن تركیب می‌شود و آب و الكتریسیته به وجود می‌آید.

یك ماشین، انرژی خود را از بنزین دریافت می‌كند. با سوختن بنزین در یک محفظه‌ (یعنی تركیب بنزین با اكسیژن) آب و گازهای خطرناكی مثل دی‌اکسیدکربن تولید می‌شود.

دود خروجی از اگزوز ماشین‌ها، شامل گازهای خطرناک زیادی است.آدم‌ها نیز انرژی خود را با خوردن غذا به‌دست می‌آوردند؛ مثل خوردن نان ذرت. جالب است بدانید که فضانوردها هم در فضا نان ذرت می‌خورند و خوب، خرده‌های نان را هم (محض اصراف نکردن!) دور نمی‌ریزند.

حالا كمی دقیق‌تر این تأمین‌كننده‌های انرژی را بررسی می‌کنیم.

در سفینه‌های فضایی، انرژی الكتریكی از سلول‌‌های خورشیدی تامین می‌شود، كه توانی معادل ۲۴ وات دارد. وات واحدی است برای اندازه‌گیری میزان مصرف یا تولید انرژی بر حسب ژول{۱} در یک ثانیه، مثل كیلوگرم برای اندازه‌گیری وزن. ۵/۲ وات از این ۲۴ وات برای گرفتن دستورهای ارسالی از زمین، به‌وسیله‌ی رادیوی سفینه مصرف می‌شود. اگر سفینه بخواهد پیغامی را به زمین بفرستد باید ۸ وات از انرژی خود را مصرف كند - یعنی یك سوم كل انرژی. باتری‌های یك سفینه‌ی فضایی می‌توانند تا ۵۷ وات-ساعت انرژی در خود نگه دارند. یعنی اگر در هر ساعت یك وات انرژی مصرف شود، می‌توانند تا ۵۷ ساعت انرژی مورد نیاز سفینه را تأمین کنند. ۲ ساعت و ۲۴ دقیقه طول می‌کشد تا این مقدار انرژی توسط سلول‌های خورشیدی تامین و در باطری‌ها ذخیره بشود.

سفینه‌های فضایی بسیار كوچكند و در مصرف انرژی بسیار صرفه‌جو هستند. جالب است بدانید که انرژی ذخیره شده در باتری‌های یك سفینه برابر است با انرژی حاصل از خوردن نیمی از یك نان ذرت، یعنی ۵۷ وات-ساعت انرژی و این در حالی است كه وزن باتری‌های مورد نیاز برای ذخیره‌ی این میزان انرژی ۳۱ برابر بیش‌تر از وزن یك نصفه نان ذرت است! یك سفینه برای انجام تمام كارهای روزانه‌ی خود، تنها به ۴/۴ نان ذرت نیاز دارد و این در مقابل تقریبا ۱۷ نانی كه شما باید برای انجام كارهای روزانه‌ی خود مصرف كنید، ناچیز است.

امّا یك شاتل فضایی به انرژی بیشتری نسبت به یک سفینه‌ی كوچك نیاز دارد. انرژی مورد نیاز شاتل فضایی حدود ۲۱۰۰۰ وات (۲۱ كیلووات{۲}) است كه در مقایسه با انرژی مصرفی شما در طول یک روز، عدد بسیار بزرگی است. ۱۴ كیلو وات از این انرژی صرف حركت خود شاتل می‌شود و ۷ كیلو وات دیگر برای حركت محموله‌های شاتل. محموله‌های یك شاتل فضایی می‌تواند انسان، وسایل مورد نیاز فضانوردها، غذا و ابزار مورد نیاز باشد. این به معنای استفاده‌ی بیش از ۱۲۱ نان ذرت در هر ساعت برای حركت دادن شاتل فضایی و مصرف ۶۱ نان ذرت در هر ساعت برای حركت محموله‌های آن است!

ماشین‌ها هم برای حركت نیاز به انرژی دارند. یك ماشین خیلی خوب کم مصرف می‌تواند با سوخت هر لیتر بنزین، ۱۵ كیلومتر راه برود. این مطلب به این معنی است كه این ماشین باید برای هر یك كیلومتر، ۴ عدد نان ذرت مصرف كند. اگر كمی بیشتر توجه كنیم می‌بینیم كه اگر با سرعت معمول در خیابان‌ها تردد کنیم، باید برای هر ساعت حركت با ماشین، حدود ۵۰۰ نان ذرت مصرف كنیم!

تمام پژوهشگرها سعی خود را برای یافتن راهی جهت مصرف كمتر انرژی انجام می‌دهند. از هر سه سفینه كه ساخته می‌شود، یكی كم مصرف‌تر از سفینه‌های قبل از خود است. دانشمندها و مهندس‌های فضایی برای ساخت این سفینه‌ها تلاش بسیار می‌كنند. این كار با تحقیقات نوین و گسترش فن‌آوری فضایی سرعت بیشتری به خود می‌گیرد. بهتر است ما هم دانش خود را در این‌باره گسترش دهیم.

۱. ژول واحدی است برای اندازه‌گیری انرژی که حدودا معادل است با انرژی لازم برای بلند‌کردن یک وزنه‌ی ۱۰۰ گرمی تا ارتفاع یک متر.

۲. پیشوند کیلو قبل از هر واحدی نشان دهنده‌ی هزار برابر شدن آن واحد است. به عنوان مثال:

یک کیلومتر = هزار متر ، یک کیلوگرم = هزار گرم .