ناسا راهی سریع و فوق‌العاده ارزان برای رسیدن به ماه کشف کرد

رسیدن به ماه و پا گذاشتن روی قمر زمین یکی از اصلی‌ترین هدف‌های ناسا در حال حاضر بوده و این‌طور که به نظر می‌رسد، این آژانس فضایی روشی سریع و ارزان را برای این کار کشف کرده است.

در سال‌های اخیر آژانس فضایی ناسا مجددا به فکر رسیدن به ماه افتاده و گفته شده که به زودی فضانوردان این آژانس برای بار دیگر به این جرم آسمانی خواهند رفت. با این تفاسیر جالب است بدانیم که پس از گذشت چندین دهه از اولین سفر موفقیت آمیز فضانوردان آپولو ناسا به ماه، چنین ماموریتی همچنان فوق‌العاده هزینه‌بر و چالش‌برانگیز است. در این رابطه گفته شده که دانشمندان ناسا به تازگی روشی سریع، ارزان و شگفت‌انگیز برای رساندن تجهیزات ساخت دست بشر به سطح ماه کشف کرده‌اند.

در سال 1969 و در جریان ماموریت آپولو 11 ناسا بود که نیل آرمسترانگ به عنوان اولین انسان در جهان، پا روی کره ماه گذاشت. این جرم آسمانی شگفت‌انگیز فوق‌العاده به ما نزدیک بوده، اما در عین حال از لحاظ هزینه و چالش‌های تکنولوژیکی، سفر به آن دردسرساز است و در واقع دلیل اصلی توقف سفرهای فضانوردان ناسا به ماه پس از ماموریت‌های آپولو هم به این چالش‌ها مربوط می‌شود.

اختراعی برای رسیدن به ماه

با این حال، همان‌طور که اشاره کردیم اخیرا دانشمندان ناسا رسیدن به ماه را ساده‌تر کرده‌اند و در گزارش منتشر شده در مورد اختراع جدید این آژانس، جزئیات کشف اخیر منعکس شده است؛ در واقع وقتی صحبت از اختراع جدیدی در چنین حوزه‌هایی به میان می‌آید، شاید تصور کنیم که نوابغ ناسا وسیله جدید یا نوعی نرم‌افزار شگفت‌انگیز را توسعه داده‌اند، اما گفته شده که تکنیک هوشمندانه ناسا که قرار است سفر به ماه را ساده و ارزان کند، به مسیر بین زمین و ماه مربوط می‌شود.

گفته شده که ناسا این کشف خود را به عنوان یک اختراع رسما ثبت کرده و در واقع، کشف مورد نظر یک مسیر خاص از زمین به ماه است که استفاده از آن باعث صرفه‌جویی در وقت، هزینه و سوخت مورد نیاز برای سفر فضاپیما می‌شود.

بر اساس اطلاعات موجود، در تاریخ 30 ژوئن دفتر ثبت پتنت‌های آمریکا گواهی ثبت اختراع ناسا در مورد مسیر پرتاب ابداع شده توسط نوابغ این آژانس فضایی را رسما تایید کرده است. به نظر می‌رسد که این ابداع به مجموعه‌ای از مانورهای مداری در فضای اطراف زمین مربوط می‌شود و اگر فضاپیمایی بتواند از این مجموعه مانورها پیروی کند، هزینه لازم برای مصرف سوخت، زمان سفر و همچنین ارزش علمی سفر دچار تحولات جدی خواهد شد.

البته لازم به ذکر است که تکنیک توسعه یافته ناسا برای سهولت رسیدن به ماه برای فضاپیماهای بزرگ حامل انسان‌ها مناسب نیست؛ در واقع گفته شده که این تکنیک بیشتر به درد فضاپیماهای بدون سرنشین و ماموریت‌های علمی جم و جوری می‌خورد که با هدف ارسال ربات‌ها و تجهیزات پیشرفته به قمر زمین، به دنبال اکتشافات علمی هستند.

غلبه بر گرانش قدرتمند زمین

خوشبختانه باید بگوییم که ناسا قصد دارد تکنیک اخیر خود را در اولین فرصت، در ماموریتی برای اکتشاف نیمه تاریک ماه به کار بگیرد.

تصویری مربوط به فضاپیمای داپر ناسا برای اکتشاف در مورد تاریخ کیهان

این ماموریت، فضاپیمایی به نام «مسیریاب قطب سنج عصر تاریک» یا داپر (Dapper) را به ماه می‌فرستد و از این طریق، دانشمندان قصد دارند برای اولین بار امواج رادیویی فرکانس پایین منتشر شده در اولین مراحل تشکیل جهان را به ثبت برسانند. در این مراحل ستاره‌ها، سیاه‌چاله‌ها، کهکشان‌ها و حتی اتم‌ها در حال شکل‌گیری بودند و با ردیابی آثار رادیویی مربوط به دوران مورد نظر، امکان دستیابی به اطلاعات شگفت‌انگیزی در مورد کیهان وجود داشته و حتی شاید معمای ماده تاریک (dark matter) هم از این طریق حل شود.

زمانی که ناسا سه فضانورد را به عنوان اولین انسان‌ها برای رسیدن به ماه آماده کرد، مسیر حرکت فضاپیمای آن‌ها مستقیم بود و در کمترین زمان ممکن این فضاپیما به مقصد رسید. با این حال نکته مهم این بوده که چنین مسیری بسیار هزینه‌بر و دردسرساز است و برای پرتاب یک فضاپیما به این شکل، سوخت زیادی برای غلبه کردن بر گرانش فوق‌العاده قوی سیاره زمین مورد نیاز خواهد بود.

تکنیک جدید توسعه داده شده توسط آژانس فضایی آمریکا هم به این مسئله مربوط می‌شود؛ در واقع اگر فاکتور زمان تعیین کننده نباشد و عملا عجله‌ای برای رسیدن به ماه نداشته باشیم، راه‌های ارزان‌تر و کم‌دردسرتری برای رسیدن به این جرم آسمانی شگفت‌انگیز وجود دارند که برای طی کردن آن‌ها نیازی به ساخت موشک‌های عظیم و گران‌قیمت نیست.

نیاز مادر اختراع

ربات‌ها از جمله سرنشینانی هستند که عجله‌ای برای رسیدن به مقصد خود ندارند و می‌توان آن‌ها را از مسیرهای طولانی‌تر و ارزان‌تر به ماه رساند. به عنوان مثال اگر زمان کافی برای چرخیدن به دور زمین صرف شود، یک فضاپیمای کوچک می‌تواند با بهره گرفتن از مومنتوم زمین، با گردش‌هایی طولانی خود را به سوی ماه پرتاب کرده و در چنین فرآیندی مقدار بسیار کمی سوخت را مصرف کند.

البته در چنین روشی مقدار قابل توجهی سوخت برای انجام مانورهای مورد نیاز لازم بوده، اما هر گرم سوختی که یک مهندس پرتاب موشک بتواند از مخزن فضاپیمای خود کم کند، وزن و فضایی را برای قرار دادن تجهیزات علمی ارزشمند روی فضاپیما باز خواهد کرد.

بر اساس اطلاعات موجود، محاسبات مربوط به رساندن یک فضاپیمای جم و جور مانند داپر که به اندازه یک ماکروویو بزرگ است، به ماه، کمی پیچیده بوده و از آنجایی که بودجه چندان زیادی به ماموریت این فضاپیما اختصاص داده نشده، دانشمندان مجبور بودند تا روشی ارزان‌تر و کارآمدتر را برای رسیدن به ماه ابداع کنند.

جک برنز (Jack Burns)، اختر فیزیکدان دانشگاه کلرادو و سرپرست پروژه داپر می‌گوید که تیم او با در اختیار داشتن 150 میلیون دلار بودجه، پول کافی برای تهیه یک موشک مستقیم به سمت ماه را نداشت. به همین دلیل از آنجایی که نیاز مادر اختراع است، برنز و همکارانش مجبور شدند تا مسیر پرتابی ثبت شده توسط ناسا را توسعه دهند.

صرفه‌جویی در رسیدن به ماه

تیم برنز در ابتدا پروازی را در بودجه خود لحاظ کردند که از پس هزینه‌های آن برمی‌آمدند؛ پروازی به مدار ژئوسنکرون یا همان مدار بالایی زمین که در فاصله تقریبی 36 هزار کیلومتری از استوا قرار داشته و فاصله آن حدودا یک دهم مسافت بین زمین و ماه است.

این منطقه از مدار زمین معمولا به ماهواره‌های مخابراتی و تجهیزاتی که روی یک نقطه خاص از زمین تمرکز می‌کنند، اختصاص دارد و تیم برنز هم با بودجه محدود خود می‌توانند فضاپیمای داپر را سوار بر یکی از ماموریت‌های دیگر ناسا به مقصد مدار زئوسنکرون، به محل مورد نظرشان ببرند.

در صورت رسیدن داپر به این مدار، مابقی مسیر و ادامه ماموریت رسیدن به ماه بسیار راحت بوده و با داشتن یک مخزن سوخت نه چندان بزرگ، چالش خاصی از این بابت وجود نخواهد داشت. با در نظر گرفتن این موضوع تیم برنز به سراغ محاسبات مربوط به انتقال از مدار ژئوسنکرون به مدار اطراف ماه رفتند و در نهایت، به اختراع اخیر خود رسیدند. به بیان ساده می‌توان گفت که اختراع آن‌ها از گرانش زمین و ماه برای افزایش و کاهش سرعت فضاپیمای حامل داپر کمک می‌گیرد و درست در زمان مناسب، از نیروهای موجود برای صرفه‌جویی در سوخت مورد نیاز استفاده خواهد کرد.

مسیر اختراع ثبت شده دانشمندان ناسا، از مدار ژئوسنکرون به مدار ماه

به علاوه صرفه‌جویی در سوخت گران‌قیمت و سنگین فضاپیما، ناسا اعلام کرده که اختراع تیم داپر می‌تواند زمان رسیدن فضاپیما به مقصد را از 6 ماه به 2.5 ماه کاهش دهد.

دلیل حساسیت ناسا روی ثبت اختراع اخیر

از دیگر مزایای تکنیک تیم برنز برای رسیدن به ماه می‌توان به دوری از کمربندهای ون آلن (Van Allen belts) در اطراف زمین اشاره کرد؛ در این منطقه تشعشعات خاصی وجود دارند که مسیر حرکت داپر با دوری از آن‌ها، تجهیزات حساس خود را از این تشعشعات در امان نگه می‌دارد. در عین حال این مسیر حرکت مخصوص می‌تواند امکان وارد کردن فضاپیما به مدار ماه را از هر زاویه‌ای و در هر زمانی فراهم می‌کند.

اما سوالی که شاید هم‌اکنون ذهن شما را مشغول کرده، دلیل حساسیت ناسا برای ثبت رسمی روشی برای رسیدن به ماه باشد. در نگاه اول گرفتن گواهی ثبت اختراع برای چنین موضوعی عجیب به نظر می‌رسد، اما به گفته برنز ابداع تیم او هیچ تفاوتی با اختراعات دیگر ندارد. برنز می‌گوید که ابداع اخیر حاصل محاسبات عددی و مدل‌سازی‌های مربوط به مسیرهای پرتاب بین سیاره‌ای بوده و عملا مالکیت معنوی این ایده باید به اسم تیم او و ناسا ثبت شود.

کلیر اسکلی (Clare Skelly)، از سخنگویان ناسا در این رابطه می‌گوید که هدف سازمان فضایی آمریکا از ثبت اختراعات این چنین تضمین دسترسی عموم مردم به اکتشافاتی بوده که با بودجه دولتی ایالات متحده میسر شده‌اند. به بیان دیگر ناسا با ثبت پتنت گسترده‌ترین میزان دسترسی به این اکتشافات را فراهم می‌کند.

گفته شده که ناسا معمولا بین 5 تا 10 هزار دلار هزینه را برای صادر کردن اجازه استفاده از پتنت‌هایش می‌گیرد، اما گاهی اوقات این مبلغ می‌تواند به 50 هزار دلار هم برسد. سخنگویان این آژانس فضایی می‌گویند که از این طریق، ناسا قصد بازیابی درصدی از هزینه‌های صرف شده برای ثبت اختراع و توسعه فناوری‌های مورد نظر را دارد.

ثبت اسم نوابغ ناسا و روش جدید رسیدن به ماه در تاریخ

در واقع جالب است بدانیم که فرآیند ثبت اختراعاتی مانند روش تیم برنز برای رسیدن به ماه هزینه‌بر بوده و ناسا هم مبلغی حداقلی را برای استفاده از پتنت‌هایش درخواست می‌کند. به علاوه، به صورت غیر رسمی ناسا از این طریق راه را برای سوء استفاده شرکت‌های خصوصی و سایر کشورها از فناوری‌های توسعه داده شده توسط ایالات متحده می‌بندد و نمی‌گذارد که این شرکت‌ها و آژانس‌ها با تغییر اکتشافات ناسا هزینه‌های سرسام آوری را از دیگران کسب کنند.

در عین حال چنین کاری میزان همکاری‌های بین‌المللی را افزایش داده و همچنین، هرچند وقت یک ‌بار ناسا برخی از اکتشافاتش را بدون هیچ هزینه‌ای، در اختیار عموم مردم قرار می‌دهد. برنز می‌گوید که ناسا هیچ درآمدی از طریق اکتشاف تیم او کسب نخواهد کرد و هدف اصلی، ثبت اسم نوابغی بوده که چنین روش ارزان و سریعی برای رسیدن به ماه را ابداع کرده‌اند.

به علاوه ثبت چنین پتنتی باعث می‌شود تا به هنگام استفاده از روش مورد نظر در آینده، افراد به یاد داشته باشند که چه مغزهای متفکری برای اولین بار این تکنیک را ابداع کرده‌اند. به این ترتیب تلاش دانشمندان مورد نظر از یاد کسی نخواهد رفت.

مخروط سکوت و آلودگی امواج رادیویی

حال کمی در مورد ماموریت فضاپیمای داپر پس از رسیدن به ماه اطلاعات کسب کنیم؛ از آنجایی که در قرن‌های اخیر امواج رادیویی بی‌حد و اندازه‌ای توسط تجهیزات مختلف ساخت دست بشر در فضا منتشر شده‌اند و همچنان انتشار این امواج ادامه دارد، تیم برنز قصد دارد تا با ارسال فضاپیمایی به «مخروط سکوت»، از شر این امواج مزاحم در امان بوده و سیگنال‌های ضعیف 13 میلیارد سال پیش کیهان را ردیابی کند.

قسمت مشخص شده با عبارت “Quiet Cone” همان مخروط سکوت مدنظر ناسا است

مخروط سکوت فضایی در پشت ماه بوده که به دلیل وجود بدنه این جرم آسمانی، امواج رادیویی ساخت دست بشر در آن وارد نمی‌شوند و عملا به نوعی یک سایه رادیویی را به وجود می‌آورد. قرار گرفتن در این فضای مخروطی شکل پشت ماه امکان دریافت سیگنال‌های ضعیف کیهانی مورد نظر را فراهم می‌کند. برنز می‌گوید که مخروط سکوت تنها منطقه ساکتی بوده که می‌توان در قسمت داخلی منظومه شمسی از آن استفاده کرد.

آلودگی امواج رادیویی بشر که تقریبا از هر دستگاه الکترونیکی بیرون میزند، در همه‌جا حضور داشته و به راحتی از گوشه و کناره‌ها عبور کرده و حتی در افق هم خم می‌شود. به همین دلیل تلاش‌ها برای مسدود کردن این سیگنال‌های مزاحم به وسیله تجهیزات الکترونیکی بی‌نتیجه بوده و به غیر از مخروط سکوت پشت ماه، باید از مدار گردش مشتری فراتر رویم تا به جایی از فضا برسیم که توسط امواج مورد نظر آلوده نشده باشد.

به دنبال هیدروژن‌های خنثی

به طور مشخص، تیم برنز در ماموریت رسیدن به ماه قصد دارند تا هیدروژن خنثی را که در مراحل اولیه شکل‌گیری کیهان همه جا حاضر بوده، ردیابی و شناسایی کنند. گفته شده که تنها چند میکروثانیه پس از انفجار بیگ بنگ هسته‌های اتم شکل گرفته بودند و در مدت زمان کوتاهی اتم‌های مورد نظر منبسط شده و با کاهش دما، پروتون، نوترون و الکترون‌ها شکل گرفتند.

حدودا 380 هزار سال پس از این اتفاق، پروتون‌ها و الکترون‌ها به هم رسیدند و هیدروژن‌های خنثی را به وجود آوردند؛ به این دوران عصر تاریک اطلاق می‌شود، چرا که در آن هیچ ستاره، کهکشان و یا منبع نوری دیگری وجود نداشت و یک انسان در آن زمان قادر نبود تا هیچ چیزی را با چشمانش ببیند.

بنابراین تنها راه موجود برای کاوش این قسمت از تاریخچه کیهان، بررسی هیدروژن‌های به جا مانده از آن است. با این حال این سیگنال‌ها فرکانس‌های پایینی داشته و با وجود نقش منفی اتمسفر زمین در کاهش امکان ردیابی آن‌ها، سیگنال هیدروژن‌های خنثی اوایل شکل‌گیری کیهان، با امواج رادیویی روزمره ما فرق چندانی ندارند. به بیان دیگر امواجی که از تلویزیون، ماهواره‌های فضایی و یا حتی ریموت کنترل‌های باز کننده درب پارکینگ‌ها منتشر می‌شوند، با سیگنال‌های هیدروژن خنثی مخلوط شده و امکان ردیابی سیگنال‌های مورد نظر توسط تجهزات قرار گرفته روی زمین را از بین می‌برند.

حتی قرار گرفتن در فضای خارج از اتمسفر زمین هم کمک چندانی نمی‌کند و سیگنال‌های زمینی و تشعشعات خورشیدی امکان تشخیص هیدروژن‌های خنثی را از بین می‌برند. با این حال اگر بتوان تجهیزات دقیقی را درست پشت ماه و در زمانی که خورشید و زمین در یک راستا و در نقطه مقابل قرار دارند، به کار گرفت، امکان ردیابی دقیق هیدروژن‌های مورد نظر برای اولین بار در تاریخ فراهم خواهد شد.

کاوش امواج فرکانس پایین

به علاوه هیدروژن‌های خنثی محققان انتظار دارند که از این طریق اطلاعاتی در مورد اولین ستاره‌ها، اولین سیاه چاله‌ها و اولین کهکشان‌ها به دست آورده و در صورت خوش‌شانس بودن، نشانه‌ای از ماده تاریک را در فضا کشف کنند؛ ماده تاریک پدیده مرموزی بوده که حدودا 80 درصد اجرام کل جهان را شامل می‌شود، اما هنوز دانشمندی موفق به کشف این ماده نشده است. انتظار می‌رود که اولین تحقیق علمی که بتواند این پدیده را کشف کند، حداقل دو جایزه نوبل را از آن خود کند.

نوبل اول برای کشف نشانه‌ای از اولین ستاره‌ها در کیهان بوده و نوبل دوم هم به کشف شگفت‌انگیز پدیده ماده تاریک مربوط می‌شود.

گفته شده که تیم برنز ایده استفاده از مخروط سکوت برای کشف هیدروژن‌های خنثی را حدودا 10 سال پیش مورد بررسی قرار داد و ناسا هم در سال 2015 پتنت مربوط به روش جدید رسیدن به ماه را ثبت کرده بود. با این حال از آنجایی که ایده اصلی تیم برنز اکتشاف فضا به واسطه فرکانس‌های پایین بود، قوانین دست و پاگیر ناسا کار این تیم را تا به امروز به عقب انداخته بود. در واقع تاکنون سابقه نداشته که محققان فضا را به دنبال امواج فرکانس پایین کاوش کنند و به همین دلیل، نوآوری تیم برنز با مقاومت‌هایی از سوی طرفداران روش‌های سنتی‌تر اکتشافات فضایی مواجه شده بود.

به همین دلیل دانشمندان مورد نظر مجبور شدند تا در کنار توسعه روش جدیدی برای رسیدن به ماه و همچنین کاهش هزینه‌های لازم، توجه تصمیم گیرندگان ناسا را جلب کرده و از این سازمان چندین میلیون دلار برای راه‌اندازی فضاپیمای داپر تا دو سال آینده کسب کنند.

آینده تلاش‌ها برای رسیدن به ماه

اگر تیم برنز بتوانند قابلیت‌های اولیه فضاپیمای خود را به ناسا ثابت کنند، این آژانس فضایی مابقی هزینه‌های لازم برای تکمیل ماموریت را فراهم خواهد کرد. به علاوه از زمانی که دانشمندان مورد نظر ایده مسیر مبتکرانه خود برای رسیدن به ماه را ابداع کردند، شرکت‌های خصوصی مانند اسپیس ایکس پیشرفت‌های شگفت‌انگیزی در حوزه سفرهای فضایی داشته‌اند و به همین دلیل، احتمال به حقیقت پیوستن ماموریت فضاپیمای داپر از همیشه بیشتر است.

با این حال برنز در نهایت اظهار کرده که تا قبل از رسیدن تجهیزات بیشتری روی سطح ماه و ایجاد آلودگی‌های امواج رادیویی از طریق این تجهیزات که در قطب‌های قمر زمین قرار خواهند گرفت، باید دست به کار شد و نشانه‌های هیدروژن‌های خنثی را کشف کرد. به علاوه به لطف تلاش‌های این تیم تحقیقاتی، ایده فضاپیمای داپر فوق‌العاده ساده شده و اگر ناسا نتواند چنین پروژه‌ای را عملی کند، کشورهای دیگر یا حتی شرکت‌های خصوصی می‌توانند به ایده تیم برنز جامه عمل بپوشانند.