گشتی در دنیای فضاپیماها

انسان تا کجای فضا پیش رفته است؟ تا ماه؟ تا مریخ؟ با چه چیزی؟ چطور؟ این‌ها از پرتکرارترین سوالاتی است که علاقمندان به حوزه فضا دوست دارند درباره آن بدانند. مهندس لیلا خلج زاده از محققان پژوهشگاه فضایی ایران با ارائه‌ای درباره گشت و گذار در دنیای فضاپیماها، علاوه بر پاسخ به این سوالات به ساده‌ترین شکل ممکن دنیای فضاپیماها را مرور کرد.

پاسخ او به این سوال که انسان تا کجای فضا پیش رفته، یک کلمه است؛ ماه. ماهی که۳۸۰هزار کیلومتر با زمین فاصله دارد. اما هنوز کسی نتوانسته به مریخ سفر کند. خبرهایی که گاهی در این خصوص به گوش می‌رسد درست نیستند. علاوه بر سفر ماه، فضانوردان یکبار برای تعمیر تلسکوپ هابل Hubble Space Telescope که در مدار۶۰۰کیلومتر زمین به فضا سفر کردند.

سفر دیگرشان هم به ایستگاه‌های فضایی «میر»، «سالوت» و ایستگاه فضایی بین المللی بوده که ۳۰۰ تا ۴۵۰کیلومتر از زمین فاصله داشته‌اند. در تعریف دقیق‌تر باید بگویم تا امروز و با این امکانات، انسان نمی‌تواند بالاتر از این فاصله برود چرا که برای رفتن به مریخ در بهترین شکل قرارگیری زمین و مریخ، به اندازه شش ماه مسافت در پیش است که آن را نشدنی می‌کند.

در ادبیات فضایی، سفینه و موشک درست نیست

زمانی که صحبت از فضاپیما و وسیله فضایی به میان می‌آید، تنها با دو چیز سر و کار داریم. یکی پرتابگر (نه موشک) و دیگری فضاپیما (نه سفینه). این فضاپیما می‌تواند ماهواره باشد، ایستگاه فضایی باشد، سرنشین داشته باشد یا بدون سرنشین به فضا برود.

فضاپیما در غلاف پرتابگر قرار می‌گیرد و مابقی ۸۰/۹۰ درصد پرتابگر را موتور و سوخت تشکیل می‌دهد. برای رسیدن به سرعت‌های فضایی و قرارگیری در مدار نیاز به انرژی بسیاری است.

هواپیماها از زمین کنده نمی‌شوند و در واقع با موتور خودشان در آسمان می‌چرخند و مسیر پروازشان را طی می‌کنند، اما درباره فضاپیما ماجرا به این شکل نیست. فضاپیماها باید از زمین کنده شوند و زمانی که در فضا قرار می‌گیرند تا نیاز نباشد، موتورشان را روشن نمی‌کنند.

برای پرتاب موفق، همین قدر که پرتابگر، فضاپیما را به سرعت لازم برای قرار گرفتن در مدار برساند، کافیست. مدارهایی که فضاپیماها در آن قرار می‌گیرند معمولا به شکل دایره و بیضی هستند که رسیدن به آن سرعت زیادی می‌خواهد.

چرا فضاپیماها پرتاب می‌شوند؟

فضاپیماها انواع و اقسام مختلف دارند. از عکسبرداری و مخابراتی گرفته تا فضاپیماهایی که وظیفه تعیین موقعیت را انجام می‌دهند. فضاپیما با چند هدف به فضا پرتاب می‌شوند. یا باید زمین را نگاه کند، یا نگاهش به جرم دیگری باشد، یا بازگرداندن فردی که او را به فضا برده است.

فضاپیما زمان نگاه کردن به زمین چند هدف دارد. یا می‌خواهد از آن عکسبرداری کند (ماهواره سنجشی)، یا پیامی را مخابره کند (ماهواره مخابراتی) یا اطلاعاتی به دست بیاورد که می‌توان برای تعیین موقعیت (ماهوارهGPS) از آن استفاده کرد.

سیستم‌های یک فضاپیما

هر فضاپیما فارغ از مدل، برند و کیفیتش یکسری بخش‌های مشخص دارد. در ادبیات تکنولوژی فضایی این بخش‌ها به زیرسیستم معروف هستند. زیرسیستم‌هایی مانند زیرسیستم توان برای تامین برق، زیر سیستم مخابرات که ارتباط فضاپیما با ایستگاه‌ها، زمین و جاهای دیگر را برقرار و اگر نیاز باشد پیامی را مخابره می‌کند. دیگری زیرسیستم کنترل حرارت که دمای مناسب بخش‌های مختلف فضاپیما را تامین می‌کند.

زیر سیستم کنترل وضعیت، شکل درست شناوری فضاپیما در مدار را برای این سازه تامین می‌کند. این زیرسیستم باید مرتب وضعیت فضاپیما را پایش، هماهنگ و تنظیم کند تا از وضعیت مطلوب خود خارج نشود. روی زمین دامنه عمل افراد به دو حالت جلو و عقب محدود است اما در فضا دامنه بسیار زیاد می‌شود و همین مسئله تعیین و کنترل فضاپیما مهم می‌شود.

سازه‌ عضو دیگری از فضاپیماست که همه چیز در دل آن قرار دارد و فضا را برای بقیه زیرسیستم‌ها ایجاد می‌کند. نوع ساز و کارش مانند اسکلت بدن است. علاوه بر این که تمام زیرسیستم‌ها را در کنار هم قرار می‌دهد، آن‌ها را از بارهای فشارآورنده هنگام پرواز حفظ می‌کند.

«پردازش داده» مانند مغز هواپیماست که خروج و ورود اطلاعات از آن طریق انجام می‌شود. در فضاپیما یک محموله وجود دارد که حمل می‌شود. بر خلاف باور عامیانه، در ادبیات فضایی، «محموله» به بخش‌هایی گفته می‌شود که فضاپیما را به سرانجام می‌رسانند. به طور مثال اگر ماهواره سنجشی باشد محموله‌اش می‌شود دوربین و عکسبرداری.

انواع و اقسام ماهواره

زمانی که صحبت از ماهواره‌ به میان می‌آید، منظور ماهواره‌های زمین است چون هر فضاپیمایی که نزدیک یک جرم آسمانی بچرخد ماهواره آن جرم آسمانی به حساب می‌آید. این ماهواره‌ها خدمات‌رسانی درباره زمین را برعهده دارند.

ماهواره‌ها چند دسته تقسیم می‌شوند. ماهواره‌های مخابراتی که هم سیستم‌ زمینی دارند هم ماهواره‌ای و کارشان مخابره اطلاعات به زمین است.

ماهواره‌های سنجش از دور، در خدمت پایش زمین هستند. ماهواره های سنجشی باید زمین را نگاه کرده و از آن عکس‌برداری کنند و برای عکسبرداری دقیق باید فاصله‌شان با زمین کم باشد. البته فاصله نباید آن‌قدر کم باشد که ماهواره سریع‌‎تر از حد دور زمین بچرخد و سقوط کند.

از ماهواره ناوبری برای تعیین موقعیت استفاده می‌شود. برای تعیین موقیت هر پدیده روی زمین سه تا چهار ماهواره نیاز است که تمام آن‌ها به شکل مجموعه‌ای از ماهواره‌ها کار می‌کنند. این ماهواره‌ها معمولا در ارتفاع ۲۳هزار کیلومتری زمین هستند و نیاز نیست خیلی نزدیک زمین باشند.

ماهواره‌های مخابراتی و ماهواره‌های تحقیقاتی نیز از انواع دیگر ماهواره‌ها به حساب می‌آیند و همانطور که از نام‌شان پیداست کارشان مخابره اطلاعات و تحقیق از سیارات دیگر است.

ایستگاه‌های فضایی

ایستگاه‌های فضایی پیچیده‌ترین و شگفت‌انگیزترین مصنوعات بشری به حساب می‌آیند. ایستگاه‌های فضایی میر، سالوت و ...از مشهورترین ایستگاه‌های فضایی هستند که تقریبا هر ۹۰ دقیقه یکبار دور زمین می‌چرخند.

برخی از ایستگاه‌های فضایی تک ماژول هستند. به همان شکل به فضا پرتاب می‌شوند و کارشان را انجام می‌دهند. برخی هم مانند ایستگاه فضایی «میر» که معروف‌ترین ایستگاه به حساب می‌آید، تکه تکه به پرتاب شد و بعد از آن چند فضانورد برای مونتاژ آن راهی فضا شدند که در حوزه فضایی، تجربه بسیار شگفت انگیزی بود. از آن‌جایی که هزینه نگهداری این ایستگاه فضایی بسیار زیاد بود، دولت روسیه بعد از ۱۳ سال تصمیم به نابودی آن گرفت.

البته نابودی‌ فضاپیما و ایستگاه فضایی کار سختی نیست. با وصل کردن چند فضاپیمای کوچک، آن را به سمت پایین هلش می‌دهند. مدتی که می‌گذرد دما بالا می‌رود، قطعات می‌سوزند و چیزی که به زمین می‌رسد زباله های بی‌خطر کوچکی است که در اقیانوس سقوط می‌کنند.

ایستگاه فضایی بین المللی بزرگ‌ترین ایستگاه فضایی ساخته شده در ارتفاع ۳۳۰ کیلومتری زمین قرار است. ایستگاه شناوری که فضای داخلی به اندازه یک آپارتمان سه‌خوابه پر از تجهیزات است. این فضاپیما که هزینه ساخت و نگهداری زیادی دارد با همکاری چند کشور ساخته شد.

ایستگاه فضایی بین المللی و ایستگاه فضایی چین Tiangong-۲ در حال حاضر ایستگاه‌هایی هستند که در فضا وجود دارند. ایستگاه فضایی چین، مستقل برای استفاده این کشور است. آن‌ها ایستگاه فضایی‌شان را تکه تکه به فضا بردند و تکمیل آن مدت‌ها طول کشید. تا الان حدود هشت هزار ماهواره به فضا پرتاب شده که تعداد زیادی از آن‌ها از رده خارج شده‌اند.

کاوشگرها و تلسکوپ‌ها

کاوشگرها دسته دیگری از فضاپیماها هستند که به سمت بقیه سیارات دیگر می‌روند. اگر سیاره مورد نظرشان خاکی باشد روی آن فرود می‌آیند و اگر گازی باشند معمولا در «جو» آن شیرجه می‌زنند. مانند سیاره مشتری که گاز است و اصلا سطحی ندارد که فضاپیما بتواند روی آن فرود بیاید. برعکس؛ سطح مریخ خاکی است و بیشترین کاوشگری که برای سیاره‌ای غیر از زمین ساخته شده، مریخ است.

تلسکوپ‌های فضایی، فضای دور از زمین را می‌بینند. معروف‌ترین آن‌ها تلسکوپ هابل Hubble Space Telescope است که در ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری زمین فعال است. تلسکوپ جیمز وب James Webb Space Telescope قرار است سال ۲۰۲۱ پرتاب شود و بسیار پیشرفته‌تر از هابل است.

فضاپیماهای سرنشین‌دار از انواع دیگر فضاپیماها هستند که تا الان سه کشور ایالات متحده، روسیه و چین به سمت ساخت آن رفته‌اند. فضاپیمای سرنشین‌دار، تکنولوژی پیشرفته‌ای دارد چون محموله‌ای که حمل می‌کند انسان است و باید این توان را داشته باشد که به هر ترفندی، محموله ارسالی را به زمین برگرداند.