چگونه به ماه برمي گرديم؟

چهار دهه پس از نخستين فرود انسان بر سطح ماه در آستانه دومين ماجراجويي بزرگ قرار داريم.
 

کتاب هاي تاريخ روز 29 تير 20/1384 ژوييه 1969 را با عنوان روزي ثبت کردند که نيل آرمسترانگ نخستين گام بشر را بر سطح ماه گذاشت. اما تاريخ، روز 23 آذر 14/1351 دسامبر 1972 را چندان مهم نمي داند؛ روزي که يوجين سرنان آخرين گام را از ماه برداشت، سوار مه نشين آپولو 17 شد و نقطه پاياني گذاشت بر نخستين موج اکتشاف ماه به دست بشر با اين عهد که «باز خواهيم برگشت».
حالا بيش از يک نسل بعدتر، روياي آن اکتشاف دوم در حال تبديل شدن به واقعيت است. اگر همه چيز مطابق برنامه پيش برود و سطح بودجه ها بالا بماند، ناسا اميدوار است که فرود بعدي انسان بر ماه در سال 2020/1399 رخ دهد، 50 سال پس از پرواز آپولو.
ما با ابزارهايي بازمي گرديم که شباهتي ظاهري به سخت افزارهاي امتحان پس داده ي آپولو دارند. هرچند اين شباهت ها پيشرفت هاي گسترده ي ناسا را پنهان مي کنند. واضح ترين تغييرات اندازه ي فضاپيماهاست.
بسياري از ناظران اين دستگاه هاي جديد را «آپولوهاي دوپينگي» مي نامند. مه نشين جديد، که به نام ستاره ي «نسر طاير» در لاتين «اَلتِير» نام دارد و ما از اين پس آن را «پرنده» مي ناميم، به جاي دو فضانورد آپولو، گنجايش چهار فضانورد را دارد. و مدول جديد فرماندهي، به نام «اوريون» ،بدون نياز به ماندن يک فضانورد در آن با دستگاه هاي خودکار هدايت در مدار باقي خواهند ماند.

بي شباهت به فضاپيماي پدربزرگ ها
 

طراحي هاي جديد بازتابي از ادراک 40 سال گذشته و تمام پيشرفت هاي فناورانه ي اين دوره است. برنامه ريزي استراتژيک نيز تغيير کرده است. فرود بر ماه ديگر پاياني بر يک مسابقه نيست، بلکهخ سکويي است از پلکان صعودي هدف ها.
به گفته جان کانلِي، از اعضاي اين ماموريت در مرکز فضايي جانسون ناسا در هيوستون، «درست است که شکل فرود الزاماً بي تغيير باقي خواهد ماند، اما اين به سبب کمبود توجه به ديگر گزينه ها نيست.» در سلسله همايش هاي فشرده در دو سال گذشته، مهندسان ناسا استراتژي هاي بيشتري را ارزيابي کردند؛ بيش از آنچه در سال 1961/1340 در تصوير مي گنجيد.
يکي از مواردي که به برنامه ها افزودند، مرحله بندي فرود از طريق نقاط لاگرانژي ماه بود. اين نقاط محل هايي در فضا هستند که کشش گرانشي ماه و زمين متعادل مي شود. اين شيوه، فرود بر سطح و بلند شدن از سطح ماه را در هر زمان ممکن مي کند و ديگر نيازي به مقيد بودن به پنجره ي پرتاب مشخص نيست که آپولو درگيرش بود. براي انتها نيز طرح پارک کردن مدول بازگشت به زمين در مداري پايين به دور ماه و فرود با وسيله اي جداگانه تصويب شد.
اما ناسا براي فرود چه وسيله ي جديدي فراهم مي کند؟ مدول مه نشين آپولو، براي مثال گنجايش دو فضانورد و مقدار محدودي ابزار را داشت. فقط مي توانست در نواري در امتداد عرض هاي جغرافيايي پايين روي سمت رو به زمين ماه فرود بيايد و در بيشترين مدت فقط مي توانست چند روز روي ماه بماند.

اتاقي که خدمه در آن مي خوردند و مي خوابيدند همچنين به عنوان محفظه هوابند(1) هم استفاده مي شد و غبار ساينده ي ماه نيز به سرعت آن را آلوده مي کرد. به گفته ي طراح لباس هاي فضانوردي ماموريت آپولو، جوکازمو، «لباس ها با آن مفصل هاي فشرده و آب بندي نشت کننده، بعد از فقط چند روز مي شکستند.»
ناسا مه نشين هاي آپولو را براي مأموريت هاي تند و سريع ساخته بود. اما آنها همچنان فراتر از قابليت هاي جديدترين فناوري هاي روي زمين بودند. نمي شد به سادگي اين مه نشين را مستحکم يا تقويت کرد؛ بايد دوباره از ابتدا طراحي مي شد و شد.
کريس کندي، مهندس برنامه، مي گويد که مه نشين جديد قابليت هاي بسيار گسترده اي دارد که به سبب سه برابر شدن وزن آن نسبت به آپولو، تا 45 هزار کيلوگرم ،ممکن شده است. در آن همچنين نسل جديدي از دستگاه ها براي فضانوردان کار گذاشته شده که شامل محفظه هوابند جداگانه است که به بخش فرود متصل مي شود.
براي اطمينان سوخت پيشران در مرحله صعود از سطح ماه همچنان «هاپيرگوليک» يا «سوخت فوق حساس» خواهد بود؛ ماده شيميايي که مي توان آن را در دماي اتاق نگه داشت و با برخورد به يکديگر مشتعل مي شوند. البته در مرحله فرود بر ماه از سوخت هاي کم دما و پر انرژي استفاده مي شود. به اين ترتيب مزيتي افزوده مي شود، زيرا مي توان از آن براي گسترش ماموريت بر سطح ماه استفاده کرد.

پرنده اي به سوي ماه
 

ناسا انتظار دارد که اين طرح جديد بسيار بر وسعت کارهايي، که فضانوردان مي توانند بر سطح ماه انجام دهند، بيفزايد. در اوايل سال 1/1387 اواسط سال 2008، گروه کانلي فهرستي از ماموريت هاي طرح مبنا (DRM-Design Refrence Missions) تهيه کردند که نوع ماموريت هايي را،که «پرنده» بايد انجام دهد، مشخص کرد.
اول از همه: «سفري کوتاه» و ساده به ماه. اين نوع ماموريت مي تواند هرجايي روي ماه فرود بيايد و حدود يک هفته روي ماه مي ماند. مه نشين پرنده هر چيزي را که فضانوردان براي انجام ماموريت لازم داند با خود حمل مي کند. اين گزارش در ادامه تصريح مي کند، «اين مأموريت به کاوش محل هاي بسيار جذاب مي پردازد، موقعيت هاي مناسب پايگاه شدن را شناسايي مي کند، ساخت و کارکرد آن روي ماه سبب پيشرفت فناوري مي شود، و توانايي انجام فعاليت هاي خارج از فضاپيما (EVA) را محک مي زند.» اين سفرهاي کوتاه به ماه ماموريت هايي است که ناسا قصد دارد تا سال 2020/1399 انجام دهد.
ناسا مدارگرد اوريون را طوري طراحي مي کند که پرنده بتواند به مکان هاي مختلفي دسترسي پيدا کند. برخلاف ماموريت آپولو، اين مکان ها ممکن است در آن سوي ماه يا سوي رو به زمين آن و هر جايي از استوا تا قطب ها باشند. رسيدن به مکان هاي دشوارتر، مانند مکان هاي نزديک قطب ها، ايجاب مي کند که فضاپيما در پنجره پرتاب محدودتري از روي زمين پرتاب شده باشد و نيز بايد بتواند در مدارش به دور ماه چند روزي را پيش يا پس از گردش روي سطح، زمين درنگ کند.

نوع دوم سفر مه نشين باري بي سرنشين است. بر اساس فهرست مأموريت هاي طرح مبناي اين سفر، اين مأموريت ها پشتيبان پايگاهي روي ماه اند يا براي ساخت يک پايگاه مصالح مي برند يا صرفاً تجهيزات را براي مه نشين بعدي مستقر مي کنند. اين وسيله مي تواند هر جايي روي ماه فرود بيايد و نيز مي تواند بين 14 تا 17 هزار کيلوگرم تجهيزات يا ديگر محموله ها را به ماه حمل کند.
در نوع سوم و چهارم ماموريت ها، فضانورداني را، يا به صورت بازديد کننده (ماموريت 3) يا به صورت سَکنَه (ماموريت 4)، در پايگاه هاي ماه فرود مي آورند. در هر دو نوع مأموريت، فضانوردان مي توانند با استفاده از تجهيزات و منابع پايگاه و بدون اتکاي صرف به منابع خود مه نشين مأموريتشان را طولاني تر کنند.
«ماموريت هاي سکنه» يکي از اهداف والاي سياست هاي فضايي ايالات متحده - يعني حضور دائمي بشر روي ماه- را تحقق مي بخشند. همان طور که ايستگاه فضايي بين المللي همواره داراي سکنه است، احتمالاً فضانوردان مسافر ماه نيز تا حدود 6 ماه در پايگاه هاي ماه مي مانند و سپس جاي خود را به گروه بعدي مي دهند و به زمين بازمي گردند. هرچند ناسا هنوز زمان بندي حضور دائم روي ماه را اعلام نکرده، اميدوار است که هرچه زودتر پس از سفرهاي کوتاه به ماه اين کار را انجام دهد.
عنصر جديد ديگر در طراحي فضاپيماها شرکاي بين المللي طرح است. اين هماهنگي ها در هنگام مأموريت آپولو بسيار کم بود، اما از زمان آغاز ساخت ايستگاه بين المللي فضايي امري ضروري شده است. فعلاً ناسا برنامه دارد که ايالات متحده زيربناي پروازهاي فضايي مستقل خود را گسترش دهد اما از کمک شرکاي بين المللي استفاده کند تاسبب رشد تحقيقات، سهولت سکونت و پيشرفت در ديگر فعاليت هاي انساني روي ماه شود. اروپا، ژاپن، کانادا، هند و چين علاقمندي خود را به همکاري اعلام کرده اند.
افزون بر اين شايد ملت هاي ديگر نيز به تدريج به مدار ماه و، شايد سطح ماه دسترسي پيدا کنند. چنين قابليت هايي برنامه ايالات متحده را تکميل و به انجام عمليات احتمالي نجات، در صورت نياز کمک مي کند.

فضاپيمايي بهتر
 

برخي نيازهاي اين مأموريت سبب تغييرات بزرگ در روش سفر به ماه مي شوند. مثلاً مأموريت هاي خودکاري را فرض کنيد که براي حمل بار به ماه لازم اند و سپس زنجيره اتفاقات مهندسي را در نظر بگيريد که اين موضوع در پي دارد.
در چنين مأموريتي ناسا مه نشين پرنده را سوار بر موشک آرس 5 پرتاب مي کند که موشکي معادل ساترن 5 و اکنون در حال ساخت است. پرنده در مداري پايين به دور زمين منتظر نمي ماند تا مدول فرماندهي سرنشين دار اوريون به آن بپيوندد بلکه مستقيم به سوي ماه مي رود.
از آنجا که پرنده زير محفظه بار قرار مي گيرد- به گفته دانشمندان علوم موشکي، «بالاي لوله اگزوز»- حجم آن، مانند مدول مه نشين آپولو، محدود نيست. اين آزادي به پرنده امکان مي دهد که از سوخت هيدروژن مايع استفاده کند که 50 درصد کار آمدتراز سوخت هيدرازين آپولوست. هيدروژن مايع کم چگال تر از هيدرازين اما حجيم تر است و همين موجب چند برابر بزرگ تر شدن مخازن سوخت مي شود. البته پرتاب پرنده با بالا برنده ي خودش مشکلي ندارد؛ مهندسان فقط به سادگي کمي محفظه بار را گسترش مي دهند.
اين مخازن حجيم تر پس از فرود بر سطح ماه کاربران فضاپيما را با چالش مواجه مي کنند؛ چه محموله ي فضاپيما بار باشد و چه خدمه. حجم اضافي موجب مي شود که بار فضاپيما بسيار بالاتر از سطح قرار بگيرد. به اين ترتيب فضانوردان به نردباني 3برابر نردبان ماموريت آپولو نياز دارند. و براي بار هم به جرثقيلي کوچک نياز است تا تجهيزات را پياده کند. خوشبختانه در نتيجه گرانش کم ماه، وزن بار فقط يک-ششم وزن آن روي زمين است.
اما پس از اينکه فضانوردان اين وظايف را انجام دادند، حجم زياد مخازن سوخت ديگر دست و پاگير نيست و به طرزي جادويي تبديل به يک مزيت مي شود. نخست اينکه اين مخازن مقدار بسيار زيادي پيشران باقيمانده دارند. هيدروژن مايع و اکسيژن مايع نه تنها در موتور موشک ها به خوبي مي سوزند، بلکه در پيل هاي سوختني در نيروگاه هاي پايگاه يا در مه نوردها نيز واکنش هاي انرژي زا انجام مي دهند. دوم، پس از اينکه فضانوردان اين بار اضافي را تخليه کردند، مي توان از اين مخازن، که به خوبي عايق شده اند، در پايگاه رو به گسترش استفاده کرد؛ به عنوان محل سکونت (آنها هرگز حاوي ماده اي سمي نيستند) يا مخزن نگهداري بخارات فرّار حاصل از سطح ماده.

و لباس فضايي بهتر
 

شايد مهم ترين و حساس ترين ابزار روي سطح ماه (البته بجز مرحله بلند شونده پرنده) لباس فضانوردان باشد. در زمان مأموريت هاي آپولو، محيط خشن ماه- و به ويژه غبار بيش از اندازه فرساينده ي ماه- براي لباس فضانوردان بيش از حدّ خشن بود و در برخي موارد حتي تا مرز از بين بردن کامل لباس پيشرفته بود.
لباس هاي جديد براي سفر به ماه بنا به گفته يکي از مهندسان اين مأموريت لارا کِرني، با اجزاي پيشرفته تري ساخته خواهند شد. آنها سبک تر، قوي تر، و بادوام ترند و قابليت هاي فرماندهي، هدايت، نمايش، و خودآزموني هوشمندانه تري دارند. خانم کِرني چنين توضيح مي دهد، «اين لباس ها قادرند با ديگر لباس ها يا با ذخاير مواد مصرفي در مه نوردها يا در جايگاه هاي خدمات در بيرون پايگاه جور شوند.»
اما مهم ترين ويژگي آنها طراحي شان است. از ابتدا طوري طراحي مي شوند که تعميراتشان روي ماه انجام شود. موضوع فقط عوض کردن باتري ها يا تنظيم تنظيمات مکانيکي نيست؛ بلکه خصوصيتي بنيادين است که مهندسان با انجام آزمايش هايي بر ايستگاه بين المللي فضايي آن را آموخته اند. اين لباس ها تعداد ابزارهاي لازم و نيز تنوع لوازم يدکي را کاهش مي دهند. (مثلاً آنها را مي توان به جاي 12 نوع سوپاپ در آپولوها با 3 نوع ساخت.) همچنين لباس چند تکه را مي توان به سادگي به قطعات سازنده اش تفکيک کرد. در ضمن اين لباس ها به تدريج افت مي کنند و بنابراين مرحله به مرحله از بين مي روند و نه به يکباره.
در زمان مأموريت هاي آپولو کسي نمي دانست چطور چنين لباس هايي را بسازد. لباس هايي که نخستين فضانوردان ماه استفاده مي کردند فقط براي حضوري کوتاه خارج از مه نشين مناسب بودند. بيشترمهندسان حتي تصور نمي کردند که لازم باشد لباس ها در محل تعمير شوند، تا زماني که نتايج حاصل از مأموريت هاي آپولو را بررسي و تجربياتي را از ايستگاه هاي فضايي روسي و آمريکايي گردآوري کردند.

بازگشت به خانه
 

بازگشت از ماه دست کم در ابتدا، بسيار شبيه برنامه ي پرواز آپولو به نظر مي رسد. هرچند، در پس شباهت هاي ظاهري تفاوت هاي بزرگي نهفته است. فضانوردان هفته ها يا ماه ها روي ماه اقامت داشته اند پس مهارت هاي زميني آنها به سبب عادت کردن به شرايط گرانشي و اقامتي ماه، کهنه مي شوند در نتيجه بايد تعليمات حياتي و دوباره براي بازگشت ببينند.
بليت بازگشت آنان به خانه در مداري پايين به دور ماه منتظرشان است؛ مدول فرماندهي اوريون. از آنجايي که هيچ کس در اوريون نبوده است متصديان مأموريت روي زمين، پيش از بلند شدن فضانوردان از سطح ماه ، بايد از سلامت مدارگرد مطمئن شوند. اگر شکي در قابل استفاده بودن مدارگرد وجود داشته باشد فضانوردان مي توانند باز هم روي ماه بمانند. واگر لازم باشد مي توان از روي زمين، با موشک هاي کوچک، ذخاير اضافي برايشان ارسال کرد.
اين فکر شايد ژرف ترين انقلاب مفهومي در کاوش هاي آينده ماه باشد؛ ديگر «گير افتادن» روي ماه به معناي مرگ حتمي نيست. در عوض، ماندن بر سطح ماه راه حلي است مقدم بر سعي در بازگشت به زمين با فضاپيمايي نامطمئن. طي فرود ابتدايي يا هنگام بلند شدن نهايي به سوي مدول فرماندهيِ اوريون منتظر در مدار ممکن است برخي مشکلات سخت افزادي رخ دهند که امنيت مأموريت را به خطر بيندازند.
البته پس از اينکه فضانوردان زير ساخت هاي کافي را بر سطح ماه بنا کردند، فضانوردان بعدي در چنين موقعيت هايي بهتر است به تجهيزات ايمن سطح ماه يا تجهيزاتي متوسل شوند که ،با ارسال مصالح امدادي اضافه از زمين ايمن مي شوند.
در اين مرحله ماه هنوز مکاني مهيب و خطرناک است. اما جستجوي سرپناهي اضطراري بر آن قماري محکوم به فنا نيست. همچنان که ناسا مشغول فراهم کردن سامانه هاي سِتَبر لازم براي اين موج جديد کاوش بشر در ماه است، ديگر ماه جايي نو و دور دست نيست بلکه خانه اي است کمي دورتر از خانه. آپولو گام نخست بود، چکمه ي ديگري منتظر قدم گذاشتن بر ماه است.
1-اتاقکي کوچک که براي حرکت بين فضاهاي استفاده مي شود که فشار يکساني ندارند؛ مانند داخل فضاپيماها يا زير دريايي ها
منبع: ماهنامه نجوم، شماره 189.