همه در ناسا به او ‌گفتند «دیوانه»، اما ایده‌اش فرود بر ماه را ممکن کرد

۲۰ جولای ۱۹۶۹، میلیون‌ها نفر چشمانشان را به صفحه‌های سیاه‌وسفید تلویزیون دوختند، درحالی‌که مردی با لباس سفیدِ فضایی از نردبان یک سازه‌ی فلزی پایین می‌آمد. نیل آرمسترانگ، خلبانی آرام و دقیق که سال‌ها پیش درخواستش اندکی دیرتر از موعد به ناسا رسیده بود، نخستین انسانی بود که بر سطح ماه گام نهاد و گفت: «این گامی کوچک برای یک انسان، اما جهشی بزرگ برای بشریت است.»

فرود آپولو ۱۱ اوج هشت سال تلاش خستگی‌ناپذیر برای تحقق وعده‌ی جان اف. کندی بود: «فرستادن انسان به ماه و بازگرداندن او پیش از پایان دهه». اما مسیر رسیدن به این لحظه، به‌هیچ‌وجه هموار نبود و در پس هر تصویر شکوهمند از ماه‌نشین، رد خاکستر، اضطراب و مرگ دیده می‌شد.

آتش‌سوزی مرگبار آپولو ۱، که سه فضانورد را درون کابینشان سوزاند، ناسا را واداشت تا همه‌چیز را از نو طراحی کند. موتورهای عظیم F-1 در قلب موشک ساترن ۵ بارها منفجر شدند و هر بار، پروژه را تا مرز لغو پیش بردند.

بااین‌حال، شاید دشوارترین چالش نه در آسمان، بلکه پشت میزهای طراحی بود: اصلاً چگونه باید بر ماه فرود آمد؟ پرسشی به‌ظاهر ساده که در عمل به یکی از پیچیده‌ترین تصمیم‌های مهندسی قرن تبدیل شد؛ تصمیمی که نتیجه‌ی سال‌ها محاسبه، بحث و پافشاری مهندسی بود که نامش کمتر از آرمسترانگ شنیده می‌شود، اما بدون او، هیچ پایی بر خاک ماه نمی‌نشست.

در ادامه، خواهیم دید که ناسا چگونه گام‌به‌گام راه فرود بر ماه را یاد گرفت و طراحی کرد.

مهندسان ناسا چندین سال پیش از اینکه جان اف. کندی در ماه می ۱۹۶۱ پروژه آپولو را معرفی کند، در حال بررسی روش‌های مختلف برای سفر سرنشین‌دار به ماه بودند. در نگاه نخست، ساده‌ترین رویکرد همان چیزی بود که در رمان‌ها و فیلم‌های علمی‌تخیلی به تصویر کشیده می‌شد: از ماجراهای تن‌تن گرفته تا کتاب «از زمین تا ماه» ژول ورن. سفینه‌ای عظیم که از زمین بلند می‌شود، روی ماه می‌نشیند و سپس دوباره به خانه بازمی‌گردد.

در این سناریو که با نام «صعود مستقیم» (Direct Ascent) شناخته می‌شود، فضاپیما باید تمام تجهیزات و سوخت موردنیاز برای کل سفر رفت‌وبرگشت را با خود حمل می‌کرد. کپسول فرماندهی باید آن‌قدر محکم ساخته می‌شد که گرمای شدید ورود مجدد به جو زمین را تحمل کند. بخش خدمات نیز باید اکسیژن، سلول‌های سوختی و سایر ملزومات حیات خدمه را در خود جای می‌داد.

این جرم سنگین باید به‌آرامی روی ماه فرود می‌آمد و دوباره به فضا برمی‌خاست. اما محاسبات خیلی زود رؤیای صعود مستقیم را فروریختند. طبق برآوردها در این حالت وزن کل فضاپیما به حدود ۹۰ تُن می‌رسید؛ عددی که حتی برای خیال‌پردازترین مهندسان هم ترسناک بود.

همچنین برای بلندکردن چنین هیولایی از زمین، باید از موشکی افسانه‌ای به نام نوا (Nova) استفاده می‌کردند؛ غولی ۱۱۰ متری با نیروی پیشرانه‌ای حدود ۶۱ میلیون نیوتن، تقریباً دو برابر قدرت موشک ساترن ۵ که بعدها آپولو را به ماه برد.

حتی اگر همه‌ی این‌ها حل می‌شد، مسئله‌ی دیگری باقی می‌ماند: فضانوردان در هنگام پرتاب، به پشت در کپسول می‌خوابیدند تا شتاب را تحمل کنند؛ بنابراین هنگام فرود، پشتشان به سطح ماه بود و نمی‌توانستند محل نشستن را ببینند. به همین دلیل اولین رویکرد ساده، در عمل به بن‌بستی مهندسی تبدیل شد.

صعود مستقیم، رؤیایی بود که روی کاغذ زیبا می‌درخشید، اما وزن واقعیت آن را از آسمان به زمین کشید.

ورنر فون براون، مهندس آلمانی و معمار موشک‌های V-2 و بعدها مدیر مرکز پروازهای فضایی مارشال، باورداشت که مسیر واقعی به ماه از مدار زمین می‌گذرد، رویکردی جایگزین که با نام «قرار مداری زمینی» یا Earth Orbit Rendezvous (EOR) شهرت یافت.

او پیشنهاد کرد به‌جای پرتاب یک فضاپیمای غول‌پیکر با یک موشک نوا، قطعات فضاپیمای ماه در چند پرتاب جداگانه و با موشک‌های کوچک‌تر (مانند ساترن C-5)، به مدار زمین فرستاده شوند. آنجا، در سکوت و بی‌وزنی فضا، این بخش‌ها به‌دقت به هم متصل می‌شدند تا یک سفینه‌ی کامل شکل بگیرد و سپس راهی ماه شود.

در تئوری این روش هوشمندانه و عملی به‌نظر می‌رسید و نیاز به موشک غول‌آسای نوا را رفع می‌کرد. اما در عمل، فرایند مونتاژ در فضا به کنار هم گذاشتن قطعات یک پازل در میان گردباد می‌مانست. در آن دوران، فناوری‌های حیاتی مثل راندِوو (رسیدن دو فضاپیما به یکدیگر در مدار) و داکینگ (اتصال آن‌ها) هنوز در مراحل آزمایشی اولیه بودند.

علاوه‌بر چالش‌های فنی، خطرات لجستیکی هم وجود داشت. اگر یکی از پرتاب‌ها شکست می‌خورد یا تأخیر می‌داشت، کل مأموریت باید متوقف می‌شد. حتی در صورت موفقیت کامل، مشکل اصلی پابرجا بود: چگونه باید آن سازه‌ی سنگین را بر سطح ماه فرود آورد و دوباره بلند کرد؟ روش EOR فقط بخشی از مسیر را آسان‌تر می‌کرد و مهم‌ترین مشکل را دست‌نخورده باقی می‌گذاشت.

در پس این بحث‌های فنی، سیاست و تصمیم‌های مدیریتی نیز نقش مهمی ایفا می‌کردند. طراحی پایه‌ی فضاپیمای آپولو، یعنی کپسول سه‌نفره، پیش‌ازاین نهایی شده بود. تصمیمی که باعث شد وزن فضاپیما به شکل چشمگیری افزایش یابد و گزینه‌های سبک‌تر و کارآمدتر، مانند طرح‌های پیشنهادی شرکت مک‌دانل داگلاس با فضاپیماهای دونفره، کنار گذاشته شوند.

این تصمیماتِ از پیش گرفته‌شده، مهندسان را در یک چارچوب سنگین و پرهزینه حبس می‌کرد. بعدها فاجعه آپولو ۱ در سال ۱۹۶۷، که در آن سه فضانورد به دلیل ایرادات طراحی و کیفیت ساخت پایین در یک آتش‌سوزی جان باختند، نشان داد که چگونه تصمیمات سیاسی و قراردادی می‌توانند عواقب مرگباری داشته باشند.

درحالی‌که مدیران ارشد ناسا میان دو اردوگاه «صعود مستقیم» و «قرار مداری زمینی» در رفت‌وآمد بودند، گروهی کوچک از مهندسان در حاشیه‌ی جلسات رسمی، درباره‌ی ایده‌ای سومی بحث می‌کردند که در ابتدا دیوانه‌وار به نظر می‌رسید: طرح «قرار ملاقات در مدار ماه» (Lunar Orbit Rendezvous - LOR).

این طرح که اولین‌بار توسط شرکت Chance Vought مطرح شد، یک فرض اساسی را به چالش می‌کشید: چرا کل فضاپیما باید روی ماه فرود بیاید؟

در سناریوی LOR، فضاپیمای اصلی شامل کپسول فرماندهی و بخش خدمات پس از رسیدن به ماه، در مدار باقی می‌ماند. سپس، یک وسیله نقلیه کوچک و بسیار سبک که منحصراً برای فرود طراحی شده بود و «ماه‌نشین» (Lunar Module) نام داشت، از فضاپیمای مادر جدا می‌شد و دو فضانورد را به سطح ماه منتقل می‌کرد.

پس از اتمام مأموریت، ماه‌نشین از سطح ماه برمی‌خاست و در مدار به فضاپیمای مادر ملحق می‌شد، فضانوردان به کپسول بازمی‌گشتند و در نهایت، ماه‌نشین غیرضروری، در فضا رها می‌شد.

به بیان ساده طرح LOR شبیه این بود که به‌جای راندن یک کامیون سنگین در مسیری کوهستانی و صعب‌العبور، اتوبوس را در ابتدای مسیر پارک کنید و با یک موتورسیکلت سبک و چابک به اکتشاف بپردازید.

بااین‌حال، مدیران ارشد ناسا فوراً این ایده را رد کردند. آن‌ها معتقد بودند انجام عملیات حساس راندوو و داکینگ در مدار ماه، در فاصله ۳۸۴ هزارکیلومتری از زمین، بسیار پرخطر است. اگر ماه‌نشین به هر دلیلی نمی‌توانست به فضاپیمای مادر متصل شود، دو فضانورد برای همیشه در فضا سرگردان می‌ماندند و هیچ راهی برای نجاتشان وجود نداشت؛ ریسکی که در آن زمان غیرقابل‌قبول به نظر می‌رسید.

در این میان، یک مهندس در مرکز تحقیقاتی لنگلی ناسا به نام جان هوبولت، به قهرمان بی‌چون‌وچرای ایده LOR تبدیل شد. هوبولت و گروه کوچک تحقیقاتی‌اش با محاسبات دقیق نشان دادند که LOR نه‌تنها از نظر مصرف سوخت و وزن کارآمدترین روش، بلکه تنها راهی است که می‌تواند فرود بر ماه را تا پایان دهه ممکن سازد.

اما هر جا که هوبولت ایده‌اش را مطرح می‌کرد، با مقاومت شدید و حتی تمسخر روبرو می‌شد. یکی از مدیران فنی ناسا در جلسه‌ای فریاد زد: «اعدادش دروغ است! او اصلاً نمی‌داند درباره چه حرف می‌زند!» رؤسای هوبولت نیز به او دستور دادند بحث را متوقف کند، زیرا تصمیم‌گیری درباره‌ی روش فرود خارج از حوزه اختیارات دپارتمان او بود.

هوبولت اما تسلیم نشد. او که از بوروکراسی و تعصبات ریشه‌دار در ناسا به ستوه آمده بود، در نوامبر ۱۹۶۱ راه دیگری را برگزید: او تمام سلسله‌مراتب اداری را نادیده گرفت و نامه‌ای مستقیم به رابرت سیمونز، معاون مدیر ناسا، نوشت.

این اقدام هوبولت می‌توانست به قیمت آینده شغلی‌اش تمام شود و خودش هم به این موضوع واقف بود. او در ابتدای نامه‌اش نوشت:

تا حدودی مانند صدایی در تاریکی، می‌خواهم چند فکر را که ماه‌هاست عمیقاً نگرانم کرده، با شما در میان بگذارم.[..] می‌دانم که تماس با شما از این طریق تا حدی غیرمتعارف است، اما موضوع آن‌قدر برای همه ما حیاتی است که یک اقدام نامعمول را توجیه می‌کند[...] ممکن است پس از خواندن این نامه احساس کنید با یک آدم عجیب‌وغریب طرف هستید. از این نترسید.

هوبولت در ادامه با صراحت استدلال کرد که ناسا برای انتخاب روش فرود با رویکردی ناقص، محدودکننده و پر از تعصب تصمیم می‌گیرد. او پرسید: «سؤال مهم این است: آیا می‌خواهید به ماه بروید یا نه؟ اگر بله، چرا باید تفکر خود را به یک کانال تنگ و مشخص محدود کنیم؟»

استدلال‌های او چنان روشن بود که سیمنز نتوانست نادیده‌اش بگیرد. او دستور داد ایده‌ی LOR دوباره به‌طورجدی بررسی شود تحلیل‌های بیشتر نشان داد که ریسک راندوو در مدار ماه بسیار کمتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. حتی ورنر فون براون، که زمانی از سرسخت‌ترین حامیان EOR بود، در ژوئن ۱۹۶۲ تغییر عقیده داد و حمایت خود را از LOR اعلام کرد.

یک ماه بعد، ناسا رسماً تصمیم گرفت: قرار مداری ماه، مسیر رسمی برنامه‌ی آپولو خواهد بود.

جان هوبولت، مهندس گمنامی که زمانی صدایش نادیده گرفته می‌شد، به یک قهرمان تبدیل شد. مافوقش پس از اعلام این خبر دست او را فشرد و گفت: «با اطمینان می‌توانم بگویم که دارم با مردی دست می‌دهم که به‌تنهایی ۲۰ میلیارد دلار برای دولت صرفه‌جویی کرد.»

با انتخاب روش قرار مداری ماه (LOR)، ناسا با بزرگ‌ترین چالش فنی خود مواجه شد: ساخت ماژول ماه‌نشین. این وسیله نقلیه تابه‌حال در هیچ مأموریتی شرکت نکرده بود؛ فضاپیمایی واقعی که فقط برای پرواز در خلاء فضا طراحی می‌شد و هیچ نیازی به آیرودینامیک نداشت.

قرارداد ساخت آن به شرکت گرامن ایرواسپیس (Grumman Aerospace) سپرده شد؛ شرکتی با تجربه در طراحی هواپیما، اما بی‌تجربه در ساخت فضاپیما برای دنیایی بدون هوا. مهندسان گرامن به قلمرو ناشناخته‌ای قدم گذاشتند: آیا فضانوردان می‌توانند به‌راحتی در مدار ماه عملیات داکینگ را انجام دهند؟ سطح ماه چقدر محکم است؟ آیا ماه‌نشین در گردوغبار نرم ماه فرو خواهد رفت؟

بزرگ‌ترین دشمن طراحان، «وزن» بود. برای اینکه موشک ساترن ۵ بتواند ماژول ماه‌نشین و فضاپیمای اصلی را حمل کند، وزن ماه‌نشین باید به کمتر از ۱۰ تن می‌رسید، اما وزن طرح‌های اولیه دوبرابر این رقم برآورد شد.

این موضوع مهندسان را به سمت راه‌حل‌های خلاقانه و هوشمندانه سوق داد. برای مثال، در طراحی اولیه، فضانوردان روی صندلی می‌نشستند که این امر مستلزم پنجره‌های بزرگ و سنگین برای دید کافی بود. اما طراحان متوجه شدند که در گرانش یک‌ششم ماه، پاهای انسان می‌تواند ضربه‌گیر بسیار خوبی باشد.

برای محافظت از ماه‌نشین در برابر تغییرات شدید دمایی سطح ماه (از ۱۲۱ درجه سانتی‌گراد در نور خورشید تا منفی ۱۳۳ درجه در سایه)، از فناوری جدیدی استفاده شد: یک‌لایه نازک از پلاستیک مایلار با روکش فلزی که ظاهری شبیه به فویل طلایی به ماه‌نشین می‌داد.

این ماده که امروزه در پتوهای نجات اورژانسی کاربرد دارد، عایق بسیار سبک و کارآمدی بود. پنل‌های بدنه آن‌قدر نازک ساخته شدند (در برخی نقاط به ضخامت چندلایه فویل آلومینیومی) که کارگران در کارخانه گرامن باید بااحتیاط کامل حرکت می‌کردند تا با انداختن یک ابزار، بدنه را سوراخ نکنند. به همین دلیل، ماه‌نشین‌ها در یکی از اولین «اتاق‌های تمیز» (Clean Rooms) صنعتی جهان ساخته شدند تا از ورود هرگونه گردوغبار یا ذره خارجی جلوگیری شود.

در نهایت، پس از سال‌ها طراحی، آزمایش و اضطراب، حاصل کار چیزی بود که هیچ شباهتی به رؤیاهای صاف و براق فیلم‌ها یا حتی فضاپیماهای قبلی نداشت: یک سازه‌ی زاویه‌دار حشره‌مانند؛ هر قطعه‌ی ماه‌نشین فقط برای انجام وظیفه‌اش در خلاء طراحی شده بود، بدون ملاحظات زیبایی‌شناختی یا آیرودینامیکی.

پیش از آنکه انسان‌ها بتوانند با این ماشین تازه‌متولدشده بر ماه فرود بیایند، ناسا باید آن را به‌طور کامل آزمایش می‌کرد. ازآنجایی‌که پرواز با ماژول ماه‌نشین در خلاء تجربه‌ای کاملاً متفاوت بود، مهندسان دستگاهی ساختند که بعدها به کابوس خلبانان آزمایشی تبدیل شد: وسیله‌ی آموزشی فرود بر ماه (LLTV)، معروف به تختخواب پرنده.

این ماشین با یک موتور جت روبه‌پایین و مجموعه‌ای از پیشرانه‌های کوچک هیدروژن پراکسید، شرایط پرواز در گرانش یک‌ششم ماه را روی زمین شبیه‌سازی می‌کرد. هدایتش، حتی برای ماهرترین خلبانان، مانند رام کردن یک حیوان وحشی بود.

سال ۱۹۶۸، نیل آرمسترانگ هنگام تمرین با یکی از وسایل، کنترل آن را از دست داد و تنها چند ثانیه قبل از سقوط و انفجار، با صندلی‌پران به بیرون پرید. مهارت او در کنترل این وسیله خطرناک، یکی از دلایل انتخابش به‌عنوان فرمانده آپولو ۱۱ بود.

هم‌زمان، مأموریت‌های رباتیک رنجر و سورویر اطلاعات حیاتی درباره سطح ماه ارسال کردند و نشان دادند که سطح آن عمدتاً جامد است و خطر فرورفتن در غبار وجود ندارد. سپس، نوبت به آزمایش‌های سرنشین‌دار در فضا رسید. در آپولو ۹، ماژول ماه‌نشین برای نخستین‌بار در مدار زمین آزمایش شد و عملکردش در شرایط واقعی فضا به اثبات رسید.

و سرانجام، ۲۰ جولای ۱۹۶۹ فرارسید. نیل آرمسترانگ و باز آلدرین سوار بر ماه‌نشین عقاب (Eagle) از فضاپیمای مادر، کلمبیا (Columbia)، جدا شدند. اما دقایقی بعد، زنگ‌های هشدار کامپیوتر با کدهای ۱۲۰۱ و ۱۲۰۲ به صدا درآمد و مأموریت را در آستانه لغو قرار داد.

مهندسان به‌سرعت تشخیص دادند که این هشدارها به دلیل سرریزشدن داده‌ها در کامپیوتر به‌خاطر فعال‌بودن هم‌زمان دو رادار است و خطری جدی محسوب نمی‌شود. مأموریت ادامه یافت. اما مشکل بعدی این بود که کامپیوتر هدایت خودکار، عقاب را به سمت منطقه‌ای پر از تخته‌سنگ‌های بزرگ در کنار یک دهانه هدایت می‌کرد.

در مرکز کنترل، فریاد و اشک و خنده درهم آمیخت. بشر بر ماه فرود آمده بود. در میان جمعیت مردی نشسته بود که بینش و پافشاری‌اش این لحظه تاریخی را ممکن ساخت: جان هوبولت که به دعوت ورنر فون براون در آنجا حضور داشت.

سال‌ها بعد، هوبولت تعریف کرد که لحظاتی پس از فرود، فون براون به سمت او برگشت و گفت: «متشکرم، جان. ایده خوبی بود.»

ماژول ماه‌نشین گرامن در مأموریت‌های بعدی نیز قابلیت اطمینان خود را به اثبات رساند، اما هیچ‌کجا ارزش این ماشین عجیب بیشتر از مأموریت نافرجام آپولو ۱۳ مشخص نشد.

آوریل ۱۹۷۰، انفجار یک مخزن اکسیژن، فضاپیمای اصلی را فلج کرد و جان سه فضانورد را به خطر انداخت. آن‌ها برای زنده‌ماندن، فضاپیمای اصلی را خاموش کرده و از ماه‌نشین خود، «آکواریوس» (Aquarius)، به‌عنوان یک «قایق نجات» استفاده کردند.

این ماه‌نشین که فقط برای دو روز و دو نفر طراحی شده بود، به مدت چهار روز سه نفر را زنده نگه داشت و آن‌ها را در سفری پرمخاطره به دور ماه و به سمت زمین هدایت کرد.

با پایان برنامه آپولو، طرح‌هایی برای نسخه‌های پیشرفته‌تر ماه‌نشین، مانند «تاکسی ماه‌نشین» برای اقامت‌های طولانی‌مدت یا «کامیون ماه‌نشین» برای حمل بار به سطح ماه، ارائه شد. اما سیاست، بودجه و بی‌میلی عمومی به ادامه‌ی مسابقه‌ی فضایی، این رؤیاها را پیش از تولد متوقف کرد.

بااین‌حال، میراث ماه‌نشین از میان نرفت. فرود بر ماه، نه فقط جریان ساختن موشک‌های بزرگ‌تر و قدرتمندتر بلکه روایت اندیشه‌ها است، مثل  ایده‌ای که در ابتدا توسط همه رد شد اما با دوراندیشی یک مهندس مصمم، مسیر تاریخ اکتشافات فضایی را برای همیشه تغییر داد.