سرآغاز كاوشي نو

سرآنجام پس از گذشت سال ها، ناسا در سال 1989، به خواسته هاي ديرپا و مكرر جامعه علمي زمان، پاسخ مثبت گفت و كار جدي بر روي اعزام كاوشگري به سوي پلوتو را كليد زد. نخستين كاوشگر نامزد، در همان سال و با نام كاوشگر «پلوتو-350» معرفي شد. كاوشگري 350 كيلوگرمي با چهار ابزار علمي كه فقط براي پرواز از فراروي پلوتو و شارون طراحي مي شد (هنوز آن زمان اقمار نيكس و هيدرا و حتي كمربند كوئيپر كشف نشده بود). چندي نگذشت كه به علت محدويت اهداف و خطرپذيري بالا، ايده پلوتو-350جاي خود را به كاوشگر پرهزينه تر«مارينرمارك-2» داد. در 1991، «كار گروه علمي سيارات بيروني»، به سرپرستي پروفسور «آلن استرن»، به منظور تصميم گيري بر اهداف علمي پيش روي اين ماموريت و تسليم بودجه نهايي پروژه به مقامات اجرايي ناسا تشكيل شد؛ اما در نهايت اجراي همان پروژه پلوتو-350 البته با اندكي تغييرات، مقرون به صرفه تر دانسته شد.
در بهار 1992، آزمايشگاه پيش رانش جت ناسا (JPL)(1)، طرح كاوشگر «تيزپرواز پلوتو»(PFF)(2) را به عنوان جايگزيني «سريع تر، بهتر و ارزان تر» براي مارينر مارك-2 پيشنهاد كرد. پي. اف. اف، كاوشگري ريزجثه با وزن تنها 35 تا 50 كيلوگرم، متشكل از 7 كيلوگرم ابزار آلات علمي و با هزينه تمام شده اي كمتر از 500 ميليون دلار بود كه در قالب دو فضاپيماي مجزا به سوي پلوتو فرستاده مي شد. اين ايده در ابتدا توجه رئيس وقت ناسا را به خود جلب كرد و از اين رو برنامه هاي پلوتو-350 و مارينر مارك-2 به بوته فراموشي سپرده شدند؛ اما به محض طرح ايده پي. اف. اف، مشكلاتي بروز كرد. يكي رشد تدريجي جرم محموله بنا به نيازها، تا 140 كيلوگرم، دومي افزايش هزينه ها با در نظرگيري پرتاب دو موشك سنگين وزن از نوع تيتان-4 به فراتر از 1 ميليارد دلار و سومي نيز آشفتگي حاكم بر ناسا به دنبال از دست رفتن فضاپيماي «رصدگر مريخ» در 1993 بود. در نتيجه رشد هزينه ها، ايده پي. اف. اف را به تنها يك فضاپيما محدود كرد.

به دنبال اين مشكلات، آلن استرن؛ مدير كار گروه علمي سيارات بيروني، اقدام به جلب توجه همكاراني از اروپا و روسيه به منظور پيشبرد هر چه زودتر پروژه با كاهش هزينه ها كرد. از اين بين، روسيه با ابزار تمايلي ويژه و ضمن قبول انجام عمليات پرتاب توسط موشك روسي سنگين وزن «پروتون»؛ كاوشگري اقماري موسوم به «Drop Zond»را نيز به ازاي دريافت هزينه كمتري از ناسا در برنامه گنجاند، تا با ورود به جو پلوتو و پيش از برخوردش به سطح آن، سلسله تصاويري نزديك از سطح اين جرم، تهيه و ارسال كند.
در 1995 و با طرح درخواست روسيه از ناسا براي پرداخت هزينه هاي پرتاب كاوشگر؛ موسسه فيزيك سياره اي ماكس پلانك آلمان نيز پيشنهادي مبني بر تامين 30 ميليون دلار از اين هزينه را به ناسا داد تا در عوض، كاوشگري آلماني نيز در اين سفر پي. اف. اف را همراهي كند. كاوشگري كه قرار شد به هنگام عبور پي. اف. اف از كنار مشتري، بر سطح قمر آتشفشاني مشتري (يو) برخورد كرده و اطلاعاتي گرانبها از آن به دست دانشمندان دهد.
پيشرفت اين پروژه، با تغيير اولويت هاي ناسا همچنان زمين گير ماند تا اين كه رئيس وقت ناسا، طي سال هاي 1994-95 و به منظور كاهش هزينه ها، طرح هايي براي اعزام كاوشگر آن هم بدون منبع برق هسته اي، يا استفاده از موشكي سبك وزن تر همچون دلتا-2 را به منظور پرتاب به «آزمايشگاه پيشرانش جت» ناسا (jpl) پيشنهاد داد، كه در نهايت پس از بررسي اين پيشنهادها، نتيجه اين شد كه پرتاب كاوشگر با موشكي كوچك تر، عمر ماموريت را عملا به 12 تا 15 سال افزايش خواهد داد و خطر به كارگيري منابعي به غير از ريزرآكتورهاي هسته اي براي تامين برق كاوشگر (همچون باتري) نيز بالاست. در همين حين بود كه پيشنهاد انتخاب، برآورد هزينه و در نهايت ساخت ابزارآلات علمي پي. اف. اف به طور رسمي مطرح شد. به دنبال رشد علايق جامعه علمي به كمربند كوئيپر در اواسط دهه نود، ماموريت پي. اف. اف به «سريع السير پلوتو-كوئيپر»(PKE)(3) تغيير نام داد و جرم محموله به 175، و جرم ابزارآلات علمي هم به 9 كيلوگرم افزايش يافت تا كمربند كوئيپر نيز جزو مقاصد هدف به شمار آيد. ولي باز در سال 1996، بودجه اين ماموريت تا حد زيادي توسط رئيس وقت ناسا اصلاح شد.

در 1999، ناسا درخواست طرح پيشنهادهاي جامعه علمي براي انتخاب نهايي ابزار آلات علمي پي. كي. ئي را مطرح ساخت كه در نهايت هيچ كدام از اين پيشنهادها مورد قبول مسئولان وقت واقع نشد. ناسا در سپتامبر سال 2000، پروژه پي. كي. ئي كه هنوز در مرحله نخست بود را به دليل افزايش مخارج اش تا فراتر از 1 ميليارد دلار، رسما لغو كرد.
به دنبال اين تصميم، فشار جامعه علمي و عموم بر ناسا به منظور از سرگيري برنامه هاي سفر به پلوتو افزايش يافت، تا بدانجا كه ناسا در ژانويه 2001 بار ديگر آمادگي اش را براي قبول طرح هاي پيشنهادي در اين زمينه مطرح ساخت، اما در فوريه همان سال و با اعلام بودجه هاي دولت جديد ايالات متحده، ديگر بار اين تصميم از اساس لغو شد.
به هر ترتيب با پشتكار مضاعف جامعه علمي، سناي آمريكا طي رد دستورالعملي به ناسا در كمتر از يك هفته پس از اخذ اين تصميم؛ اقدام به استفاده از نفوذ كنگره در ابطال راي لغو سفر به پلوتو كرد. با از سرگيري عمليات، پنج پروژه به ناسا پيشنهاد شد كه در نهايت سه تايشان، مشتمل بر دو پيشنهاد از سوي JPL و ديگري نيز از سوي آزمايشگاه فيزيك كاربردي دانشگاه جان هاپكينز (APL) انتخاب شدند. پس از بررسي هاي بسيار، در نهايت طرحAPL مورد قبول مسئولين ناسا واقع شد و در پنجم فوريه 2001، نام «افق هاي نو»(4) بر آن نهاده شد. پروفسور «آلن استرن» نيز پس از سال ها پي گيري مصرّانه، متصدي سمت دانشمند ارشد و مرد شماره يك نخستين ماموريت بشر به سمت پلوتو شد.

سفيري براي سرزمين هاي سرد
 

نخستين ماموريت به پلوتو؛ نخستين ماموريت به سياره اي دو گانه؛ نخستين ماموريت به يك سياره كوتوله يخي؛ نخستين ماموريت به سوي اجرام كمربند كوئيپر؛ نخستين ماموريت سياره اي با برخي از ابزارآلات دانشجويي؛ نخستين ماموريت به سوي سيارات خارجي پس از عصر وويجرها؛ نخستين ماموريت از برنامه مرزهاي جديد ناسا. اين ها همه در جعبه اي تقريبا به شمايل يك ذوزنقه با قاعده 2/7 متر و يال هاي 2/1 متري و ضخامت 70 سانتي متر، كنار هم جمع آمده است. «افق هاي نو»؛ كاوشگري نسبتا ريزچثه به ابعاد يك پيانوي معمولي با وزن 478 كيلوگرم (با مخازن پر از سوخت) است، كه توسط آزمايشگاه فيزيك كاربردي دانشگاه جان هاپكينز ايالات متحده و همكاري شركت هاي متعددي از سرتاسر جهان ساخته شده است. انرژي الكتريكي اش از ريزرآكتوري با سوخت 11 كيلوگرم دي اكسيد پلوتونيوم تامين مي شود كه در مجموع كل ماموريت، اين ميزان به اندازه مصرف برق همزمان دو لامپ صد وات هم نمي رسد!
همه هفت ابزار علمي اين كاوشگر، روي هم رفته مابين 2 تا 10 وات انرژي الكتريكي مصرف مي كنند كه اين مصرف برق يك چراغ خواب روشن هم كمتر است. ارتباط با مركز فرماندهي ماموريت نيز از طريق آنتن راديويي دوربُردي به قطر 2، 1 متر انجام مي شود كه به هنگام رسيدن كاوشگر به پلوتو؛ هر فرمان ، 9 ساعت در راه خواهد بود. طراحي فلاسك مانند بدنه كاوشگر، گرماي درون محفظه را تا حد دماي اتاق نگه داشته؛ آن هم در شرايطي كه فضاي پيرامون فضاپيما، فقط چند ده درجه از صفر مطلق گرم تر است!

افق هاي نو، به تاريخ نوزدهم ژانويه 2006، سوار بر موشكي سنگين وزن از نوع اطلس -V-551، با سرعت 26، 16 كيلومتر بر ثانيه به هنگام خاموشي آخرين موتورش؛ رهسپار ژرفاي منظومه شمسي مان شد. اين كاوشگر، ركورد سريع ترين سرعت ارسال پرتابه توسط انسان به فضا را شكست. سفاين آپولو در دهه هفتاد، از زمين تا مدار ماه را سه روزه طي مي كردند؛ حال آن كه كاوشگر افق هاي نو آن را 9 ساعته پيمود. مسير سفر اما مستقيما به سوي پلوتو نيست. 13 ماه پس از پرتاب، كاوشگر از كنار مشتري عبور كرد تا علاوه بر كاليبراسيون تجهيزات علمي؛ 4 كيلومتر بر ثانيه سرعت بادآورده نيز نصيبش شود. در صنعت فضا بدين فرايند افزايش سرعت، اصطلاحا «مانور قلاب سنگ»(5) گفته مي شود.
اين مانند وضعيتي است كه شما توپي را با سرعت كمي درست به سمت لوكوموتيو در حال حركتي پرتاب كنيد. به طبع بازگشت توپ از پيشاني لوكوموتيو، با سرعت بيشتري صورت خواهد گرفت. بدين ترتيب، افق هاي نو پس از گذر از قلمرو مشتري، اين بار با سرعت 21 كيلومتر بر ثانيه و زاويه 2/5 درجه نسبت به صفحه منظومه شمسي، رهسپار تيره ناي فضا شد تا كه 9 سال بعد؛ در چهاردهم جولاي 2015 به نخستين مقصدش، يعني پلوتو برسد.

افق هاي نو، يک مدار گرد نيست. بدين معنا که همچون ماموريت هاي وويجر، با سرعت از کنار هدف اش خواهد گذشت و در حين همين گذر کوتاه است که اطلاعاتي را که سال ها دانشمندان انتظارش را مي کشيدند، جمع خواهد آورد. براي تان شايد اين پرسش پيش آيد که چرا؟ چرا پس از گذشت 9 سال، در نهايت 9 هفته و بهتر است که بگوييم فقط نيم ساعت از آن، کل عمر مفيد اين فضاپيما در قلمرو پلوتو خواهد بود؟ براي پاسخ به اين پرسش، به سراغ پروفسور «آلن استرن»؛ دانشمند ارشد ماموريت افق هاي نو رفته ايم؛ کسي که در سال 2007، از سوي هفته نامه تايم به عنوان يکي از 100 انسان تاثيرگذار بر جهان انتخاب شد. وي در پاسخ به اين پرسش، به «آسمان شب» مي گويد: «ما به دو دليل، تمايلي براي توقف نداريم. مهم ترين اش اين است که اگر در پلوتو توقف کنيم، آن گاه نمي توانيم اجرام باستاني کمربند کوئيپر را که بازمانده هاي فرايند تشکيل سيارات اند و جزئي مهم از اين ماموريت به حساب مي آيند را مورد کاوش قرار دهيم. تازه اگر هم خواسته باشيم؛ سوخت کافي براي توقف نداريم- انجام چنين مانوري، در حدود 100 تُن سوخت مي برد!»
حال که امکان توقف نيست، پس بيشترين بهره را بايستي که از اين زمان کوتاه برد. به همين منظور، عمليات کاوشي به طور رسمي از پنج ماه پيش از نزديک ترين گذر از کنار منظومه پلوتو کليد مي خورد و تا 9 ماه پس از آن نيز ادامه مي يابد. يعني در مجموع 14 ماه که از اين بين، فقط از نيم ساعت اش به عنوان نزديک ترين گذر کاوشگر از کنار پلوتو ياد مي شود! با عبور گلوله وار افق هاي نو از نزديکي پلوتو اما هنوز مشاهدات از سمت تاريک اين جرم آسماني ادامه خواهد يافت، تا اگر چنان چه هاله هاي جوي يا حلقه هايي احتمالي به گرد پلوتو موجود است، ديده شوند.

البته اغلب تکنيک هاي محاسباتي اي که در جريان اين ماموريت به کار گرفته خواهد شد؛ در ماموريت هاي پيشين بين سياره اي همچون وويجر و مارينر نيز بر روي ديگر سيارات اجرا شده بود؛ اما آنچه که افق هاي نو را برجسته تر از گذشته ها مي کند، توانايي اش در انجام نقشه برداري هاي گسترده دمايي و ساختاري، و نيز شکار ذرات غباري پراکنده در محيط فضاست.

البته بزرگ ترين چالش پيش روي اين ماموريت همچنان باقي است؛ نحوه انتقال مشاهدات و داده ها به زمين. سرعت مخابره داده هاي دريافتي از اين کاوشگر به هنگام عبورش از نزديکي مشتري؛ 38 کيلوبيت بر ثانيه بود که اکثر مودم هاي پيش پا افتاده امروزي هم سرعتي به مراتب بيشتر از آن دارند! اين بدين معناست که در پلوتو شرايط به شدت وخيم تر خواهد بود. با سرعت پيش بيني شده 600 تا 1200 بيت بر ثانيه، فقط ارسال يک عکس ساده به زمين، چندين ساعت به طول خواهد انجاميد و دريافت زنده تمامي داده هاي ارسالي از پلوتو با ياري قدرتمندترين گيرنده هاي راديويي زمين نيز به يک ماه تمام زمان نياز دارد. از آنجايي که استفاده مداوم از اين آنتن هاي غول پيکر، آن هم به مدت يک ماه عملا ناشدني ست؛ دانشمندان داده هاي دريافتي را طي 9 ماه تمام، بر حافظه فضاپيما ذخيره کرده و فقط حساس ترين اطلاعات را آن هم چند روز يا حتي چند هفته پس از انجام نزديک ترين گذر، دريافت خواهند کرد.
ناسا پس از انجام گذر پلوتو، موظف است يک يا دو جرم از اعضاي کمربند کوئيپر با قطر بيشتر از 50 کيلومتر؛ که تا آن زمان حتما به چشم دوربين هاي کاوشگر آمده اند را به منظور انجام گذرهاي بعدي برگزيند. پس هنوز تا آن زمان نمي توان اطلاعات بيشتري از مقاصد بعدي افق هاي نو ارائه داد.

پي نوشت ها :
 

1- Jet Propulsion Laboratory
2- Pluto Fast Flyby
3- Pluto Kuiper Express
4- New Horizons
5- Slingshot Maneuver
 

منبع: ماهنامه دانشمند شماره 570