فناوری باستانی چگونه اکتشافات فضایی را زنده نگه داشته است؟

۴ ژوئن ۱۹۹۶، پایگاه فضایی اروپا در گویان فرانسه: طراحی و ساخت چهار ماهواره‌ی یکسان اروپایی به نام کلاستر بیش از ده سال به طول انجامید و تنها ۳۹ ثانیه کافی بود تا در یک آتش‌بازی عظیم از بین بروند.

با انحراف موشک آریان ۵ از مسیر و انفجار آن، بقایای موشک روی جنگل‌های آمریکای جنوبی فرود آمد. این فاجعه یکی از معروف‌ترین و غیرمنتظره‌ترین شکست‌های آژانس فضایی اروپا بود، اما در عرض چند ماه کار روی ساخت ماهواره‌های جایگزین با نام پروژه‌ی کلاستر ۲ آغاز شد.

کلاستر ۲ که برای بررسی برهم‌کنش ذرات باردار خورشید (باد خورشیدی) و حباب مغناطیسی اطراف زمین موسوم به مغناطیس‌کره طراحی شده بود، به یکی از موفق‌ترین و بادوام‌ترین مأموریت‌های فضایی تبدیل شد. ماهواره‌های این گروه به نام‌های رومبا، سالسا، سامبا و تانگو به مدت ۲۳ سال در مدار زمین مشغول به کار هستند. به نقل از مدیر مأموریت‌های کلاستر، این مأموریت صرفا برای سه سال طراحی شده بود.

کلاستر یکی از پرشمار مأموریت‌هایی است که به لطف مهارت و نبوغ گروه‌های مهندسی و علمی پشت سر آن و مهارت این افراد در حل مسئله و رفع‌ خطای فضاپیماها هنوز دوام آورده است. یکی از نمونه‌های چالش حفظ ارتباط با کاوشگرهای قدیمی، مورد اخیر قطع ارتباط موقتی با وویجر ۲ بود.

کاوشگرهای دوقلوی وویجر که تقریبا ۴۶ سال پیش در سال ۱۹۷۷ پرتاب شدند، همچنان به مخابره‌ی اطلاعات با زمین مشغول هستند. با این‌حال ناسا اطمینان داده است که کاوشگر وویجر ۲ همچنان تحت کنترل است.

یکی از چالش‌های اصلی، تأمین توان کاوشگرها است. ماهواره‌های کلاستر دارای مجموعه‌ای از آرایه‌های خورشیدی هستند اما دو سال یک بار وارد سایه‌ی زمین می‌شوند و باتری‌های آن‌ها باید طی این مدت دوام بیاورند. یکی از راه‌حل‌ها، کاهش مصرف انرژی ماهواره‌ها در حین ورود به سایه و سپس ارسال سیگنال‌هایی برای راه‌اندازی مجدد آن‌ها در یک توالی خودکار بود. این فرآیند مانند این است که کلاستر هر دو سال یک بار ریست فکتوری شود.

تلسکوپ XMM Newton هم مانند بسیاری از ماهواره‌ها دارای رانشگر برای مانور است و از چرخ‌های عکس‌العملی برای حفظ ثبات استفاده می‌کند. این چرخ‌ها که با آرایه‌های خورشیدی تقویت می‌شوند، برای تولید نیروی لازم برای چرخش مدارپیما در جهت مخالف، با سرعت بالایی به دور خود می‌چرخند.

تلسکوپ نیوتون برای عملیات با سه چرخ و یک چرخ پشتیبان طراحی شده است، اما این قطعات متحرک پس از یک دهه فرسوده شده‌اند. کنترل‌کنندگان مأموریت به جای اینکه تا خرابی کامل چرخ‌های عکس‌العملی منتظر بمانند، ایده‌ی فعال‌سازی چرخ چهارم و عملکرد چرخ‌های دیگر با سرعت پائین‌تر را مطرح کردند.

فضاپیمای مارس اکسپرس از آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۰۳ به فضا پرتاب شد. این فضاپیما برای فعالیت به مدت ۲ سال طراحی شده بود اما پس از ۲۰ سال همچنان در حال بررسی جو و ارسال تصاویر زیبا از سطح مریخ است. کنترل‌کننده‌های این فضاپیما هم باید مانند بسیاری از همکاران خود با فناوری‌های قدیمی کامپیوتری سر و کله بزنند. برای مثال به دنبال بروز خطا در کامپیوتر کاوشگر، مهندسان روشی جدید برای بارگذاری دستورها در حافظه‌ی رم دو مگابایتی این فضاپیما پیدا کردند.

کنترل‌کننده‌ها همچنین دریافتند که نرم‌افزار اصلی برای بخش از سامانه‌ی ناوبری آنبورد روی کامپیوتر شخصی ویندوز ۹۸ اجرا می‌شد که هیچ‌کس نمی‌توانست رمز عبور آن را پیدا کند و در نهایت از قیچی آهن‌بر برای جداسازی هارددیسک‌ها استفاده شد؛ اما بزرگ‌ترین چالش پنج سال پیش به دنبال خطای مکانیکی به وجود آمد و تهدیدی برای پایان نابهنگام ماموریت بود.

مارس اکسپرس مجهز به شش ژیروسکوپ برای اندازه‌گیری چرخش است. این ژیروسکوپ‌ها همراه با دو دوربین که ردیاب ستاره‌ای نامیده می‌شوند، فضاپیما را قادر می‌سازند چرخش خود در فضا را تنظیم کند؛ اما در سال ۲۰۱۷ عملکرد ضعیف ژیروسکوپ‌ها آشکار شد.

خوشبختانه فضاپیمای مارس اکسپرس بر اساس طرح استانداردی ساخته شده بود که برای مأموریت‌های دیگر مثل کاوشگر دنباله‌دار رزتا هم به کار رفته بود. گرچه مارس اکسپرس هرگز برای عملکرد بدون چرخنده‌ها طراحی نشده بود، نرم‌افزارهای روزتا امکان خاموش شدن چرخنده‌ها را فراهم می‌کردند؛ بنابراین آیا اپراتورها می‌توانستند کدی را که به مدت ۲۰ سال پیش برای روزتا طراحی کرده بودند برای مارس اکسپرس به کار ببرند؟ این کار بدون ریسک نبود با این حال نتیجه موفقیت آمیز بود و پژوهشگرها امیدوارند مارس اکسپرس تا سال ۲۰۲۸ به مأموریت خود ادامه دهد.

بااین‌حال، یک مأموریت مریخی دیگر در مدار سیاره سرخ حتی بیش از این‌ها دوام آورده است. کاوشگر ادیسه ناسا که از سال ۲۰۰۱ شروع به کار کرده است، با انجام ۹۵ هزار گردش، قدیمی‌ترین فضاپیمای فعال در مدار سیاره‌ای دیگر محسوب می‌شود.

اما در نهایت سوخت هر دو مدارپیمای مریخی مارس اکسپرس و ادیسه به پایان خواهد رسید. این کاوشگرها به لطف نبوغ پژوهشگرها و دانشمندان از حداکثر ظرفیت خود استفاده کرده‌اند. کاوشگرهای دو قلوی وویجر نیز با دیسک طلایی خود که حاوی پیغام زمینی‌ها برای ساکنان احتمالی فضا است، همچنان به مدت میلیون‌ها سال در فضای میان‌ستاره‌ای به سفرشان ادامه خواهند داد و میراث بشر را به بی‌کران خواهند برد.