استارشیپ و آینده اکتشافات فضایی؛ فضاپیمای نسل بعدی اسپیس ایکس دانشمندان را به هیجان آورده است

جنیفر هلدمن درحالی‌که به صفحات کامپیوتر روی میزش خیره شده بود، اصابت مرحله فوقانی موشک به دهانه‌ای در نزدیکی قطب جنوب ماه را تماشا کرد. با هدف انجام کار علمی، قطعه فولادی ۲/۳ تنی با نیرویی معادل ۲ تن تی‌ان‌تی به ماه برخورد کرد.

اصابت یادشده در اکتبر ۲۰۰۹ به‌وقوع پیوست و هلدمن از مرکز تحقیقات ایمز ناسا در کالیفرنیا، آن را ردیابی کرد. او به‌عنوان دانشمند سیاره‌ای ۳۳ ساله با سازماندهی مشاهدات از برخورد به وسیله تلسکوپ‌های زمینی، درحال انجام نخستین مأموریت بزرگ خود برای ناسا بود

ناسا با مأموریت «ال‌کراس» درصدد لمس یخ‌آب قمری بود. هرچند فرودهای آپولو در دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰، ماه را دنیایی خاکستری و بایر یافته بود، دانشمندان از همان زمان به این باور رسیدند که قطعات یخ به‌عنوان بقایای میلیاردها سال رویداد برخوردی، در زیر حاشیه همیشه تاریک دهانه‌ها در قطب‌های قمری به دام افتاده‌اند. مأموریت فضاپیمای ناسا، انهدام یکی از این دهانه‌ها بود تا معلوم شود آیا حق با دانشمندان است یا نه.

پس از بررسی داده‌ها، ناسا اعلام کرد که در ستون بخار تشکیل‌شده دراثر برخورد و همچنین مواد خارج‌شده درنتیجه انفجار، واقعا آب پیدا کرده است. برای هلدمن، این دستاورد نطقه‌ای عطف در زندگی حرفه‌ای او محسوب می‌شد. این تجربه علاقه او به عنوان دانشمند سیاره‌ای به دنبال‌کردن آب را تقویت کرد. هلدمن می‌گوید «واقعاً شگفت‌انگیز است که چگونه نتایج آن مأموریت چنین عمیق بوده است.»

کشف یخ‌آب در ماه، نشانگر عصری شد که در آن دانشمندان سیاره‌ای، یخ و آب را در سرتاسر منظومه شمسی پیدا کردند: قمرهای پوشیده از یخ اروپا و انسلادوس، زیر سطح مریخ و احتمالا در مکان‌های به‌مراتب دورتر نظیر درون پلوتو و تریتون، بزرگ‌ترین قمر نپتون. دانشمندان با نگاه به فراتر از زمین دریافتند که آب تقریبا همه جا وجود دارد.

اکتشافات یادشده انواع چشم‌اندازهای وسوسه‌انگیز را شکل داد. هرجایی که آب وجود دارد یا زمانی وجود داشت، ممکن است حیات ایجاد شده باشد. از این‌رو دانشمندان دیگر فقط در بستر دریاچه‌های باستانی خشک مریخ به‌دنبال فسیل‌ها نبودند. آن‌ها جستجوی ارگانیسم‌های زنده در اقیانوس‌های بزرگ اروپا، انسلادوس و دیگر نواحی را شروع کردند. پراکندگی آب فرصتی بی‌نظیر برای اکتشافات انسانی نیز فراهم کرد. هرجا آب هست، اجزا سوخت موشک شامل هیدروژن مایع و اکسیژن مایع وجود دارد.

کشف آب بر تمرکز برنامه‌های پرواز فضایی انسانی و علمی ناسا به‌طور گسترده تأثیر گذاشته است. ناسا به‌طور فزاینده از بودجه سالانه خود در بخش علوم سیاره‌ای (تقریبا سه میلیارد دلار) استفاده کرده است تا مأموریت‌هایی را پشتیبانی کند که می‌توانند حیات پیشینی یا حتی کنونی را روی جهان‌های دیگر کشف کنند. سازمان فضایی آمریکا درطول چهار سال گذشته مشغول برنامه‌ریزی برای ارسال فضانوردان به ماه بوده است تا احتمالا با استخراج آب آنجا، زمینه برای فرستادن انسان‌ها به مریخ فراهم شود.

این تصویر از فضاپیمای مارس اکسپرس سازمان فضایی اروپا، دهانه کارالیوف را نشان می‌دهد؛ عارضه‌ای ۸۲ کیلومتری که در زمین‌های پست شمال مریخ یافت شده است.

برای دانشمندان، همیشه پرسش‌ها بیشتر از پاسخ‌ها هستند و همواره مأموریت‌هایی که آن‌ها می‌خواهند به پرواز درآیند، بسیار بیشتر از بودجه موجود برای پروازشان است. فراگیربودن آب میل دانشمندان را به ارسال ربات‌ها به فضا افزایش داده است تا به‌طور قطعی قطعات یخ و اقیانوس‌های زیرسطحی را کشف و ویژگی‌هایشان را شناسایی کنند. هم‌زمان با دانستن اینکه منظومه شمسی اسرار بسیار بیشتری از آنچه احتمالا تصور کرده‌ایم، در خود دارد، ناتوانی‌مان در پرواز به دیگر جهان‌ها و گشودن اسرارشان، ما را آزرده‌خاطر می‌کند.

اما چه می‌شود اگر توانایی سفر میان‌سیاره‌ای را به‌دست آوریم؟ این ایده که استارشیپ، موشک جدید اسپیس ایکس با ظرفیت حمل بی‌سابقه و هزینه‌های پرتاب پایین بالقوه انقلابی خود، می‌تواند آغازگر عصر جدیدی از اکتشاف منظومه شمسی شود، برخی دانشمندان سیاره‌ای را هیجان‌زده کرده است. ارسال سطح‌نشین به اروپا را تصور کنید؛ قمری که میزبان اقیانوسی وسیع و گرم زیر سطح خود است.

درجریان جلسات برنامه‌ریزی اخیر ناسا، دانشمندان به فکر ارسال فضاپیمایی پیچیده با هزینه میلیاردها دلارها برای انجام پژوهش علمی در اروپا افتادند. در بهترین حالت، آن‌ها امیدوار هستند تا محموله‌ای از ابزارهای علمی را با اندازه و وزن تقریبا یک یخچال کوچک در این قمر سیاره مشتری فرود بیاورند. درمقایسه، ناسا با استارشیپ می‌تواند مجموعه‌ای از ابزارهای علمی هم‌اندازه با خانه یک طبقه را به سطح اروپا برساند. هلدمن به آرس‌تکنیکا گفت:

شما واقعا می‌توانید از ساختار استارشیپ بهره ببرید و با روش‌هایی که پیش‌تر به آن‌ها فکر نکرده بودیم، به محدوده بیرونی منظومه شمسی برسید. فضاپیمای اسپیس ایکس می‌تواند روش انقلابی جدیدی برای کاوش این جهان‌ها فراهم کند.

مهندسان اسپیس ایکس به‌مدت تقریبا پنج سال به‌طور جدی درحال ساخت استارشیپ بوده و درطول چند ماه اخیر، چندین پرواز آزمایشی اولیه را با موفقیت انجام داده‌اند. بخش عمده چالش‌های فنی هنوز پیش‌رو است؛ اما شرکت ظاهرا به‌خوبی در مسیر تکمیل ساخت پرتابگری فوق‌سنگین است که چندبارمصرف‌پذیری کامل، قیمت ارزان و احتمالا ظرفیت حمل ۱۰۰ تن بار به سطح دیگر اجرام منظومه شمسی را ارائه می‌دهد.

اسپیس ایکس و ایلان ماسک، بنیان‌گذار آن استارشیپ را به‌عنوان وسیله نقلیه‌ای ضروری برای رساندن انسان به مریخ و درنهایت ساخت سکونتگاه مستقل در آنجا می‌بینند. اما چنین فضاپیمایی بی‌شمار کاربردهای دیگر برای علم، اکتشافات و اهداف دفاعی خواهد داشت.

تا ساخت نسخه‌ای بسیار مطمئن از استارشیپ احتمالا چندین سال دیگر باقی مانده است؛ اما این موشک می‌تواند انجام مجموعه‌ای از پروازهای مداری آزمایشی را در اوایل ۲۰۲۲ آغاز کند. برنامه اکتشافات انسانی ناسا چنان اطمینان بالایی به استارشیپ دارد که آن را به عنوان سامانه فرود برنامه قمری آرتمیس برگزیده است. اکنون اگر استارشیپ شکست بخورد، ناسا به ماه بازنخواهد گشت. هلدمن می‌گوید «استارشیپ می‌تواند حجم بی‌سابقه‌ای از بار را به مریخ و دیگر نقاط ببرد. دانشمندان سیاره‌ای باید درباره چگونگی بهره‌برداری از این ظرفیت فکر کنند.»

اسپیس ایکس ابتدا سال ۲۰۱۸ با مجموعه‌ای از کارگاه‌های مریخی به جامعه علوم سیاره‌ای نزدیک شد. این کارگاه‌ها به بررسی پرسش‌های ساده نظیر محل‌های فرود احتمالی در سیاره سرخ و مسائلی پرداختند که پیش از زندگی و فعالیت ایمن انسان‌ها در سطح آنجا باید حل شوند.

استارشیپ نخستین‌بار در اوت ۲۰۲۱ بر فراز بوستر سوپر هوی سوار شد.

اسپیس ایکس اسامی مطرحی از جامعه پژوهشی مریخ و چند ده شرکت‌کننده را دعوت کرد. برخی از دعوت‌شدگان از قبل به چشم‌انداز شرکت باور داشتند؛ اما دیگران مشکوک بودند. درطول زمان، همان‌طور که اسپیس ایکس دست به ساخت و آزمایش نسخه‌های اولیه زد، برخی از شکاکان شروع به پذیرفتن استارشیپ کردند و به این باور رسیدند که چنین فضاپیمایی واقعا قرار است به واقعیت تبدیل شود. تانیا هریسون، دانشمندان سیاره‌ای و کارشناس مریخ که در جلسات شرکت داشت، می‌گوید: «همان‌طور که استارشیپ به تدریج واقعی‌تر به‌نظر آمد، نظر افراد را تغییر داد. انتخاب‌شدن استارشیپ برای مأموریت‌های قمری باعث افزایش چشمگیر اعتبار آن شد.»

ابتدای امسال، اغلب شرکت‌کنندگان کارگاه دریافتند که باید به سرعت ناسا را به استفاده از استارشیپ برای مأموریت‌های علمی متقاعد کنند. درنتیجه، هلدمن به‌عنوان نویسنده اصلی و دیگر دانشمندان مقاله سفید جدیدی با عنوان «تسریع علوم مریخی و قمری ازطریق مأموریت‌های استارشیپ اسپیس ایکس» نوشتند. ۲۴ پژوهشگر مریخی دیگر از دانشگاه، صنعت و اسپیس ایکس شامل هریسون، مقاله را امضا کردند. مقاله به‌صراحت از مدیریت ناسا درخواست می‌کند تا تأمین بودجه برای محموله‌های علمی قابل پرواز با استارشیپ را تأمین کند.

وجه تمایز اصلی استارشیپ وزن است. امروزه، وقتی یک دانشمند درصدد برنامه‌ریزی مأموریت برای کاوش جهانی دیگر برمی‌آید، با دو محدودیت بزرگ مواجه می‌شود: هزینه و وزن. استارشیپ می‌تواند با ارائه بلیت ارزان‌تر بیشتر، به نوعی بر هزینه‌ها تأثیر بگذارد؛ اما بزرگ‌ترین تغییر این است که دانشمندان دیگر نیاز ندارند بیش از حد بر وزن متمرکز شوند. آن‌ها می‌توانند ابزارهای بیشتر، سپر بیشتر و هر چیز دیگر را به مقدار بیشتر حمل کنند. به گفته هریسون، «استارشیپ وضعیت را متحول می‌کند.»

برای سال‌ها، اولویت‌دارترین مأموریت اکتشاف سیاره‌ای ناسا، بازگرداندن نمونه‌های سنگ از مریخ برای مطالعه در آزمایشگاه‌های پیشرفته زمینی بوده است. سرانجام، ناسا در همکاری با سازمان فضایی اروپا یک طرح اولیه ارائه داده و تأمین بودجه برای مأموریت بازگشت نمونه از مریخ را آغاز کرده است. اگر همه‌چیز به خوبی پیش برود، ناسا امیدوار است که چند کیلوگرم سنگ مریخی را تا سال ۲۰۳۱ به زمین آورد.

ازآنجا که استارشیپ علاوه بر فرود روی جهان‌های دیگر، از توانایی برخاست از روی آن‌ها نیز برخودار است، می‌تواند مأموریت بازگشت نمونه از مریخ را به‌کلی دگرگون کند. به‌جای جمع‌آوری فقط دو کیلوگرم سنگ، استارشیپ ممکن است بتواند دو تن نمونه از سیاره سرخ به زمین آورد. این نوع توانایی واقعا دانشمندان سیاره‌ای و نه فقط نسل جوان‌تر را هیجان‌زده می‌کند.

جیمز هد، استاد علوم زمین در دانشگاه براون در انتخاب محل‌های فرود آپولو در دهه ۱۹۶۰ به ناسا کمک کرد و فضانوردانی را که آنجا فرود آمدند، آموزش داد. هد مشتاقانه مقاله سفید را امضا کرد و چشم‌انداز جذاب اسپیس ایکس و پشتکار شرکت برای رسیدن به این هدف را تحسین می‌کند. او می‌گوید:

حضور در کف کارخانه اسپیس ایکس، نزدیک‌ترین احساس به حسی است که از حضور در برنامه آپولو داشته‌ام.

ایجاد برنامه‌ای به‌منظور تأمین مالی اختصاصی محموله‌های علمی ناسا برای پرواز با استارشیپ درحال حاضر بلندپروازانه به‌نظر می‌آید. ناسا معمولا تمایل دارد قرارداد برنامه‌ها را به‌طور رقابتی به پیشنهاددهندگان متعدد واگذار کند؛ درنتیجه ایجاد برنامه‌ای اختصاصی برای فضاپیمایی اختصاصی در دستور کار این سازمان نیست.

حتی اگر مدیریت ناسا تصمیم بگیرد مأموریتی مختص استارشیپ بسازد، بعید است که کنگره (یا شاید حتی کاخ سفید) همراهی کند. اعضای کنگره به ایجاد مشاغل در حوزه‌های انتخابی و ایالت‌های خودشان علاقه دارند و پیمانکاران سنتی ناسا این مشاغل را ارائه می‌دهند. درمقابل، اسپیس ایکس به‌شدت بر کاهش هزینه‌ها و بهره‌وری متمرکز است، فقط در چند ایالت فعالیت دارد و پیمانکاران فرعی کمتری استخدام می‌کند.

وقتی ناسا برای انتخاب سامانه فرود انسانی برنامه آرتمیس مناقصه برگزار و درنهایت استارشیپ اسپیس ایکس را به‌عنوان تنها گزینه انتخاب کرد، کنگره به‌شدت مخالفت کرد؛ اما این اعتراض درمقایسه با واکنشی که کنگره هنگام انتخاب صرفا اسپیس ایکس برای انجام یک مأموریت علمی اختصاصی نشان خواهد داد، بسیار آرام به‌نظر می‌آید.

مأموریت بازگشت نمونه از مریخ را درنظر بگیرید. ناسا قصد دارد با سازمان فضایی اروپا به عنوان متحدی مهم در فضا همکاری کند تا سطح‌نورد گردآورنده نمونه را که در اروپا ساخته شده و ماژول صعودگر را که ساخت نورثروپ گرومن است، به سیاره سرخ بفرستد. این مأموریت که زودتر از ۲۰۲۶ پرتاب نخواهد شد، احتمالا برفراز موشک ولکان ULA به فضا خواهد رسید. سپس مدارگرد بازگرداننده نمونه که آن هم ساخت اروپا است، برفراز موشک آریان ۶ سازمان فضایی اروپا پرتاب خواهد شد تا بسته کوچک حاوی نمونه‌ها را به زمین آورد.

چنین مأموریتی احتمالا از طیف وسیعی از حمایت سیاسی برخوردار خواهد بود؛ زیرا پیمانکاران آمریکایی متعدد را تأمین مالی و ارتباط با اروپا را تقویت خواهد کرد. درمقابل، مأموریتی که مختص استارشیپ باشد، موجب آزردگی دیگر پیمانکاران ناسا، سازمان فضایی اروپا و سیاستمداران حامی منافع آن‌ها خواهد شد.

بااین‌حال، گزینه‌های دیگر دردسترس هستند. برخی کارشناسان به‌نقل از آرس‌تکنیکا پیشنهاد می‌دهند که ناسا «برنامه خدمات باربری مریخی تجاری» را راه‌اندازی کند و قراردادها برای ساخت و پرتاب محموله‌های علمی به مریخ را به چند شرکت واگذار کند.

همان‌طور که دانشمندان به وزن به عنوان یک محدودیت کمتر فکر کنند، با موانع دیگری برای ساخت فضاپیماهای سیاره‌ای بیشتر مواجه خواهند شد. فقط شمار نسبتا کمی از افراد در جهان می‌دانند چگونه چنین فضاپیمایی را بسازند و آموزش افراد بیشتر زمان‌بر خواهد بود. علاوه‌براین، تاسیسات زمینی محدودی وجود دارد که فضاپیما در آن‌ها می‌تواند درمعرض آزمون‌های خلاء و ارتعاش قرار بگیرد. سپس بحث هزینه به میان می‌آید. گران‌ترین بخش پرتاب کاوشگر علمی، نه موشک بلکه فضاپیما است.

به گفته یک مقام ناسا «صرفا به این دلیل که استارشیپ پرواز می‌کند، انتظار ندارم که بودجه واحد مأموریت‌های علمی سازمان ناگهان دو برابر شود.» بااین‌حال، استارشیپ ممکن است درنهایت بتواند به‌ویژه با توانایی پرتاب مکرر، این هزینه‌ها را کاهش دهد.

درنظر بگیرید که استارشیپ بتواند هر دو سال پرواز اشتراکی منظم به مشتری انجام دهد. چندین کاوشگر بزرگ و کوچک می‌توانند با یک استارشیپ حمل شوند و با استفاده از قدرت و پیش‌رانش آن به منظومه مشتری برسند. به‌محض رسیدن به مقصد، هر فضاپیما می‌تواند به مدار یا مقصد خود برود و به استارشیپ به‌عنوان ایستگاه ارتباطی با زمین اتکا کند. این شیوه موجب صرفه‌جویی چشمگیر در وزن و سوخت هر فضاپیما خواهد شد.

اسپیس ایکس می‌تواند نخستین استارشیپ خود را در سال ۲۰۲۴ به مریخ ارسال کند. این سفر احتمالا کمی بیش از پرواز آزمایشی خواهد بود تا ثابت شود که این فضاپیمای غول‌پیکر می‌تواند عملیات تزریق به مدار انتقالی مریخ را انجام دهد و سپس به مدار پیرامون سیاره سرخ وارد شود. این جدول زمانی فشرده‌تر از آن است که ناسا بتواند کاوشگری علمی را برای نخستین پرواز آزمایشی تهیه کند؛ اما پنجره بعدی مریخ در پایان ۲۰۲۶ گشوده خواهد شد. این تاریخ هدفی معقول‌تر برای ناسا و اسپیس ایکس محسوب می‌شود.

اگر ناسا بخواهد استارشیپ‌هایی را که در آن بازه زمانی رهسپار مریخ می‌شوند، بارگیری کند، طیف درخورتوجهی از احتمالات وجود خواهد داشت. آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا می‌تواند نسخه‌ای دیگر از مریخ‌نورد پرسویرنس را با مجموعه‌ای کاملا متفاوت از ابزارهای علمی بسازد. سازمان فضایی همچنین می‌تواند یک جفت فضاپیمای همسان مدارگرد شناسایی مریخ برای جایگزینی با ساختار ارتباطاتی قدیمی خود در مریخ به پرواز درآورد و مهندسان می‌توانند مقیاس آزمایش موکسی را نیز افزایش دهد تا اکسیژن را در مقادیر بسیار بیشتر از جو مریخی تولید کند.