خطرناک‌ترین لحظات ماموریت بازگشت کپسول دراگون سرنشین دار اسپیس ایکس به زمین

کپسول دراگون سرنشین دار (Crew Dragon) کمپانی هوافضای خصوصی اسپیس ایکس امروز در اقدامی تاریخی فضانوردان ناسا را به زمین بازمی‌گرداند؛ در بررسی این اتفاق مهم با ما همراه باشید.

در زمان نگارش این مقاله، فضاپیمای دراگون سرنشین دار (Crew Dragon) شرکت هوافضای اسپیس ایکس (SpaceX) در حال بازگرداندن فضانوردان ناسا به زمین است. این اتفاق تاریخی نقش مهمی در پیشرفت صنعت هوافضا داشته و علاوه بر باز کردن راه برای انجام سفرهای توریستی به فضا، وابستگی فضایی ایالات متحده به روسیه را هم از بین برده است. در بررسی خطرناک‌ترین لحظات این ماموریت و چالش‌هایی که می‌توانند برای سرنشینان کپسول دردسرساز شوند، با ما همراه باشید.

ماموریت دراگون سرنشین دار

حدودا دو ماه پیش، در تاریخ 30 می بود که شرکت اسپیس ایکس دو فضانورد ناسا به نام‌های داگ هرلی (Doug Hurley) و رابرت بهنکن (Bob Behnken) را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) برد؛ اتفاقی تاریخی که به عنوان اولین تلاش موفقیت‌آمیز یک شرکت خصوصی برای ارسال انسان به فضا، بسیار سر و صدا کرد. به علاوه از سال 2011 تاکنون هیچ فضاپیمایی از خاک آمریکا فضانوردان را به آسمان نبرده بود و این اقدام اسپیس ایکس، وابستگی فضایی این کشور به موشک‌ها و کپسول‌های روسی را از بین برد.

حال با گذراندن 64 روز در ISS و انجام 4 راهپیمایی فضایی، بهنکن و هرلی آماده بازگشت به زمین هستند و بر اساس اطلاعات موجود، امروز، 12 مرداد ماه در ساعت 04:04 به وقت ایران فضاپیمای دراگون سرنشین دار از ایستگاه فضایی بین‌المللی جدا شد و در مسیر حرکت به سمت زمین قرار گرفت.

البته در حالی که دو ماه پیش، تماشای پرتاب دراگون به فضا برای ما و سایر علاقه‌مندان اتفاق فوق‌العاده هیجان‌انگیز و نسبتا ترسناکی بود، گفته شده که بازگشت کپسول به فضا، از پرتاب آن هم خطرناک‌تر و نگران‌کننده‌تر خواهد بود. مدیرعامل و بنیان‌گذار اسپیس ایکس، ایلان ماسک (Elon Musk) در این رابطه گفته که عبور دراگون از اتمسفر زمین و گذراندن مرحله‌ای که فضاپیما به داغ‌ترین حالت خود خواهد رسید، بزرگ‌ترین نگرانی او است.

آزمایش یک کپسول تجاری

همان‌طور که می‌دانیم، همکاری آژانس فضایی آمریکا و اسپیس ایکس در رساندن دراگون سرنشین دار کاملا موفقیت‌آمیز بود و پس از رساندن هرلی و بهنکن به ISS، این دو دانشمند فعالیت‌های مهم تعمیراتی و تحقیقاتی را در این آزمایشگاه معلق در ارتفاع 400 کیلومتری زمین انجام دادند. با این حال علاوه بر فعالیت‌های مورد نظر، هدف اصلی از به کار بردن دراگون برای سفر بهنکن و هرلی، آزمایش این کپسول برای انجام سفرهای مداوم و مکرر به ایستگاه فضایی بین‌المللی بوده است.

در واقع ناسا و اسپیس ایکس پیش از هر چیز قصد دارند تا سلامت و ایمنی فضاپیمایی که توسط یک کمپانی خصوصی ساخته شده را آزمایش کرده و ایده سفرهای تجاری فضایی را به مرحله بعدی ببرند.

خطرات بازگشت دراگون سرنشین دار به زمین

سرعت‌ باورنکردنی فضاپیمای دراگون به هنگام بازگشت به زمین و همچنین دمای فوق‌العاده بالایی که به هنگام عبور از اتمسفر سیاره تولید می‌شوند، چالش‌های بسیار مهمی را سر راه مهندسان و دانشمندان مسئول هدایت این کپسول فضایی قرار داده‌اند.

با این تفاسیر، در کنار دما و سرعت حرکت، اولین خطر و چالش پیش روی دانشمندان انتخاب زاویه درست برای ورود کپسول به لایه بالایی جو زمین خواهد بود. گفته شده که اگر این زاویه بیش از حد تند باشد و به حالت عمودی نزدیک باشد، نیروی جی (g-force) وارد شده به بدن سرنشینان مرگبار خواهد بود و دمای فوق‌العاده زیاد به وجود آمده به واسطه اصطکاک مولکول‌های اتمسفر و سطح پیرامونی فضاپیما، دراگون سرنشین دار را منفجر خواهد کرد.

حال اگر این زاویه به اندازه کافی به حالت عمودی نزدیک نباشد، این خطر وجود خواهد داشت که کپسول به درستی به لایه بیرونی اتمسفر وارد نشود و اشتباها، در مدار گردشی به دور سیاره قرار بگیرد.

حال به سرعت حرکت فضاپیما می‌رسیم؛ محاسبات نشان داده که سرعت بازگشت دراگون به زمین، می‌تواند تا میزان حداکثری 27 هزار کیلومتر بر ساعت، معادل 23 برابر سرعت صوت برسد!

در چنین حالتی یک شوک فوق‌العاده قوی در جلوی کپسول به وجود می‌آید که باعث فشردگی شدید و فوق گرم شدن هوای اطراف قسمت مورد نظر از دراگون خواهد شد. مقابله با چنین حرارتی یکی دیگر از چالش‌های مهندسی جدی در بازگرداندن فضانوردان ناسا به زمین خواهد بود.

در شدیدترین حالت ممکن، دمای هوا در لایه اولیه شوک مورد نظر، می‌تواند از 7 هزار درجه سلسیوس هم بیشتر شود؛ جالب است بدانیم که دمای سطح خورشید تنها 5.5 هزار درجه است!

پلاسما و دردسرهای ارتباطی

دمای مورد نظر سپر حرارتی را آن‌قدر داغ خواهد کرد که مواد تشکیل دهنده آن شروع به درخشیدن می‌کنند؛ البته نکته مهم این بوده که در پروازهای آزمایشی قبلی، اسپیس ایکس با موفقیت کپسول‌های خود را به زمین بازگردانده و بسیاری از تجهیزات به کار رفته در ساخت کپسول هم برای استفاده‌های مجدد بازیافت شده‌اند.

به بیان دقیق‌تر باید گفت که مولکول‌های هوا در اطراف سپر حرارتی از هم می‌پاشند و به اتم‌های دارای بار مثبت و الکترون‌های آزاد تبدیل می‌شود؛ این ترکیب معمولا با نام پلاسما شناخته می‌شود و وقتی برخی از مولکول‌های مورد نظر مجددا با هم ترکیب می‌شوند، انرژی اضافی به شکل فوتون‌های نوری آزاد خواهد شد و درخششی کهربایی را در اطراف کپسول به وجود خواهد آورد.

در حالی که لایه پلاسمای مورد نظر از بیرون فوق‌العاده زیبا به نظر می‌رسد، باید گفت که چنین ترکیبی می‌تواند باعث قطع شدن ارتباط رادیویی کپسول با اتاق فرمان شود. همان‌طور که می‌دانیم، عبور الکترون‌های آزاد در داخل مواد رسانا باعث انتقال جریان الکتریسیته می‌شود و وقتی لایه پلاسمای کپسول دراگون سرنشین دار هم دارای این الکترون‌ها باشد، ضخیم‌تر شدن لایه پلاسما از حدی مشخص باعث خواهد شد تا الکترون‌ها یک میدان الکتریکی را اطراف فضاپیما ایجاد کنند.

اگر میدان الکتریکی به وجود آمده بیش از حد قوی شود، امواج مخابراتی که از سمت زمین برای ارتباط‌گیری با کپسول ارسال می‌شوند، توسط لایه پلاسما مسدود خواهند شد و عملا، ارتباط کپسول با زمین قطع می‌شود؛ اما مشکل تنها قطع ارتباط نیست، چرا که از این طریق سیگنال‌های هدایتی و کنترل از راه دور فضاپیما هم مختل خواهند شد.

آماده شدن برای شرایط بحرانی

چنین پدیده‌ای در ماموریت‌های آپولو ناسا، پروژه‌های مربوط با مریخ و همچنین پرتاب ناموفق کپسول سایوز روسی در سال 2018 رخ داده و تنها در طول چند دقیقه تیم‌های هدایتگر و فضاپیماها قطعی ارتباط را تجربه کرده‌اند.

تیم کنترل ناسا انتظار دارد که در بازگشت بهنکن و هرلی به زمین، قطع ارتباط مورد نظر در زمان شدیدترین حرارت پلاسمایی، چیزی در حدود 6 دقیقه طول بکشد. اگر هر اتفاق یا مشکلی در طول این زمان رخ دهد، سرنوشت دراگون سرنشین دار تنها در دستان دو فضانورد داخل کپسول خواهد بود.

بخش خطرناک دیگر بعد از مشکل ارتباطی مورد نظر به استفاده از چترهای نجات برای کاهش سرعت کپسول مربوط می‌شود. گفته شده که در ارتفاعات 5.5 هزار متری و 1800 متری مجموعا 4 چتر نجات سرعت دراگون را کاهش می‌دهند تا این کپسول و سرنشینانش در حدود ساعت 23 امشب به وقت ایران، در آب‌های اقیانوس اطلس نزدیک ساحل فلوریدا فرود بیاید.

کمپانی اسپیس ایکس تا به امروز 27 مرتبه مانور مورد نظر فرود کپسول را انجام داده، پس انتظار می‌رود که هدایت کنندگان این فضاپیما در حال حاضر و تا رسیدن دراگون به آب، مشکل خاصی نداشته باشند.

اهداف آینده

در صورت فرود موفقیت‌آمیز دراگون سرنشین دار اتفاقات مهمی در انتظار آینده صنعت هوا فضا خواهد بود؛ از یک طرف کاهش هزینه سفر به فضا از طریق ایده شگفت‌انگیز کمپانی اسپیس ایکس برای استفاده مجددا از موشک‌ها و فضاپیماها، دسترسی به فضای خارج از جو زمین را برای فضانوردان بسیار کم‌هزینه می‌کند. از طرف دیگر هم شروع بحث تجاری‌سازی سفرهای فضایی از این طریق باعث می‌شود تا در آینده‌ای نه چندان دور، شاهد فرستادن توریست‌های علاقه‌مند به فضا باشیم.

در حالی که اسپیس ایکس طی قراردادی با آژانس فضایی آمریکا کپسول دراگون را ساخته و مهندسی کرده است، گفته شده که این شرکت برای استفاده تجاری از کپسول نیاز به کسب اجازه از ناسا نخواهد داشت. به علاوه اسپیس ایکس در حال حاضر مشغول همکاری با شرکت اکسیوم اسپیس (Axiom Space) است؛ شرکتی که قصد دارد تا به زودی، یک ایستگاه فضایی را برای توریست‌های علاقه‌مند و اهداف تجاری، در مدار زمین بسازد.

تنها تعداد محدودی از فعالیت‌های فضایی تجاری که پیش روی اسپیس ایکس و اکسیوم اسپیس خواهند بود، شامل انجام آزمایش‌های گوناگون برای دانشمندان سراسر جهان در فضا بوده و به علاوه، انتظار می‌رود که پیشرفت‌های علمی این دو کمپانی در طول فعالیت‌های فضایی، به اکتشافات نسل بشر در فضای خارج از جو زمین کمک کرده و در نهایت، تمدن ما را از سیاره زمین خارج کند.

شروع توریسم فضایی با دراگون سرنشین دار

هم‌اکنون و حتی قبل از فرود موفقیت‌آمیز دراگون سرنشین دار می‌بینیم که شهروندان عادی و متمول برای استفاده از تجهیزات فضایی اسپیس ایکس صف کشیده‌اند و انتظار می‌رود که بعد از فرود دراگون در آب‌های ساحل فلوریدا، طولی نکشد تا این علاقه‌مندان پولدار با خرید بلیت خود، شخصا راهی فضا شوند.

شرکت دیگری به نام اسپیس ادونچرز (Space Adventures) که در حال حاضر با اسپیس ایکس وارد همکاری شده، اعلام کرده که تا سال 2021 توریست‌های فضایی گزینه‌های گوناگون و شگفت‌انگیزی برای لذت بردن از تجربه خروج از جو زمین خواهند داشت؛ این شرکت گفته که علاوه بر پروازهای جاذبه صفر در داخل اتمسفر زمین، علاقه‌مندان می‌توانند با پرداخت هزینه‌های گوناگون، از راه‌پیمایی‌های فضایی و سفر در مدار سیاره گرفته تا پرواز به سوی ماه و دور زدن در اطراف قمر زمین، به روش‌های مختلف تجربه‌های فضایی نفس‌گیری داشته باشند.

بحث هزینه‌ها، خطرات جانی و مالی انجام سفرها و همچنین تاثیرات زیست محیطی موضوع توریسم فضایی از سال‌های پیش مورد توجه بوده است؛ با این حال اسپیس ادونچرز در مقاله‌های گوناگون اعلام کرده که آماده کردن توریسم‌های فضایی برای سفر به خارج از اتمسفر بسیار پیچیده‌تر و پردردسرتر از پرواز با هواپیماهای تجاری خواهد بود و انتظار می‌رود که چنین سخت‌گیری‌هایی جان توریست‌های فضایی آینده را از هر نوع خطر احتمالی حفظ کند.