آیا ناسا واقعاً می‌تواند فضانوردان را تا سال ۲۰۲۸ روی ماه فرود بیاورد؟

خلاصه مقاله:

• برنامه آرتمیس با هدف بازگرداندن انسان به سطح ماه رو به پیشرفت است، اما هنوز چالش‌های فراوانی در مسیر وجود دارد و بسیاری از کارشناسان، جدول زمانی کنونی ناسا را غیرواقع‌بینانه می‌دانند.
• طراحی و ساخت عناصر سخت‌افزاری کلیدی بازگشت به ماه نظیر ماه‌نشین‌ها و لباس‌های فضانوردی به‌طور کامل برعهده‌ی شرکت‌های خصوصی مانند اسپیس‌ایکس و بلو ارجین است و همین وابستگی، همگام‌سازی و یکپارچه‌سازی پروژه را بسیار دشوار می‌کند.
• فناوری‌های کلیدی مانند سوخت‌گیری مداری، فرود سازه‌های بزرگ روی سطح ماه و یکپارچه‌سازی چند سامانه مستقل، ریسک و پیچیدگی مأموریت را به‌طور چشمگیری افزایش داده‌اند.
• در کنار چالش‌های فنی، فشار رقابت فضایی با چین و تغییر مدل اقتصادی ناسا به سمت قراردادهای تجاری، موجب شده است که هدف‌گذاری زمانی ۲۰۲۸ محل تردید جدی باشد.

بیش از نیم‌قرن از پایان عصر آپولو می‌گذرد؛ دورانی تکرارنشدنی که یکی از بزرگ‌ترین نقاط عطف تاریخ بشر، یعنی قدم‌گذاشتن روی سطح ماه را رقم زد. در تمام این مدت، حضور انسان در فضا به مدار نزدیک زمین محدود بوده و وظیفه‌ی کاوش نواحی دوردست بر دوش ربات‌ها قرار داشته است. بااین‌حال، ناسا در سال‌های اخیر با برنامه آرتمیس وعده‌ی بازگرداندن انسان به سطح ماه را داده؛ هدفی بزرگ که پس از موفقیت مأموریت آرتمیس ۲ در اوایل امسال، بیش از همیشه دست‌یافتنی به‌نظر می‌آید. اکنون تمام نگاه‌ها به گام‌های بعدی سازمان فضایی آمریکا دوخته شده است.

ناسا امیدوار است که بالاخره بعد از مدت‌ها انتظار و تاخیر، ۲۰۲۸ سال اعزام دوباره‌ی فضانوردان به سطح ماه باشد. این جاه‌طلبی بزرگ نشان‌دهنده‌ی عزم پرزیدنت ترامپ برای بازگشت انسان به ماه پیش از پایان دوره دوم ریاست‌جمهوری‌اش است. بااین‌حال، منتقدان، طرفداران فضا و کارشناسان مستقل با بیم و امید به این جدول زمانی می‌نگرند و این پرسش منطقی را مطرح می‌کنند که آیا ناسا واقعاً می‌تواند تا سال ۲۰۲۸ به این هدف دست یابد، یا این تاریخ صرفاً یک رویای سیاسی و مدیریتی است؟

جرد آیزاکمن، مدیر ناسا هفته‌ی گذشته در رویداد معرفی فضانوردان آرتمیس ۳ گفت آژانس فضایی به‌شدت مطمئن است که به ضرب‌الاجل ۲۰۲۸ دست خواهد یافت. او گفت: «ما تا پیش از پایان سال ۲۰۲۸ به ماه بازخواهیم گشت. فقط همراهمان باشید.» با وجود این اطمینان‌بخشی، بیشتر کارشناسان مانند کیسی دریر، مدیر سیاست‌گذاری فضایی در انجمن سیاره‌ای، باور دارند که این تاریخ واقع‌بینانه نیست.

هرچند ناسا با مأموریت آرتمیس ۲ نشان داد که می‌تواند با استفاده از موشک غول‌پیکر اسپیس لانچ سیستم (SLS) و فضاپیمای اوراین، انسان‌ها را به مدار ماه بفرستد، مأموریت‌های بعدی، یعنی آرتمیس ۳ و ۴ بسیار پیچیده‌تر و نیازمند استفاده از موشک‌ها و فضاپیماهای بیشتر هستند. به‌طور دقیق، ناسا برای بازگشت به سطح ماه به دو شرکت خصوصی اسپیس‌ایکس و بلو ارجین متکی است تا وسایل نقلیه‌ی فرود روی ماه را فراهم کنند؛ فضاپیماهایی که فضانوردان را از مدار ماه به سطح آن منتقل می‌کنند و سپس دوباره به مدار ماه بازمی‌گردانند.

اما مشکل اینجاست که نه اسپیس‌ایکس و نه بلو ارجین ساخت فضاپیماهای ماه‌نشین را به پایان نرسانده‌اند. موشک‌هایی که قرار است این ماه‌نشین‌ها را به ماه برسانند نیز هنوز آماده نیستند. استارشیپ اسپیس‌ایکس با وجود پیشرفت‌های سریع، هنوز عملیات مداری واقعی انجام نداده و در طول پروازهای آزمایشی خود با با برخی ناکامی‌ها مواجه شده است. در سمت دیگر، موشک نیوگلن بلو ارجین نیز به‌تازگی انفجاری بی‌سابقه را تجربه کرد و بعید است به این زودی‌ها پروازهایش را از سر بگیرد.

هرچند اتکا به بخش خصوصی، به ناسا امکان می‌دهد تا با هزینه‌ای بسیار کمتر از عصر آپولو به ماه بازگردد، درعین‌حال بدین معنی است که ناسا آینده‌ی جاه‌طلبی‌های قمری خود را به موفقیت شرکت‌های خصوصی و عملکرد میلیاردرهای صاحب آن‌ها، یعنی ایلان ماسک و جف بیزوس گره زده است.

پارادوکس بزرگ برنامه آرتمیس در مدل اقتصادی و معماری فرآیندهای آن نهفته است. در دوران مأموریت‌های آپولو، ناسا مالک تام‌الاختیار تمام جزئیات مهندسی بود؛ از پیچ و مهره‌های موشک ساترن ۵ تا آخرین لایه‌های لباس فضانوردان، همگی در قالب «قراردادهای تضمین سود با پرداخت تمام هزینه‌ها»، ساخته می‌شد.

در ساختار سنتی عصر آپولو، هرچه پروژه بیشتر طول می‌کشید و ابعاد فنی آن گسترش می‌یافت، دولت آمریکا موظف بود دستمزد اضافه را بی‌چون و چرا به پیمانکاران پرداخت کند. اما ناسا در قرن بیست و یکم رویکرد خود را کاملاً تغییر داده و به سراغ «قراردادهای قیمت ثابت» و خرید خدمات تجاری رفته است؛ مدلی که در دهه ۲۰۱۰ با «برنامه خدمات حمل‌ونقل تجاری» و سپس «برنامه خدمه تجاری» با موفقیت آزموده شد و وظیفه بازتأمین محموله و اعزام خدمه به ایستگاه فضایی بین‌المللی را برعهده شرکت‌های خصوصی نظیر اسپیس‌ایکس گذاشت. بااین‌حال، سفر به ماه بسیار پیچیده‌تر است و هرچند روی کاغذ هزینه‌های عمومی دولت به شدت کاهش می‌یابد، در عمل شبکه لجستیک مأموریت‌ها به شکلی سرسام‌آور پیچیده شده است.

در مدل جدید، ناسا دیگر فضاپیمای ماه‌نشین را نمی‌خرد و صاحب اول و آخر آن نمی‌شود، بلکه «خدمات فرود بر سطح ماه» را از شرکت‌های خصوصی نظیر اسپیس‌ایکس یا بلو ارجین اجاره می‌کند. این تغییر راهبرد موجب شده است که بخش عمده‌ای از هزینه‌های تحقیق و توسعه به دوش شرکت‌های خصوصی منتقل شود. به عنوان مثال، بلو ارجین بخش بزرگی از سرمایه‌گذاری چند میلیارد دلاری برای ساخت ماه‌نشین «بلومون» را خودش تأمین می‌کند و اسپیس‌ایکس نیز سود حاصل از پروژه‌های تجاری مانند استارلینک را به ساخت استارشیپ تزریق کرده است. در نتیجه، برای اولین بار در تاریخ، سفر به اعماق فضا با هزینه‌ای بسیار کمتر از بودجه‌های دولتی قدیم مدیریت می‌شود.

اما اکنون در مأموریت آرتمیس ۴ فضانوردان ناسا باید با موشک گران‌قیمت SLS پرتاب شوند، در مدار ماه به سیستم فرودی کاملاً متفاوت (که با منطق تجاری و چابک بخش خصوصی ساخته شده) متصل شوند و با لباس‌هایی روی ماه قدم بگذارند که یک شرکت خصوصی دیگر آن را به ناسا اجاره داده است؛ سپس با خودروهای ماه‌پیمایی که آن‌ها هم ساخت شرکت‌های دیگر هستند، به کاوش در سطح ماه بپردازند. این اتکای شدید به بخش خصوصی بدین معنی است که بازگشت به ماه برای مالیات‌دهندگان آمریکایی ارزان‌تر تمام می‌شود، اما از نظر ساختار زنجیره تأمین و پروتکل‌های همگام‌سازی، خطرناک‌ترین و پیچیده‌ترین پروژه‌ای خواهد بود که بشر تاکنون طراحی کرده است.

در ابتدا قرار بود مأموریت آرتمیس ۳ همان نقطه عطف تاریخی باشد که انسان را دوباره در قرن بیست‌ویکم روی سطح ماه فرود می‌آورد. اما پیچیدگی‌های ساختاری، فقدان آمادگی سامانه‌های فرود تجاری و تأخیر در تست‌های مداری سوخت‌رسانی استارشیپ، موجب شد که ناسا در اوایل سال ۲۰۲۶ با بحرانی جدی مواجه شود. آژانس فضایی عملاً متوجه شد که نمی‌تواند ریسک فرود مستقیم روی ماه را با تجهیزاتی که هنوز همگام‌سازی نشده‌اند بپذیرد؛ در نتیجه، مجبور به یک عقب‌نشینی تاکتیکی شد تا با الگوبرداری از مأموریت تاریخی آپولو ۹، ابتدا همه‌چیز را در مدار امن زمین آزمایش کند.

طبق معماری جدید، آرتمیس ۳ که برای اواخر سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده، دیگر مأموریت فرود بر ماه نخواهد بود. فضانوردان این مأموریت که به‌تازگی معرفی شدند، اکنون قرار است به جای گام‌برداشتن روی خاک ماه، صرفاً به مدار نزدیک زمین اعزام شوند تا یک مأموریت پیش‌زمینه، سنگین و حیاتی را انجام دهند. هدف اصلی آرتمیس ۳، آزمایش پهلوگیری فضایی و اتصال فضاپیمای اوراین با نسخه‌های آزمایشی سیستم‌های فرود انسانی (HLS) است.

در دوران مسابقه فضایی جنگ سرد نیز فشار سیاسی برای فرود روی ماه تا قبل از پایان دهه ۶۰ میلادی زیاد بود، درحالی‌که ماژول فرود ماه (LM) هنوز برای سفر نهایی آماده نبود. در آن زمان هم مدیریت ناسا به جای لغو یا به تعویق انداختن کل پروژه، تصمیم گرفت مأموریت آپولو ۹ را در مدار زمین اجرا کند تا فضانوردان برای نخستین بار عملیات جداسازی، ناوبری مشترک و اتصال دوباره را در محیط امن مدار نزدیک زمین تمرین کنند. بازنویسی سناریوی آرتمیس ۳ در واقع کپی‌برداری هوشمندانه از همان کتابچه راهنمای قدیمی آپولو است تا گره‌های کور ناشی از رویکرد تجاری امروز، پشت سد آزمایش‌های ایمن مداری باز شوند.

تبدیل آرتمیس ۳ به یک مأموریت مداری مشابه آپولو ۹، به مهندسان این فرصت حیاتی را می‌دهد تا رفتار فضاپیمای غول‌پیکر استارشیپ یا ماه‌نشین بلومون را در شرایط ریزگرانش مدار زمین، بدون استرس ناشی از گرانش و پویایی ناشناخته ماه بسنجند. در این مأموریت، فضانوردان یاد می‌گیرند که چگونه کپسول اوراین را به این سازه‌های تجاری غول‌پیکر متصل کنند، سیستم‌های ناوبری ساخت شرکت‌های مختلف را همگام سازند و در صورت بروز خطا، به سرعت و در عرض چند ساعت به زمین بازگردند؛ مزیتی که در فاصله ۳۸۰هزار کیلومتری از زمین هرگز وجود ندارد.

بااین‌حال، تغییر رویکرد ناسا یک لبه تیز و منتقدانه نیز دارد. آپولو ۹ مأموریتی بود که در عرض چند ماه برنامه‌ریزی و با موفقیت اجرا شد؛ زیرا کل معماری آن تحت کنترل یک نهاد واحد بود. اما امروزه، تغییر ماهیت آرتمیس ۳ از نگاه برخی نوعی فرار رو به جلو و خریدن زمان برای اسپیس‌ایکس و بلو ارجین محسوب می‌شود تا از برنامه‌های توسعه خود عقب نمانند. طرفداران فضا این حرکت را یک مانور تاکتیکی درخشان برای حفظ شتاب برنامه می‌دانند، در حالی که منتقدان سرسخت استدلال می‌کنند که اگر ناسا پس از یک دهه توسعه و تزریق ده‌ها میلیارد دلار بودجه، هنوز مجبور است به سناریوی سال ۱۹۶۹ پناه ببرد، یعنی ادعای فرود بر ماه تا سال ۲۰۲۸ عملاً اعتبار فنی خود را از دست داده است.

وضعیت زمانی پیچیده‌تر می‌شود که بدانیم فضاپیماهای ماه‌نشین انتخاب‌شده برای برنامه آرتمیس هنوز راه درازی تا حمل امن انسان درپیش دارند. پس از رویداد معرفی فضانوردان آرتمیس ۳ مشخص شد که موشک استارشیپ در این مأموریت اصلاً یک فضاپیمای کامل با قابلیت پشتیبانی از خدمه نخواهد بود.

در واقع، اسپیس‌ایکس در سال ۲۰۲۷ یک استارشیپ نسخه سوم (V3) را که اولین پروازش را اوایل خرداد انجام داد، بدون کابین تحت فشار و سامانه‌های پشتیبان حیات و صرفاً با افزودن دریچه‌ی اتصال به مدار زمین می‌فرستد. بدین ترتیب، در آرتمیس ۳ تنها مکانیزم قفل‌شدن استارشیپ و اوراین با یکدیگر مورد آزمایش قرار می‌گیرد و فضانوردان به فضاپیمای ماه‌نشین وارد نمی‌شوند. همین مسئله نشان می‌دهد که موشک اسپیس‌ایکس هنوز فرسنگ‌ها با تبدیل‌شدن به فضاپیمای مخصوص حمل انسان فاصله دارد.

بزرگ‌ترین و نگران‌کننده‌ترین وجه برنامه آرتمیس، تکیه مطلق ناسا بر معماری‌های پروازی است که تا به امروز حتی یک بار هم در شرایط واقعی فضا آزمایش نشده‌اند. در صدر این فناوری‌های آزموده‌نشده، زنجیره سوخت‌رسانی مداری فضاپیمای استارشیپ قرار دارد. برای اینکه استارشیپ ماه‌نشین بتواند وزن عظیم خود را از گرانش زمین رها کند و راهی ماه شود، به صدها تن متان مایع و اکسیژن مایع نیاز دارد.

اما انتقال حجم بسیار زیاد سوخت‌های کرایوژنیک (فوق‌سرد) در شرایط بی‌وزنی مدار زمین، چالش مهندسی بی‌سابقه‌ای است. سوخت‌های مایع در فضا به راحتی شناور می‌شوند و هدایت آن‌ها به درون مخزن فضاپیمای دیگر بدون نیروی گرانش، نیازمند فناوری‌های پیچیده مدیریت سیالات (CFM) است که هنوز در مراحل اولیه‌ی توسعه قرار دارند. کوچک‌ترین نقص در این فرآیند یا پدیده تبخیر سوخت در اثر تابش خورشید، کل عملیات را با شکست مواجه می‌کند. درواقع سوخت‌گیری مداری آن‌قدر پیچیده و نامطمئن است که هنوز هیچ‌کس نمی‌داند استارشیپ ماه‌نشین برای رسیدن به ماه دقیقاً به چه تعداد فضاپیمای سوخت‌رسان و چند مرتبه سوخت‌گیری نیاز دارد.

علاوه بر این، فرودآوردن سازه‌ای به عظمت استارشیپ روی خاک ناهموار و ناشناخته ماه، خود یک قمار بزرگ دیگر است. در دوران آپولو، ماژول‌های ماه‌نشین سازه‌های بسیار کوچکی بودند که معماری دو تکه داشتند؛ بخش پایینی آن‌ها به عنوان سکوی پرتاب روی ماه رها می‌شد و صرفاً بخش بالایی و سبک کپسول، فضانوردان را به مدار بازمی‌گرداند.

اما استارشیپ یک آسمان‌خراش یکپارچه و ۵۰ متری است که باید با تمام وزن عظیم خود، روی شیب‌ها و دهانه‌های تاریک و ناشناخته‌ی قطب جنوب ماه بنشیند و بعداً از همان‌جا بلند شود و به مدار ماه بازگردد. بالا بودن مرکز ثقل این فضاپیما خطر واژگونی را افزایش می‌دهد و خروجی موتورهای قدرتمند رپتور در لحظه نشستن روی ماه، می‌تواند محل فرود را به یک حفره تبدیل و طوفانی از سنگ و رگولیت را با توانایی آسیب‌زدن به بدنه‌ی ماه‌نشین به پا کند.

به‌عنوان مثال، نسخه ماه‌نشین استارشیپ به دلیل بازنگشتن به زمین و نبود اتمسفر در ماه، نیازی به کاشی‌های حرارتی سنگین و باله‌های هدایت‌کننده ندارد. در عوض، مهندسان باید از پایه‌های فرود عظیم برای نشستن استارشیپ روی ماه استفاده و بخش چشمگیری از بدنه ماه‌نشین را به پنل‌های خورشیدی سراسری برای تأمین انرژی مجهز کنند.

در طرف دیگر رقابت، شرکت بلو ارجین با ماه‌نشین «بلومون» قرار دارد که معماری ساده‌تر و متعارف‌تری نسبت به استارشیپ ارائه می‌دهد. بلومون ماه‌نشینی با ارتفاع کمتر و پایه فرود پهن‌تر است که می‌تواند پایداری بیشتری روی سطح ماه فراهم کند و خطر واژگونی را به حداقل برساند. بلومون همچنین برخلاف استارشیپ برای انجام مأموریت ماه به زنجیره پیچیده سوخت‌گیری مداری نیاز ندارد.

بااین‌حال، ماه‌نشین بلو ارجین نیز با چالش‌های فنی بزرگی روبه‌رو است. بلومون از هیدروژن مایع به عنوان پیشران استفاده می‌کند که مصرف آن، نیازمند نگهداری در دمای تقریباً منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد است. مدیریت نشت، تبخیر سوخت و اثرات سوختی فوق‌سرد نظیر هیدروژن مایع روی مواد، از دشوارترین مسائل مهندسی فضایی به شمار می‌روند. همچنین عقب‌ماندگی بلو ارجین از برنامه پروازی به دلیل انفجار اخیر موشک نیوگلن، ثابت می‌کند که ناسا روی هر دو گزینه تجاری خود، قماری پرریسک انجام داده است.

بسیاری از مردم با نگاه به دستاوردهای عصر آپولو در دهه ۱۹۶۰ تصور می‌کنند که فرود روی ماه، یک فناوری حل‌شده است و تکرار آن در قرن بیست‌ویکم نباید چندان دشوار باشد. اما موج مأموریت‌های رباتیک در سال‌های اخیر، واقعیت تلخی و گزنده را به جامعه فضا یادآوری کرد: «ماه هنوز هم هدفی بی‌رحم است.» خاک نقره‌ای همسایه زمین در سال‌های گذشته به گورستان ربات‌های پیشرفته‌ای تبدیل شده که هرکدام با تکیه بر مدرن‌ترین کامپیوترها و حسگرها راهی این سفر شدند، اما در آخرین ثانیه‌های فرود، طعم شکست را چشیدند.

میلاد میرکانی

چرا فرود روی ماه همچنان دشوار است؟

مطالعه '9

در فهرست مسافران ماه، آژانس فضایی چین در بیش از یک دهه‌ی گذشته با مأموریت‌های سری چانگ‌ای، موفقیت‌های چشمگیر و تحسین‌برانگیزی را در فرود روی ماه، به‌ویژه نیمه پنهان آن به نمایش گذاشته است. اما لیست ناکامان این مسیر بسیار طولانی‌تر است. برای مثال، مأموریت «لونا ۲۵» روسیه پس از دهه‌ها دوری این کشور از رقابت‌های قمری، با فرود سخت روی سطح ماه خاتمه یافت. آژانس فضایی هند نیز پیش از آنکه طعم موفقیت را بچشد، ماه‌نشین رباتیک خود را در مأموریت چاندرایان ۲ به دلیل نقص نرم‌افزاری در آخرین لحظات از دست داد.

نکته تکان‌دهنده اینجاست که تمام آن فضاپیماهای شکست‌خورده، ربات‌های کوچکی بودند که وزنی کمتر از خودرو معمولی داشتند و حامل هیچ انسانی نبودند. وقتی هدایت و کنترل یک ربات چند صد کیلوگرمی روی ماه تا این حد ناپایدار و مستعد خطاست، حال باید تصور کرد که فرودآوردن فضاپیمای غول‌پیکری مانند استارشیپ با ارتفاع ۵۰ متر و وزن صدها تن، چقدر کابوس‌وار و فراتر از مرزهای مهندسی کنونی خواهد بود.

با کنار هم قراردادن تمام تکه‌های پازل، سال ۲۰۲۸ بیشتر شبیه به یک هدف ایده‌آل سیاسی جلوه می‌کند تا واقعیت فنی. همچنین این موضوع را نباید انکار کرد که ناسا انگیزه ژئوپولیتیک شدیدی برای فتح دوباره‌ی ماه دارد؛ زیرا چین اعلام کرده که است که در چارچوب برنامه فضایی مستقل خود قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ فضانوردانش را روی ماه فرود بیاورد. چینی‌ها در این مسیر موفقیت‌های خوبی را نیز به‌دست آورده‌اند.

درمقابل، آمریکا به هیچ وجه نمی‌خواهد بازنده مسابقه فضایی جدید باشد و تلاش می‌کند به هر قیمت، زودتر از چین به قطب جنوب ماه برسد. بااین‌حال، تمام محدودیت‌های واقعی یادشده را نمی‌توان نادیده گرفت. علاوه بر چالش‌های فنی، فشارهای مالی نیز سایه سنگینی بر برنامه آرتمیس انداخته و تغییرات احتمالی در بدنه سیاسی دولت آمریکا پس از انتخابات سال ۲۰۲۸ نیز می‌تواند بازگشت به ماه را بیش از پیش عقب بیندازد.

اگر واقع‌بینانه به روند پیشرفت فناوری‌ها نگاه کنیم، جدول زمانی جایگزین و احتمالی می‌تواند به شکل زیر باشد:

بنابراین، دیدگاه مورد توافق کارشناسان فضایی مستقل و منتقدان این است که فرود انسان روی خاک ماه در سال ۲۰۲۸ اگر غیرممکن نباشد، دست‌کم غیرواقع‌بینانه است. اگر خوش‌بین باشیم، برای لمس دوباره ماه توسط چکمه‌های فضانوردان، باید دست‌کم تا سال ۲۰۳۰ یا اوایل دهه ۲۰۳۰ منتظر بمانیم.

بااین‌حال، برای آنکه بفهمیم بازگشت ماه در دهه جاری واقعاً دست‌یافتنی است یا نه، نیاز نیست آن‌قدرها صبر کنیم. مأموریت آرتمیس ۳ که تقریباً یک سال و نیم دیگر انجام خواهد شد، می‌تواند همان سنگ محکی باشد که به ما بگوید آیا ۲۰۲۸ یک هدف‌گذاری تبلیغاتی بوده یا واقعاً ناسا و شریکانش می‌توانند تا پیش از پایان دهه‌ی جاری، پای بشر را دوباره به سطح ماه برسانند.