پیک فضایی؛ ایده بلندپروازانه برای جابجایی کالا از طریق مدار زمین

یک استارتاپ کالیفرنیایی ایده‌ی عجیبی برای سرعت ‌بخشیدن به فرایند تحویل کالا دارد: انبار کردن اقلام ضروری در مدار و برگرداندن آن‌ها به زمین در مواقع نیاز. مأموریت چند بلندپرواز جوان در استفاده از فضا به‌عنوان پست پیشتاز از پرواز یک هواپیمای ملخ‌دار کوچک از روی یک باند فرود دورافتاده در دامنه‌ی کوه‌های جنوب کالیفرنیا شروع شد.

کمی از پس طلوع آفتاب یکی از مهندسان شرکت اینورژن اسپیس (Inversion Space)، استارت‌آپی که کم‌تر از یک سال از تأسیس آن می‌گذرد، از یک هواپیمای کوچک که در ارتفاع ۳۰۰۰ پایی پرواز می‌کرد کپسول فلزی شبیه به بشقاب‌پرنده را به بیرون پرتاب کرد. این کپسول با قطر نیم متری برای چند ثانیه در هوا غوطه‌ور و معلق می‌شود تا این‌که چترنجات آن باز شده و کپسول به‌صورت قائم درمی‌آید تا یک فرود آرام و بی‌دردسر داشته باشد.

جاستین فیاسکتی، مدیر ارشد ۲۳ ساله‌ی اینورژن که با نگرانی از نمایاب یک دوربین با لنزی بلند حرکت کپسول و باز شدن چترنجات را زیر نظر داشت می‌گوید باز شدن چتر نجات باتاخیر انجام شد.

آستین بریگز، هم‌بنیانگذار اینورژن اسپیس از آزمایش چتر نجات عکس‌برداری می‌کند.

این آزمایش که شبیه به فعالیت‌های آخرهفته‌ی علاقه‌مندان آماتور به راکت‌ها به ‌نظر می‌رسید، در واقع اجرای آزمایشی یک ایده‌ی شگفت‌انگیزتر بود. شرکت اینورژن قصد دارد کپسول‌هایی بسازد که در مدار زمین گردش کنند تا در صورت نیاز به یک کالای خاص، کپسول حاوی آن کالا را به‌سرعت وارد جو زمین کرده و به دست مشتری برساند. اما در مسیر تحقق این رویا چالش‌های فنی زیادی قرار دارد، برای نمونه کپسول‌های ساخته‌شده توسط این شرکت هنگام ورود به جو زمین سرعتی معادل ۲۵ برابر سرعت صوت خواهند داشت، به‌همین‌دلیل، استفاده از چترنجات برای فرود نرم و بی‌دردسر محموله ضروری است.

ایده‌‌ی عجیب موسسان جوان اینورژن حول یک پیش‌بینی ساده شکل گرفته است: با کاهش هزینه‌های سفر به فضا در سال‌های آتی، آژانس‌های دولتی و شرکت‌های خصوصی نه فقط به‌دنبال فرستادن اجسام به فضا بلکه به‌دنبال برگرداندن آن‌ها از مدار به سطح زمین خواهند بود.

برنامه‌ی اینورژن ساخت کپسول‌هایی به قطر ۱/۲ متر تا سال ۲۰۲۵ است، کپسول‌هایی که توانایی حمل بار به اندازه‌ی چند چمدان مسافرتی را داشته باشند. بعد از قرار گرفتن در مدار، این کپسول‌ها، آن‌طور که سازندگان آن‌ها امیدوار هستند، راه خود را به سوی ایستگاه‌های فضایی تجاری خصوصی پیدا کرده یا این‌که‌ با استفاده از پنل‌های خورشیدی در مدار خود به دور زمین گردش می‌کنند تا این‌که به سوی زمین فراخوانده شوند. وقتی که زمان برگشتن به زمین فرا رسید، این کپسول‌ها در موقعیت مناسب از مدار خود خارج شده و وارد جو زمین می‌شوند.

کپسول بعد از طی مدت زمان مشخصی پس از ورود به جو زمین چترنجات خود را باز می‌کند تا سرعت فرود آن کاهش یافته و درنهایت در محدوده‌ی تقریباً ۱۵ کیلومتری محل مورد نظر فرود آید. این شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۲۳ یک نمونه‌ی اولیه‌ی کوچکتر ۵۰ سانتی‌متری از کپسول‌های تجاری خود را آماده‌ کند.

یکی از مهندسان اینورژن، کپسول آزمایشی را حین پرتاب آزمایشی تا زمین تعقیب کرد.

اگر ایده‌ی استارتاپ اینورژن عملی شود، می‌توان صدها هزار کپسول معلق در فضا را تصور کرد که تا پنج سال می‌توانند در مدار به دور زمین بچرخند، درست مانند کمدهای دیواری اما در فاصله‌ای بسیار دور.

اما چه اقلامی ممکن است درون این کپسول‌ها قرار گیرد؟ بنیان‌گذاران شرکت تصور می‌کنند که از این کپسول‌ها می‌توان برای نگه‌داری ارگان‌های مصنوعی بدن استفاده کرد تا درصورت نیاز، در عرض چند ساعت این اعضای حیاتی را به نزدیکی اتاق عمل در یک منطقه‌ی دورافتاده برسانند؛ یا حتی ممکن است این چمدان‌های فضایی کارکردی شبیه به یک بیمارستان صحرایی داشته باشند، بیمارستانی که به جای صحرا در مدار زمین برپا شده است و می‌تواند تجهیزات پزشکی ضروری را به مناطق دورافتاده‌ی زمین تحویل دهد. حتی شاید روزی که پرتاب‌های فضایی بسیار ارزان شد، شرکت اینورژن بتواند خدمات پست پیشتاز متنوع‌تر و غیرحیاتی‌تری ارائه کند، مانند تحویل ۴۵ دقیقه‌ای کالای یک شرکت نیویورکی به مشتری سان‌فرانسیسکویی.

بنیان‌گذاران اینورژن می‌گویند ایده‌ای که به یک رویاپردازی بیهوده شبیه است ممکن است در آینده به لطف کاهش هزینه‌های فعلی پرتاب‌های فضایی به واقعیت بپیوندد. در حال حاضر کم‌ترین هزینه‌ای که برای استفاده از قسمتی از فضای حمل بار موشک‌های اسپیس ایکس باید بپردازید یک میلیون دلار است، اما این رقم بسته به وزن محموله می‌تواند بیشتر باشد. بااین‌حال اینورژن در مورد هزینه‌های استفاده‌ از کپسول‌های فضایی خود سکوت اختیار کرده است.

متیو واینزیرل، پروفسور دانشکده‌ی بازرگانی دانشگاه هارواد که تألیفات متعددی در مورد فرصت‌های اقتصادی فضا داشته است در این مورد می‌گوید:

مشکل بزرگی که همه‌ی افراد فعال در این زمینه به‌دنبال رفع آن هستند این است که با توجه به هزینه‌های فعلی کشش زیادی برای انجام فعالیت‌های اقتصادی در فضا وجود ندارد.

برای دهه‌های متمادی مردم در مورد کار و زندگی در فضا به‌عنوان یک بخش جانبی از زندگی روی زمین رویا‌پردازی کرده‌اند. تا پیش از این، چنین رویایی شبیه به فانتزی‌های فیلم‌های هالیوودی بود؛ اما ظهور شرکت‌های خصوصی فعال در زمینه‌ی هوافضا، هزینه‌های سفر به فضا را به‌شدت کاهش یافته و انجام فعالیت‌ها تجاری در جایی که نیروی گرانش وجود ندارد به واقعیت نزدیک‌ شده است.

بردفورد و بریگز در حال تست کپسول.

در ۳۰ سال گذشته هزینه‌ی پرتاب یک کیلوگرم محموله به فضا در حدود ۹۰ درصد کاهش یافته است و انتظار می‌رود با عملیاتی شدن راکت استارشیپ هزینه‌های پرتاب بیش از پیش کاهش یابد. اما استارشیپ که از آن به‌عنوان نسل بعدی راکت‌های فضایی نام برده می‌شود و سازنده‌ی آن شرکت اسپیس ایکس است هنوز در مرحله‌ی توسعه قرار دارد. طبق گفته‌های ایلان ماسک، مدیر ارشد اسپیس ایکس، انتظار می‌رود هزینه‌ی پرتاب این موشک عظیم‌الجثه در سه سال آینده به زیر ۱۰ میلیون دلار برسد. مقایسه‌ی این عدد با هزینه‌های ۶۲ میلیون دلاری پرتاب موشک فالکون ۹ که پراستفاده‌ترین راکت این شرکت‌ است کاهش قابل‌توجهی را نشان می‌دهد.

اما برای دسترسی بیشتر به فضا، کاهش هزینه‌های پرتاب راکت‌های فضایی تنها یک وجه از مسئله است. فاکتور کلیدی دیگر وجود امکانات و تاسیسات فضایی در مدار زمین است. سال گذشته ناسا به‌عنوان بخشی از برنامه‌ی جایگزینی ایستگاه فضایی بین‌المللی سه شرکت خصوصی را برای دریافت کمک مالی به منظور ساخت ایستگاه فضایی تجاری انتخاب کرد. یک شرکت دیگر به نام اکسیوم‌ اسپیس نیز در سال ۲۰۲۰ قرارداد ۱۴۰ میلیون دلاری برای ساخت مدول سکونت‌پذیر با قابلیت اتصال به ایستگاه فضایی بین‌المللی را با ناسا امضا کرد.

تصویری از بخش داخلی طرح کپسول پیش‌ساخته اولیه.

جاستین فیاسکتی که دوره‌ی کارآموزی خود را در اسپیس ایکس گذرانده بود، برای دنبال‌ کردن رویای استارتاپ فضایی خود سال گذشته از دانشگاه انصراف داد. رویای او این است که علاوه بر داده‌های ماهواره‌ها، اجسام فیزیکی را نیز بتوان از فضا به زمین ارسال کرد.

امروزه بخش بزرگی از محموله‌های سوارشده روی راکت‌های فضایی را ماهواره‌هایی تشکیل می‌دهند که قرار است برای چند سال در مدار باقی بمانند. تجهیزاتی که با آن انسان‌ها و ابزار آزمایشگاهی به فضا برده می‌شوند بسیار بزرگ بوده و پرتاب آن‌ها هزینه‌ای در حدود ۱۰۰ میلیون دلار دربر دارد. همچنین این تجهیزات را اغلب می‌توان تنها با یک نوع خاص از راکت‌ها به فضا منتقل کرد. اما اینورژن می‌گوید کپسول‌های ساخته‌شده توسط آن‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده است که توانایی حمل با هر راکت تجاری را دارد، به این‌ ترتیب ارسال آن‌ها به فضا با هزینه‌ی کم‌تر و دفعات بیشتر صورت خواهد پذیرفت.

کاری که اینورژن می‌خواهد انجام دهد به‌هیچ وجه آسان نیست. برگرداندن یک وسیله به زمین چالش مهندسی متفاوتی از ارسال آن به فضا است. وقتی کپسول به جو زمین وارد می‌شود چنان سرعت بالایی دارد که احتمال سوختن آن به همراه محموله‌اش وجود دارد. این خطر برای فضانوردان و محموله‌های باارزش نیز در هنگام بازگشت مجدد به جو وجود دارد.

سیتا راغوان، پروفسور دپارتمان مهندسی هوافضا و مکانیک دانشگاه مرکزی فلوریدا در این مورد می‌گوید کنترل گرما، ارتعاشات و کاهش سرعت یک کپسول در هنگام ورود مجدد به جو به دلیل ابعاد کوچک آن دشوارتر از محموله‌های بزرگ است. او توضیح می‌دهد:

وقتی حجم کوچک‌تر باشد کنترل همه چیز سخت‌تر می‌شود.

برنامه‌ی اینورژن برای در مدار نگه داشتن تعداد زیادی از کپسول‌ها در مدار نیز به نگرانی‌ها درمورد شلوغی فضای اطراف زمین اضافه کرده است، مشکلی که هم‌اکنون نیز با حضور تعداد زیادی ماهواره در مدار زمین توجهات را به خود جلب کرده است. همچنین حضور تعداد زیادی مدارگرد و اختلال آن‌ها در رصد ستاره‌ها، سیاره‌ها و دیگر اجرام فضایی به یک نگرانی دائمی برای ستاره‌شناسان تبدیل شده است.

جاستین و بریگز در یکی از اتاق‌های آزمایش پروژه اینورژن.

اما مهندسان اینورژن می‌گویند در ساخت کپسول‌ها از موادی استفاده خواهد شد که میزان انعکاس نور توسط آن‌ها را تا حد زیادی کم می‌کند، موضوعی که می‌تواند به جلوگیری از آلودگی نوری آسمان شب توسط کپسول‌های اینورژن کمک کند. همچنین مسئولان این شرکت می‌گویند کپسول‌های اینورژن مجهز به سیستمی خواهند بود که از برخورد آن‌ها با زباله‌های فضایی و دیگر اجرام در مدار زمین جلوگیری خواهد کرد.

آستین بریگز، یکی از بنیان‌گذاران اینورژن و مدیر ارشد بخش تکنولوژی شرکت با ۲۳ سال سن و جاستین فیاسکتی در جشن ورود دانشجویان جدیدالورود به دانشگاه بوستون در کنار یکدیگر نشسته بودند و این اولین ملاقات بین این دو نفر بود. این دو در یکی از انجمن‌های علمی دانشگاه به نام انجمن سیستم پیشران‌ راکت‌ها و هنگام کار روی طراحی موتور راکت‌ها با یکدیگر بیشتر آشنا شدند. فیاسکتی و بریگز در دوران همه‌گیری کرونا به لس‌آنجلس نقل مکان کردند. یک شب که این دو در حال گفتگو درمورد آینده‌ی صنعت فضانوردی بودند به فکر طراحی روش‌های کم‌هزینه‌تری برای برگرداندن محموله‌ها از فضا به زمین افتادند.

آن‌ها سپس در محله‌ی سن‌پدرو در مرکز لس‌آنجلس خانه‌ای اجاره کردند که هزینه‌ی اجاره‌ی آن برای هر کدام ۱۲۵۰ دلار در ماه بود، این اجاره شامل گاراژ منزل نیز می‌شد، جایی که بعدا تبدیل به کارگاه شرکت شد. بریگز به کمک مهارت‌های نجاری فیاسکتی و تجهیزاتی که او با خود آورده بود در تلاش برای نشان دادن مهارت‌های فنی خود به سرمایه‌گذاران بالقوه اولین نمونه از موتور راکت شرکت خود از جنس آلومینیوم را طراحی کرده و ساختند.

در ماه ژوئن، شرکت شتاب‌دهنده‌ی ایده‌ی وای‌کامبینیتور (Y Combinator)، اعلام کرد از سرمایه‌گذاری در استارتاپ اینورژن حمایت خواهد کرد. وای‌کامبینیتور، یک شرکت مستقر در سیلیکون‌ولی است و کار آن سرمایه‌گذاری روی شرکت‌های نوپا با ایده‌های جذاب به ازای مالکیت بخشی از سهام آن‌ها است. این شرکت پیش از این به‌خاطر سرمایه‌گذاری‌های اولیه‌ای که روی شرکت‌های استرایپ و Airbnb انجام داده به شهرت رسید. پنج ماه بعد وای‌کامبینیتر اعلام کرد ۱۰ میلیون دلار سرمایه برای اینورژن جمع‌آوری کرده است، بخشی از این سرمایه بر مبنای تعهد مالی کتبی ۲۲۵ میلیون دلاری از سوی مشتریان بالقوه‌ی اینورژن بوده است، مشتریانی که علاقه دارند بخشی از فضای حمل بار کپسول‌های فضایی اینورژن و خدمات آن را پیش‌خرید کنند. فیاسکتی از اظهارنظر در مورد هویت مشتریان شرکتش خودداری کرد.

تصویری از قطعات نمونه اولیه اینورژن.

در سال‌های اخیر پول‌های سرمایه‌داران به سمت پتاسیل‌های موجود در اقتصاد فضا سوق پیدا کرده است. برای مثال در سال گذشته بنگاه‌های سرمایه‌گذاری بیش از ۷/۷ میلیارد دلار در بخش تکنولوژی‌های مرتبط با فضا سرمایه‌گذاری کرده‌اند، رقمی که طبق آمار ارائه‌شده توسط شرکت پیچ‌بوک نسبت به سال پیش از آن رشد ۵۰ درصدی داشته است.

شرکت اینورژن اخیراً به یک سوله‌ی ۵۰۰ متری کوچ کرده است، کارگاهی ایدئال برای ایده‌پردازانی که در تلاش برای ساخت رویاهای خود هستند. این کارگاه مجهز به ماشین‌های تراشکاری برای ساخت قطعات، تجهیزات جوشکاری و یک دستگاه پرس ۲۰ تنی برای بسته‌بندی چترنجات کپسول‌ها در یک فضای محدود با حداکثر تراکم ممکن است.

در یک گوشه از این سوله و در کنار پرچم بزرگ آمریکا که از سقف آویزان شده و تا کف سالن رسیده است و درست در کنار حلقه‌ی بسکتبال یک کانتینر سیاه ۳ متری جای گرفته است. از این کانتینر به‌عنوان محوطه‌ی آزمایش موتور راکت و مکانیزم‌های راه‌اندازی چترنجات استفاده می‌شود. البته برای افزایش استحکام سازه از دیوارهای بتنی تقویت‌شده با فولاد استفاده شده است، همچنین در محوطه‌ی کارگاه سیستم‌های تشخیص و جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی مانند آب‌‌فشان‌ها و سیستمی برای جایگزینی اکسیژن با نیتروژن در هنگام آتش‌سوزی تعبیه شده است.

مهندسان شرکت اینورژن در هفته‌های اخیر مشغول توسعه‌ی طرح جدیدی برای سیستم چتر نجات کپسول بوده‌اند. مکانیزم چتر نجات پیچیدگی‌های خاصی دارد، فرایند باز شدن چترنجات باید بدون هیچ مشکلی انجام گیرد تا سرعت کپسول به آرامی کاهش پیدا کند و در این حین تکانه‌های ناگهانی به کپسول و محموله‌ی آن وارد نشود. فاکتورهای زیادی در کارآمدی چترنجات مؤثر هستند، از جمله جنس پارچه و طراحی درز بالای چترنجات.

در حالی‌که بیشتر شرکت‌های فعال در زمینه‌ی ساخت راکت‌های فضایی، طراحی و ساخت سیستم‌های چترنجات خود را به شرکت‌های دیگر می‌سپارند، اما اینورژن ساخت چترنجات‌های خود در داخل شرکت را به ‌شکل یک مزیت می‌بیند.

آماده‌سازی چترهای آزمایشی توسط کانر کلیسی یکی از مهندسان ارشد پروژه.

در یکی از آزمایش‌های اولیه، مهندسان اینورژن متوجه ارتعاشات بیش‌ از حد کپسول به هنگام فرود شدند. به منظور آزمایش یک طراحی جدید، فیاسکتی و بریگز به همراه دو مهندس دیگر در یکی از صبح‌های هفته‌ی پیش قبل از طلوع آفتاب خود را به یک باند فرود رساندند، یک باند دورافتاده که آخرهفته‌ها میزبان عاشقان ورزش چتربازی است.

کانر کلسی، یکی از مهندسان اینورژن که مسئولیت نظارت بر طراحی سیستم چترنجات را برعهده دارد، با یک کپسول آزمایشی سوار بر یک هواپیمای کوچک شد. روی این کپسول آزمایشی یک دوربین گوپرو و یک وسیله‌ی سنجش اینرسی برای ثبت حرکات کپسول چسبانده شده بود. وقتی هواپیما به ارتفاع هزار متری رسید کلسی کپسول را از هواپیما به بیرون پرتاب کرد و بعد از چند ثانیه خود او هم از هواپیما به بیرون پرید. کلسی که خود یک چترباز باتجربه است در آسمان به دور کپسول چرخیده و از حرکات کپسول با دوربینی که به کلاه ایمنی او متصل بود فیلم‌برداری کرد.

در آزمایش دوم همه‌چیز به خوبی پیش رفت و چترنجات به همان شکلی که انتظارش می‌رفت باز شد. اما در هنگام فرود دوربین گوپرو که روی کپسول تعبیه شده بود از آن‌ جدا شد و مهندسان جوان مجبور شدند چند ساعت به‌دنبال آن بگردند. بعد از آزمایش دوم فیاسکتی و همکارانش توانستند مشکل آزمایش اول را پیدا کنند؛ چسب پارچه‌ای که برای پوشاندن یک سوراخ در چترنجات به‌کار رفته بود باعث به‌هم چسبیدن بخشی از چتر شده بود.

پس از همه‌ی این قضایا فیاسکی می‌گوید از آهسته‌ باز شدن چتر نجات ناامید نشده است؛ چون همه‌ی این‌ها بخشی از فرایند پیشرفت است. او اضافه می‌کند:

در ابتدای راه نباید انتظار داشته باشید که همه چیز به همان خوبی که می‌خواهید پیش برود. حدس می‌زنم به‌همین‌دلیل، است که به سخت‌افزار، فناوری سخت هم می‌گویند.