ایران چند گام تا پرتاب انسان به فضا
نویسنده : حبیبه عرفانی
روزی را تصور کنید که با تاکسی های فضایی در کمتر از ۲ ساعت به دورترین نقاط دنیا سفر می کنید و یا محققان توانمند کشورمان با انجام آزمایش های مختلف در فضا به راز درمان قطعی سرطان، دیابت و بسیاری از بیماری های صعب العلاج و لاعلاج دست یافته و داروهایی ساخته اند که با کارآیی صدها برابر داروهای موجود، هرنوع بیماری را ریشه کن می کنند و یا به گیاهانی بیندیشید که در برابر هرگونه آفت، خشکسالی و شوری مقاومند و به نحو خارق العاده ای رشد می کنند. این ها تنها بخشی از قابلیت هایی است که با اعزام فضانورد، در کشورمان شاهد تحقق شان خواهیم بود. چنین دستاوردهایی با تلاش های پژوهشگران کشورمان در عرصه هوافضا قابل دستیابی خواهد بود. ایران در این عرصه برنامه ریزی دقیقی انجام داده است و محققان کشورمان بر این باورند که هم از نظر فناوری و هم دانش، این آمادگی را داریم که قدم به قدم پیش برویم. در این عرصه تاکنون ۸ کاوشگر به فضا پرتاب کرده ایم و پس از پرتاب ۴ یا ۵ کاوشگر دیگر نیز وارد مرحله پرتاب فضاپیما حامل موجود زنده خواهیم شد. عضویت در ایستگاه فضایی بین المللی و راه اندازی ایستگاه فضایی اختصاصی در صورت لزوم نیز از دیگر برنامه های ایران در این عرصه است.
برنامه های فضایی کشور
رئیس پژوهشکده سامانه های فضانوردی ایران درباره برنامه های آینده کشور در حوزه هوافضا در گفت وگو با خراسان با بیان این که کشورمان در این حوزه چندین برنامه دارد، می گوید: یکی از برنامه ها مربوط به حوزه ماهواره های مخابراتی است که قرار است تا ۵ سال آینده، اولین ماهواره های مخابراتی کاربردی ایرانی در مدار زمین قرار گیرد. برنامه مهم دیگر مربوط به ماهواره های سنجشی است که برنامه ریزی شده که این ماهواره ها نیز به تدریج و با انجام چند پرتاب، در مدار زمین جای گیرد. البته متولی اجرای این برنامه ها دانشگاه ها و صنایع مرتبط، پژوهشکده ماهواره سازمان فضایی و بخش هایی از سازمان فضایی ایران هستند. اما در حوزه های متنوع دیگری همچون محیط زیست، کشاورزی و مطالعات زیست فضایی نیز در کشور برنامه ریزی های دقیقی انجام شده و در این عرصه یک برنامه با هدف توسعه کاربردهای فضایی در کنترل خشکسالی، بهینه سازی محصولات کشاورزی، جلوگیری از خشک شدن جنگل ها و پزشکی از راه دور تدوین شده است که به تدریج اجرایی می شود.
ایجاد آزمایشگاه و حضور در ایستگاه فضایی
دکتر ابراهیمی در ادامه به هدف نهایی ایران از پروژه اعزام انسان به فضا اشاره و تاکید می کند: هدف این است که کشورمان برای خود ایستگاه فضایی داشته باشد و یا در یکی از ایستگاه های فضایی مطرح دنیا مشترک باشد. اهمیت حضور در ایستگاه فضایی، دستیابی به توانایی انجام آزمایش های متعدد و توسعه فناوری های نوین است. به عنوان نمونه می توان در این آزمایشگاه ها انواع داروهای نوترکیب را تولید کرد و کریستال های داروها را به نحوی رشد داد که امکان آن بدین شکل در زمین هرگز وجود ندارد. ضمن این که چون تبلور ماده تحت تاثیر جاذبه انجام می گیرد و در فضا نیز جاذبه ای وجود ندارد، بنابراین می توان از ویژگی رشد متفاوت بلورها و کریستال ها در تولید داروهایی با کیفیت بالاتر بهره گرفت. جالب است بدانید که هم اکنون محققان در ایستگاه فضایی بین المللی به طور جدی در حال کار روی پروژه ای برای درمان پوکی استخوان سالمندان و کشف راهی برای جلوگیری از پیشرفت این بیماری هستند.
ویژگی های یک ایستگاه فضایی
یک ایستگاه فضایی بین المللی دارای چندین آزمایشگاه است که در آن ها روی علوم نوین داروسازی برای تولید داروهایی با کیفیت بالاتر، کوچک سازی فناوری ها، تصویرسازی از زمین، پیشبرد حضور فیزیکی، انجام آزمایش هایی در شرایط جاذبه ناچیز روی رشد گیاهان، اصلاح نژاد بذرها و گیاهان و بسیاری از موارد متنوع دیگر مطالعه و تحقیق می شود. در حال حاضر ۲ ایستگاه فضایی در دنیا وجود دارد که یکی ایستگاه فضایی بین المللی است و کشورهای آمریکا، روسیه، اتحادیه اروپا، ژاپن و کانادا در آن حضور دارند و برخی کشورهای دیگر نیز با امکان دسترسی و مشارکت کمتر در این ایستگاه فعالیت دارند. هزینه ساخت این ایستگاه فضایی ۱۶۰ میلیارد دلار بوده و گران ترین سازه ای است که بشر تاکنون ساخته است.
نخستین ماژول ایستگاه فضایی بین المللی (International Space Station) ۱۶ سال قبل به فضا پرتاب و از نوامبر سال ۲۰۰۰ میلادی اقامت فضانوردان در این آزمایشگاه در مدار زمین آغاز شد. ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) برای انجام مطالعات در حوزه زیست شناسی، فیزیک، علوم هواشناسی و جوی، زمین شناسی، تحقیقات فناوری و اخترفیزیک استفاده می شود. آژانس فضایی آمریکا(ناسا)، آژانس فضایی فدرال روسیه، آژانس فضایی اروپا (اسا)، آژانس فضایی کانادا (CsA) و آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) در ساخت ایستگاه فضایی بین المللی مشارکت داشته اند. ایستگاه فضایی به ۲ بخش شامل بخش مداری روسیه و بخش مداری آمریکا تقسیم می شود و فضانوردان و محققان کشورهای مختلف به طور مشترک از این بخش ها استفاده می کنند.
اندازه ایستگاه فضایی معادل یک زمین فوتبال آمریکایی است. طول ماژول ایستگاه ۵۱ متر، فضای قابل سکونت آن ۲۸۸ مترمربع یا معادل یک هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ و وزن کلی ایستگاه ۴۱۹ هزار کیلوگرم یا معادل ۳۲۰ خودروی متوسط است. طول ۸ ارابه خورشیدی ایستگاه ۷۳ متر است که ۸۴ کیلووات انرژی برق تولید می کنند. در طول ۴۰ ماموریت فضایی تا نوامبر ۲۰۱۳ ، ۲۱۱ فضانورد زن و مرد از ۱۵ کشور جهان در ISS اقامت داشته اند. در این مدت بیش از هزار و ۵۰۰ آزمایش و تحقیق علمی در فضا انجام و هزار ساعت پیاده روی فضایی انجام شده است.
ایستگاه فضایی چین
دیگر ایستگاه فضایی نیز متعلق به کشور چین است که به صورت مستقل در مدار قرار دارد البته تا پیش از این، روسیه (شوروی سابق) نیز دارای ایستگاه فضایی بود و آمریکایی ها نیز به طور مستقل ایستگاه فضایی داشتند اما در حال حاضر تنها یک ایستگاه فضایی بین المللی و یک ایستگاه فضایی متعلق به چینی ها وجود دارد. ما هم تلاش می کنیم با اعزام انسان به فضا و اثبات توانمندی های خود بتوانیم یا فرصت حضور در ایستگاه فضایی بین المللی را پیدا کنیم و یا به صورت مستقل آزمایشگاه فضایی داشته باشیم.
آمادگی برای ساخت فضاپیمای حامل انسان
ابراهیمی در ادامه از آمادگی ایران برای ساخت و آزمایش اولین نسل فضاپیماهای حامل انسان خبر می دهد و می گوید: با قدم هایی که برداشته شده و موفقیت هایی که در عرصه ساخت و پرتاب کاوشگرها کسب کرده ایم، این آمادگی را داریم که اولین نسل فضاپیماهای حامل انسان را در قالب پروژه کاوشگرها بسازیم و شروع به آزمایش کنیم. به عبارت دیگر می توانیم نمونه های ساده ای از فضاپیمایی را که قرار است انسان را به فضا ببرد طراحی و به فضا پرتاب کنیم و پس از انجام عملیات پروازی به زمین برگردانیم.
تفاوت کاوشگر و فضاپیما
اما تفاوت کاوشگر با فضاپیما چیست و این دو هر یک به لحاظ ساختار و مکانیسم چگونه عمل می کنند؟ دکتر ابراهیمی برای پاسخ به این سوال ابتدا به تعریف کاوشگرها می پردازد؛ کاوشگرها وسایل فضایی هستند که در یک مسیر U معکوس به فضا می روند، آزمایش ها، داده پردازی ها و عملیات محوله را انجام می دهند و در برگشت به زمین با بهره گیری از سامانه های بازیابی یا فرود آرام به آهستگی سرعت شان کم می شود تا در نهایت سالم روی سطح زمین فرود بیایند. کاوشگرها در واقع فضاپیماهای ارزان قیمتی هستند که می توان با استفاده از آن ها اجزای مختلف یک فناوری را آزمایش کرد، با کمک آن ها آزمایش های مختلف علمی انجام داد، نیروی انسانی متبحر تربیت و به عرصه های بعدی فناوری ورود کرد. علاوه بر این می توان از کاوشگرها به عنوان یک آزمایشگاه علمی بهره برد و اجزای فضاپیماها، ماهواره ها و ماهواره برها را با آن ها آزمایش و ارزیابی کرد. کاوشگرها آنقدر با اهمیت هستند که سازمان فضایی آمریکا (ناسا) با وجود قدمت، توانمندی و بودجه ای که صرف انجام پروژه های فضایی می کند، سالانه ۲۰ کاوشگر از نوع کاوشگری که ما روی آن کار می کنیم و در واقع یک نوع راکت پژوهشی است، به فضا پرتاب می کند. سازمان فضایی اروپا، هند، چین و دیگر کشورهای صاحب فناوری فضایی در دنیا نیز عمده تحقیقات خود را با کاوشگرها انجام می دهند، و اما فضاپیما؛ این وسایل فضایی اغلب کره ای شکل هستند و پیکره بندی متداول آن ها ترکیبی از کره و مخروط است. فضاپیماها اغلب طوری طراحی می شوند که برای مدتی در مدار زمین قرار بگیرند و یا به صورت زیرمداری، یک یا چند فضانورد را به فضا ببرند و برگردانند. پیچیدگی هندسی، آیرودینامیک و دینامیک آن ها با یکدیگر متفاوت است. جانمایی اجزا و ساخت باتری های توزیع توان آن ها که با استفاده از زیرسامانه های مختلف انجام می گیرد طراحی فضاپیماها را به یک کار پیچیده تبدیل می کند به طوری که چند کشور معدود شامل شوروی سابق، آمریکاو چین ، به تنهایی و اتحادیه اروپا و ژاپن نیز در قالب همکاری تا به حال فضاپیمای حامل حیات به فضا پرتاب کرده اند و تنها ۳ کشور روسیه، آمریکا و چین موفق به اعزام انسان به فضا شده اند.
گام های پیش رو برای ساخت فضاپیمای ایرانی
لفظ فضاپیما بیشتر برای وسایل سرنشین دار به کار می رود اما فضاپیماهای دیگری هم به جز فضاپیمای حامل انسان وجود دارد که اغلب برای مطالعات بین سیاره ای استفاده می شود.
دکتر ابراهیمی با بیان این مطلب می افزاید: ما تصمیم داریم فضاپیمایی برای اعزام انسان طراحی کنیم که ظرفیت یک فضانورد را داشته باشد و نسخه بزرگ تر آن بتواند در آینده چند فضانورد را با خود به فضا ببرد.
در عرصه فعالیت های فضایی، ابتدا ایده مطرح می شود سپس طراحی مفهومی، طراحی اولیه و در نهایت طراحی دقیق انجام می شود و پس از آن مرحله ساخت و آزمایش، در مرحله آخر نیز عملیات پرواز شکل می گیرد. در پروژه ساخت فضاپیمای ایرانی نیز مرحله طراحی مفهومی انجام شده است.
تجهیزات مورد نیاز در یک فضاپیما
یک فضاپیما باید شامل ۲ سری تجهیزات باشد. یک دسته، تجهیزات فردی خود فضانورد مانند لباس، سیستم های حمایتی، وسایل اضطراری و محافظتی است که فضانورد با خود حمل می کند. سری دیگر هم تجهیزات داخل فضاپیماست مانند تخت یا نشیمن گاه استقرار فضانورد، پنل های کنترلی که فضانورد در حالت های خاص با آن ها کار می کند، سیستم های تولید و نگهداشت شرایط حیاتی مانند ایجاد اکسیژن، جذب CO2 و سیستم های مشابه. علاوه بر این از سیستم حاملی نیز برای پرتاب فضاپیما استفاده می شود.
خوشبختانه با سیستم های حامل موجود زنده در کشور که برای پرتاب ماهواره ها به فضا استفاده می شود، به ایجاد زیرساخت های جدید و یا احداث پایگاه جدید نیاز نداریم بلکه می توانیم با اعمال اندکی تغییرات و انجام یکسری به روز رسانی از امکانات موجود بدین منظور استفاده کنیم. بنابراین در این راستا باید نسل اول فضاپیما را طراحی کنیم و سپس قدم به قدم و نسل به نسل آن ها را گسترش دهیم تا جایی که اطمینان پیدا کنیم سیستم ایمنی از هر نظر در اختیار داریم تا بتوانیم فضانورد را با آن به فضا پرتاب کنیم.
البته پیش از اعزام انسان به فضا، آزمایش های خود را با پرتاب آدمک مصنوعی، موجودات زنده کوچک و روبات شروع می کنیم که در حال حاضر این برنامه ها در دست بررسی است و ممکن است در تحقیقات خود به این نتیجه برسیم که به انجام بعضی از آن ها نیازی نیست اما در هر صورت برای اعزام فضانورد ایرانی به فضا نیاز است که آزمایش های متعددی انجام شود.
ساخت ۵-۴ کاوشگر دیگر تا پرتاب انسان به فضا
دکتر ابراهیمی با بیان این که با پرتاب ۴ یا ۵ کاوشگر دیگر به مرحله پرتاب انسان به فضا می رسیم، تصریح می کند: گر چه هم اکنون مرحله ساخت فضاپیما آغاز شده است اما باید برای اعزام فضانورد، ۵ - ۴ کاوشگر دیگر پرتاب کنیم تا فضاپیماهای اولیه تکمیل و تکمیل تر شود. آزمایش اولین نسخه فضاپیمای ایرانی نیز ظرف یکی دو سال آینده انجام خواهد شد.
برای دستیابی به هدف پرتاب انسان به فضا، در ۴ یا ۵ کاوشگر آینده به تدریج فناوری هایی را که در آن ها با مشکل مواجه هستیم،قدم به قدم ارتقا می بخشیم تا به طور کامل به آن فناوری ها دست پیدا کنیم و فناوری های موجودمان را نیز به طور مرتب رشد می دهیم و بهینه سازی می کنیم. به عنوان نمونه بازیابی محموله از ارتفاعات بالاتر و فناوری پرتاب محموله با وزن های بیش از ۵۰۰ کیلوگرم جزو فناوری های پیچیده است که باید به تدریج طی این پرتاب ها به آن دست پیدا کنیم. فناوری دیگر سامانه فرود اضطراری برای شرایطی است که اگر اتفاق ناگهانی در فضاپیما رخ داد، فضانورد بتواند جان خود را نجات دهد. سامانه های ترمزی به منظور کاهش سرعت، ایجاد سپرهای حرارتی ویژه و سامانه های کنترل ناوبری نیز از جمله تجهیزاتی است که باید با برنامه ریزی دقیق به آن ها برسیم و موارد موجود را نیز ارتقا دهیم. به عنوان نمونه اکنون می توانیم یک محموله ۱۰۰ کیلوگرمی را از ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری بازیابی کنیم اما اگر وزن این محموله به ۵۰۰ کیلوگرم برسد و ارتفاع پرواز نیز بیشتر شود، مشکلات جدیدی پیش روی ما خواهد بود که باید با تحقیق و مطالعه بر آن ها فائق شویم.
فرآیند پرتاب فضانورد ایرانی به فضا
دکتر ابراهیمی در ادامه به فرآیند پرتاب فضانورد اشاره می کند و می گوید: برای رسیدن به مرحله اعزام فضانورد، ابتدا باید آزمایش های زیرمداری را تکمیل کنیم. در حال حاضر سیستم های حامل موجود در کشور نمی تواند وزن بالای ۵۰ کیلوگرم را در مدار زمین قرار دهد بنابراین باید موشک های حامل قدرتمندی تولید کنیم تا محموله هایی با وزن های بیشتر را در فضا قرار دهد. هم اکنون نیز برای تولید چنین موشک های حاملی هدف گذاری شده است که بتواند ماهواره های مخابراتی با وزن بیش از ۵۰۰ کیلوگرم، یک تن و ۲ تن را در مدار زمین قرار دهد.
وقتی این حامل ها توسعه پیدا کرد، می توانیم از همان فناوری برای پرتاب فضانورد به مدار استفاده کنیم.
ویژگی های فضاپیمای ایرانی
سوختی که در آینده برای پرتاب فضاپیما استفاده می کنیم مایع خواهد بود که دانش فنی تولید آن را در اختیار داریم و در پرتاب ماهواره هم از همین سوخت استفاده می کنیم. ابعاد حامل فضاپیما نیز همان ابعاد سیستم حامل پرتاب ماهواره است اما قطر فضاپیما بین 1.5 تا ۲ متر خواهد بود. بدنه آن نیز از آلومینیم، کامپوزیت، پوشش ها و سپرهای حرارتی تشکیل خواهد شد. البته گرچه هنوز در مرحله طراحی خیلی پیشرفت نکرده ایم اما تصمیم داریم از نوآوری های بومی خودمان در ساخت این فضاپیما استفاده کنیم. اما در حال حاضر ویژگی های فضاپیمای ایرانی مانند ویژگی های دیگر فضاپیماها خواهد بود؛ به عنوان نمونه این فضاپیما باید حتما به سپر حرارتی، سیستم چترو فرود و سیستم بازیابی مجهز باشد. اما مواردی مانند قطر چتر و جنس پارچه را بررسی می کنیم.
در حال حاضر مطالعات اولیه برای طراحی لباس فضانورد ایرانی آغاز شده است. لباس فضانورد ایرانی برای پرتاب زیرمداری، لباس پیچیده ای نیست و ساختاری شبیه لباس خلبانان هواپیماهای جنگنده خواهد داشت. هم اکنون نیز طراحی های آن در پژوهشگاه فضایی ایران در حال انجام است.
مسیر پرواز فضانورد ایرانی
حاملی که فضانورد را با خود به فضا حمل می کند، به صورت عمودی پرتاب می شود. فضانورد تقریباً به صورت خوابیده با یک شیب ملایم در فضاپیما مستقر می شود به طوری که ستون فقرات وی عمود بر مسیر اولیه پرتاب قرار گیرد. سپس موتور فضاپیما روشن و پرتاب انجام می شود. حین عزیمت فضاپیما به فضا، اجزای اضافی آن به صورت تدریجی جدا می شود. سپس هنگامی که فضاپیما به ارتفاع بالای ۱۵۰ کیلومتر می رسد، بیش از ۱۰ تا ۱۵ دقیقه حالت بی وزنی را تجربه می کند. در این مرحله ، برنامه ریزی ما این است که فضانورد چند آزمایش علمی مربوط به مطالعات زیست سلولی گیاهی و جانوری و همچنین آزمایش های دیگر را انجام دهد. پس از این مرحله، فضاپیما در مسیر بازگشت با استفاده از کاهنده های سرعت و سیستم چترها روی زمین فرود می آید. حدود ۳۰ دقیقه پرواز کامل وی خواهد بود و مسیر پرواز هم به صورت پروفیل (U برعکس) است.