تبدیل بقایای موشک به ایستگاه فضایی؛ رؤیایی که احتمالا به‌زودی محقق خواهد شد

تبدیل بقایای موشک به ایستگاه فضایی؛ رؤیایی که احتمالا به‌زودی محقق خواهد شد

ایده‌ی دست‌نیافتنی تبدیل بقایای موشک‌های مصرف‌شده به سکونت‌گاه مداری به عصر شاتل‌های فضایی بازمی‌گردد. اکنون شرکتی آمریکایی امیدوار است سرانجام بتواند این رؤیا را محقق کند.

اوایل ماه اکتبر، ماهواره‌ای ازکارافتاده متعلق به شوروی و مرحله‌ی فوقانی رهاشده‌ی موشکی چینی نزدیک بود در مدار نزدیک زمین با یکدیگر برخورد کنند. اگر این اجرام تصادم می‌کردند، هردو تکه‌تکه می‌شدند و هزاران قطعه زباله‌ی فضایی جدید و خطرناک به‌ وجود می‌آمد. تنها چند روز قبل، سازمان فضایی اروپا گزارش سالانه محیط فضایی را منتشر کرده ودر آن بر اجرام موشکی رهاشده به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تهدیدها برای فضاپیماها تأکید کرده بود. بهترین راه برای کاهش خطر این است که شرکت‌های پرتابگر، پس از رساندن محموله‌هایشان به فضا، موشک‌هایشان را از مدار خارج کنند. اما برخی افراد، کاربردهایی بسیار مناسب برای این استوانه‌های فلزی غول‌پیکر متصور هستند.

جفری منبر مدیرعامل یک شرکت لجستیک فضایی به‌نام نانورکس (Nanoracks) است که بیش از هر چیز به ‌دلیل ساخت محموله‌های خصوصی در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) شهرت دارد. منبر در طول چهار سال گذشته در حال کار روی برنامه‌ای برای تبدیل مراحل فوقانی موشک‌های مصرف‌شده به ایستگاه‌های فضایی مینیاتوری بوده است. ساخت ایستگاه فضایی با بقایای موشکی، ایده‌ای تازه محسوب نمی‌شود؛ اما منبر احساس می‌کند که زمان برای انجام آن فرا رسیده است. به‌گفته‌ی او «ناسا بارها ایده‌ی نوسازی مخازن سوخت [موشک‌ها] را بررسی کرده؛ اما این برنامه همواره عمدتا به ‌دلیل دردسترس نبودن فناوری مورد نیاز، کنار گذشته شده است.»

تمام برنامه‌های پیشین ناسا وابسته به آن بود که فضانوردان، حجم فراوان فعالیت‌های ساخت و مونتاژ را انجام دهند. این امر، پروژه‌ها را گران‌قیمت، کند و خطرناک می‌کند. در مقابل چشم‌انداز منبر، استقرار کارگاهی فرازمینی است که در آن ربات‌های خودکار جایگزین فضانوردان شده‌اند و با برش، خم کردن و جوشکاری بقایای موشک‌های مصرف‌شده، آن‌ها را برای استفاده به‌عنوان آزمایشگاه یا انبار سوخت و کالا آماده می‌کنند.

برنامه‌ی نانورکس که Outpost (به‌ معنای پایگاه) نام دارد، موشک‌ها را پس از اتمام مأموریتشان تغییر می‌دهد و به آن‌ها حیاتی دوباره می‌بخشد. نخستین او‌ت‌پست‌ها، ایستگاه‌های بدون‌سرنشینی خواهند بود که از مراحل فوقانی موشک‌های جدید ساخته شده‌اند؛‌ اما منبر می‌گوید این احتمال وجود دارد که ایستگاه‌های آتی بتوانند از انسان میزبانی کنند یا از بدنه‌ی موشک‌هایی ساخته شوند که هم‌اکنون در مدار در گردش هستند. در ابتدا نانورکس فضای داخلی موشک‌ها را به‌ کار نخواهد گرفت و محموله‌های آزمایشی، ماژول‌های تأمین نیرو و واحدهای پیشرانه‌ی کوچک را روی بخش خارجی نصب خواهد کرد. به‌ محض آن‌که مهندسان موفق به تحقق این اهداف شوند، می‌توانند بر توسعه‌ی درون موشک به‌عنوان آزمایشگاهی دارای فشار تمرکز کنند.

رندر ایستگاه فضایی Outpost

تصویر رندر یک ایستگاه فضایی نانورکس که از مرحله‌ی فوقانی موشکی مصرف‌شده ساخته شده است.

موشک‌هایی که روانه‌ی مدار زمین می‌شوند، دست ‌کم از دو مرحله تشکیل شده‌اند که هرکدام مجهز به مخازن سوخت و موتور اختصاصی است. مرحله‌ی اول بزرگ‌تر، موشک را تا لبه‌ی فضا بالا می‌برد و سپس جدا می‌شود و به سمت زمین سقوط می‌کند یا مثل موشک‌های اسپیس ایکس روی کشتی‌های بدون ‌سرنشین در اقیانوس فرود می‌آید. مرحله‌ی دوم کوچک‌تر محموله را به سرعت مداری می‌رساند و در نهایت آن را رها می‌کند. در این نقطه، مرحله‌ی فوقانی معمولا سوخت باقی‌مانده‌ی کافی دارد تا موتورش را روشن کند و به سمت زمین بازگردد؛ اما اگر مرحله‌ی فوقانی فرایند خروج از مدار را انجام ندهد، به‌عنوان جرمی خارج از کنترل به گردش به دور زمین ادامه خواهد داد.

تیم نانورکس برای ساخت پایگاه مداری، مراحل دوم موشک‌ها را هدف گرفته است؛ زیرا آن‌ها از بسیاری از خصوصیات لازم برای تبدیل ‌شدن به ایستگاه فضایی برخوردار هستند. مخازن سوخت موشک برای نگاه ‌داشتن فشار طراحی و از مواد فوق‌العاده بادوام ساخته شده‌اند تا بتوانند تنش‌های پرتاب را تحمل کنند و همچنین جادار هستند. مرحله‌ی فوقانی فالکون ۹ اسپیس ایکس با ۳٫۶ متر قطر و تقریبا ۹ متر طول، برای افراد آپارتمان‌نشین امروزی از فضای کافی برخوردار است.

بااین‌حال، مخازن سوخت پیش از آنکه بتوانند از تجهیزات یا فضانوردان پشتیبانی کنند، نیاز به قدری تمیزکاری دارند. نخستین گام، خارج‌ کردن سوخت باقی‌مانده به‌ منظور اجتناب از انفجار است. سپس، ربات‌ها وارد کار خواهند شد و قطعات ضروری نظیر پنل‌های خورشیدی، رابط‌های نصبی سطحی یا واحدهای پیشرانه‌ی کوچک را متصل خواهند کرد. نیت بیشاپ، مدیر پروژه او‌ت‌پست در نانورکس، می‌گوید شرکت پیش از اقدام به تبدیل یک مرحله‌ی فوقانی کامل به ایستگاه فضایی کاربردی، ابتدا این کار را روی چندین نمونه‌ی آزمایشی در فضا انجام خواهد داد. او می‌گوید:

در حال‌ حاضر ما درحال تغییر و تبدیل چیزی نیستیم و بر نمایش توانایی‌مان در کنترل مرحله‌ی فوقانی با قطعات الحاقی تمرکز کرده‌ایم؛ اما در آینده، صرفا گروهی از ربات‌های کوچک را تصور کنید که به سراغ مرحله‌ی فوقانی می‌روند و رابط‌های بیشتر و قطعاتی نظیر آن را اضافه خواهند کرد.

تنها یک مشکل وجود دارد: هیچ‌کس هرگز تکنیک‌های مورد نیاز کار با فلز برای تبدیل ایستگاه فضایی را در مدار به‌ نمایش نگذاشته است. اما ماه مه سال آینده، نانورکس در جریان نخستین مأموریت آزمایشی او‌ت‌پست،  وضعیت را تغییر خواهد داد. این شرکت محفظه‌ی کوچکی ساخته است که به ‌همراه چندین محموله‌ی دیگر در قالب یک مأموریت سفر اشتراکی اسپیس ایکس به مدار فرستاده خواهد شد. درون این محفظه، بازوی رباتیک کوچکی مجهز به مته‌ی چرخان وجود دارد که سه قطعه فلز ساخته‌شده از مواد به‌کاررفته در مخازن سوخت موشک را برش خواهد داد. اگر این آزمایش به‌خوبی پیش برود، بازوی رباتیک نانورکس باید بتواند بدون تولید هیچ‌گونه زباله، برش‌های دقیق ایجاد کند. با این مأموریت، برای نخستین‌ بار فرایند برشکاری فلز در فضای خلأ انجام خواهد شد.

چالش بنیادین بر سر راه تبدیل موشک در مدار، درک چگونگی واکنش مواد در محیط فضا است. به‌عنوان مثال، اگر یک طرف ماده به سمت خورشید و طرف دیگر پشت به خورشید باشد، دمای آن می‌تواند تا صدها درجه متفاوت باشد. بدون رفتن به فضا و امتحان‌ کردن، پیش‌بینی چگونگی واکنش مواد به تکنیک‌های استاندارد ساخت و تولید نظیر برش و جوشکاری دشوار است. سایر تکنیک‌ها نظیر ساخت لایه‌های نازک مواد برای پنل‌های خورشیدی، به محیطی فوق پاکیزه نیاز دارند تا از بروز عیب و نقص جلوگیری شود. در محیط مداری خلأ حاکم است؛ اما در آنجا همچنین مقادیر در خور توجه گردوغبار و تابش‌هایی وجود دارد که می‌توانند فرایندهای مرسوم ساخت و تولید را مختل کنند. منبر می‌گوید:

شگفت‌انگیز است که هنوز پس از ۷۰ سال، دانش بسیار کمی درباره‌ی ساخت و تولید در فضا داریم. اگر واقعا می‌خواهیم به سراغ استفاده‌ی دوباره‌ی از سخت‌افزار در فضا برویم، باید چیزهای بسیار زیادی بیاموزیم.

برنامه‌های گسترش مأموریت نظیر او‌ت‌پست، ایده‌هایی تازه برای صنعت فضایی محسوب می‌شوند. از زمان پرتاب اسپوتنیک، سخت‌افزارهای فرستاده‌شده به فضا عمدا از مدار خارج یا به حال خود رها شده‌اند تا به سمت زمین سقوط کنند؛ زیرا فناوری مورد نیاز برای جابجایی ماهواره‌ها پس از به ‌پایان ‌رسیدن سوخت یا تحت ‌کنترل درآوردن لاشه‌ی موشک‌های رهاشده وجود نداشته است. ازهمین‌رو تاکنون هیچ مقرراتی برای استفاده‌ی دوباره و ایمن از سخت‌افزار فضایی وضع نشده است و اصلا هیچ توافقی بر سر قانونی ‌بودن انجام آن وجود ندارد.

اما وضعیت در حال تغییر است. سال گذشته یک ماهواره‌ی متعلق به نورثروپ گرومن توانست کنترل ماهواره‌ای خالی از سوخت را به ‌دست بگیرد و آن را به مداری جدید منتقل کند. این مانور، عمر آن ماهواره را دست ‌کم ۵ سال دیگر افزایش داد و به‌طور رسمی عصر تمدید مأموریت‌های فضایی را آغاز کرد. به‌گفته‌ی جوزف اندرسون، قائم‌مقام زیرمجموعه‌ی اسپیس لجستیک در نوثروپ گرومن، آن‌ها به‌منظور کسب مجوز پرتاب مأموریت تاریخی خود ناگزیر به همکاری با چندین سازمان دولتی در آمریکا بودند.

اگر نانورکس نیز درصدد تبدیل موشک‌ها به ایستگاه‌های فضایی است، باید از سد مانع قانونی عبور کند. هرچند مأموریت نورثروپ گرومن احتمالا بستر تمدید عمر موشک‌های جدید رهسپار به مدار را مهیا کرده است، به‌وضوح مشخص نیست آیا شرکتی می‌تواند بدون اجازه‌ی کشور یا شرکت پرتاب‌کننده، موشک‌های رهاشده در مدار را نوسازی کند یا نه.

منبر بازیافت موشک‌ها را به‌عنوان گام منطقی بعدی در مسیر تجاری‌سازی بیشتر مدار و گسترش دسترسی بشر به منظومه‌ی شمسی می‌بیند. فرستادن مواد به فضا امری پرهزینه است؛ اما توسعه‌ی تکنیک‌هایی برای بهره‌مندی از منابعی که از قبل درآنجا هستند، به ‌نحو چشمگیر هزینه‌ی زندگی و کار در فضا را کاهش می‌دهد. چشم‌انداز منبر از مدت‌ها پیش وجود داشته است. درطول ۵۰ سال گذشته، مهندسان در ناسا در حال بررسی چندین روش متفاوت برای تبدیل موشک‌ها به سکونت‌گاه فضایی بوده‌اند. اسکای‌لب، نخستین ایستگاه فضایی ناسا، در اصل قرار بود از مرحله‌ی فوقانی ساترن ۵ ساخته شود؛ موشکی غول‌پیکر که فضانوردان آپولو را به ماه حمل کرد. این طرح مفهومی اندکی توسعه یافت؛ اما مهندسان به‌زودی دریافتند که پرتاب ایستگاه فضایی پیش‌ساخته بسیار آسان‌تر خواهد بود. بااین‌حال رؤیای بازیافت موشک‌ها فراموش نشد.

بیل استون، مدیرعامل شرکت استون ایرواسپیس، یک دهه از عمرش را در مؤسسه‌ی ملی استانداردها و تکنولوژی (NIST) صرف کرد تا روی ایده‌ی تبدیل مخزن خارجی شاتل فضایی به سکونت‌گاه مداری کار کند. در دهه‌ی ۸۰، ناسا تازه بررسی طراحی‌های مهندسی برای طرح مفهومی ایستگاه فضایی فریدام را آغاز کرده بود. استون می‌گوید: «یکی از نکاتی که مرتب به‌ چشم می‌آمد، این حقیقت بود که شاتل فضایی ۱۰۰ درصد چندبارمصرف نیست. البته ناسا می‌توانست مدارگرد شاتل را فرود آورد و گهگاه بوسترهای سوخت جامد را بازیابی کند، بزرگ‌ترین قطعه (مخزن خارجی) در هر پرتاب از دست می‌رفت. از نگاه استون و تیم او، یک‌بارمصرف ‌بودن مخزن خارجی اتلاف در خور توجه منابع به‌حساب می‌آمد.

مخزن خارجی شاتل فضایی

تبدیل مخزن خارجی شاتل به ایستگاه فضایی، رؤیایی بود که هرگز به واقعیت تبدیل نشد.

مخزن خارجی شاتل در وقع دو مخزن مجزا بود؛ یک محفظه‌ی کوچک برای اکسیژن مایع و محفظه‌ای بسیار بزرگ‌تر برای هیدروژن مایع. این دو ازطریق حلقه‌ی میان‌مخزنی به یکدیگر متصل می‌شدند و ساختاری عظیم را شکل می‌دادند. برنامه‌ی تیم NIST، استفاده از بخش میان‌مخزنی به‌عنوان اقامتگاه موقتی دارای فشار برای فضانوردان و هم‌زمان آماده‌سازی یکی از مخازن بزرگ‌تر برای سکونت بود. تحقق این هدف به اعمال چندین تغییر در مخزن نیاز داشت؛ از جمله تعبیه‌ی دریچه برای ورود فضانوردان و نصب موتوری کوچک در بخش زیرین تا امکان تغییر جهت مخزن در مدار فراهم شود. تغییر کاربری مخزن خارجی شاتل، فضای فوق‌العاده زیادی برای استفاده به‌عنوان انبار یا آزمایشگاه تحقیقاتی فراهم می‌کرد. مخزن کوچک‌تر اکسیژن مایع در مقایسه با ایستگاه فضایی بین‌المللی، ۲۵ درصد حجم سکونت‌گاهی بیشتر ارائه می‌داد؛ درحالی‌که اگر از کل مخزن خارجی استفاده می‌شد، ۶ برابر حجم بیشتر از ایستگاه فضایی دراختیار فضانوردان قرار می‌گرفت.

به‌گفته‌ی استون، در هر پرتاب شاتل فضایی،  نزدیک به ۳۰ تن آلومینیوم و دیگر قطعات مخصوص هوافضا با توانایی داشتن فشار برای سکونت انسان دور انداخته می‌شد. بااین‌حال، رؤیای تبدیل بوسترهای شاتل فضایی به ایستگاه فضایی در سال ۱۹۹۳ از هم ‌پاشید. درآن زمان، استون و تیم او به‌تازگی طرحی پیشنهادی برای اجرای ایده‌ی خود ارائه داده بودند؛ اما دولت کلینتون، ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی را تأیید کرد.

تا دو دهه‌ی بعد، توجه مهندسان ناسا به توسعه‌ی ایستگاه فضایی بین‌المللی معطوف بود و ایده‌ی زندگی و کار در موشک‌های قدیمی از حافظه‌ها پاک شد. هیچ‌کس دیگر به این رؤیا فکر نمی‌کرد تا اینکه در سال ۲۰۱۳، برند گریفین، یکی از پیمانکاران ناسا از گروه مهندسی جیکوبس، سرپرست پژوهشی شد تا چگونگی تبدیل مخزن سوخت اسپیس لانچ سیستم (SLS)، موشک نسل بعدی ناسا را به سکونت‌گاهی برای اکتشاف اعماق فضا بررسی کند. گریفین این ایستگاه فضایی بازیافت‌شده را اسکای‌لب ۲ نامید.

مقاله‌های مرتبط:

اسکای‌لب ۲ همانند نمونه‌ی نسل اول خود به‌صورت یک‌تکه در قالب مرحله‌ی فوقانی SLS پرتاب می‌شود. ناسا در آینده از این موشک برای بازگرداندن انسان به ماه استفاده خواهد کرد. محفظه‌ی خدمه از مخزن سوخت هیدروژن استفاده‌نشده‌ای ساخته خواهد شد که به‌عنوان محموله در مرحله‌ی فوقانی موشک پرتاب خواهد شد. گریفین می‌گوید مطالعه‌ی اسکای‌لب ۲ با انگیزه‌ی نیاز به کاهش هزینه‌ی اکتشاف اعماق فضا انجام شد. ساخت ISS پرهزینه بود و رساندن تمام قطعات به مدار به چندین پرتاب نیاز داشت. ساخت ایستگاهی ماژولار در اطراف ماه یا مریخ به‌مراتب پرهزینه‌تر خواهد بود. اما اسکای‌لب نشان داده است که می‌توان ایستگاهی فضایی را به‌صورت یک‌تکه پرتاب کرد. گریفین و تیم او پس از پایان پژوهش، در مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا ماکتی تمام‌اندازه از اسکای‌لب ۲ ساختند.

اما با وجود علاقه‌ی مقام‌های ناسا به اسکای‌لب ۲، این ایده کنار گذاشته شد و سازمان به سراغ طرح گیت‌وی (Gateway) رفت. گیت‌وی برخلاف اسکای‌لب ۲ ایستگاهی ماژولار است و بیشتر به نسخه‌ای کوچک‌شده از ISS شباهت دارد. با این ‌اوصاف چه تضمینی وجود دارد که ایده‌ی نانورکس سرانجام متفاوتی داشته باشد؟

منبر و بیشاپ به‌خوبی از تاریخچه‌ی طولانی تلاش‌های شکست‌خورده برای تبدیل زباله‌های فضایی به ایستگاه فضایی آگاهی دارند. اما آن‌ها معتقدند می‌توانند در آن نقطه‌ای که دیگران شکست خوردند، موفق شوند. امروزه، ربات‌ها می‌توانند برخی از وظایفی را بر عهده بگیرند که انجام آن‌ها در عصر شاتل، به تیمی از فضانوردان نیاز داشت. اقتصاد فضایی روبه‌رشد در حال برانگیختن تقاضا برای سکوهای تحقیق و توسعه‌ی بیشتر در مدار است و بلندپروازی‌های ناسا به تجدید نظر در چگونگی تشکیل زنجیره‌ی تأمین اعماق فضا نیاز دارد. نانورکس پیش از آنکه بتواند موشک‌ها را بازیافت کند، باید عملکرد بسیاری از فناوری‌های بنیادین برای تحقق هدفش را به نمایش بگذارد؛ اما برای نخستین ‌بار در طول دهه‌ها، رؤیای زندگی فضانوردان در ایستگاه فضایی دست ‌دوم سرانجام دست‌یافتنی به ‌نظر می‌آید.


منبع wired

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید