پس از ماه گام بعدي: مريخ؟
نويسنده: دانيل پنديک
فرستادن فضانورداني براي کاوش مريخ ممکن است سخت ترين سفر در تاريخ تمدن نوع بشر باشد. چهار تا شش انسان بايد شش ماه تمام را در راه رسيدن به سياره ي سرخ در يک قوطي آلومينيومي سپري کنند. پس از فرودي ترسناک بر سطح سياره سرخ، اين فضانوردان حدود 600 روز زميني به زندگي در مکان هايي تنگ ادامه مي دهند تا زمين در مدارش به نقطه اي برسد که سفر به خانه امکان پذير شود. سرانجام اين کاوشگران بي باک دوباره در يک قوطي آلومينيومي از سطح مريخ بلند مي شوند و در سفري 6 ماهه به سوي زمين بازمي گردند. باز ورود پرسرعت آنها به جوّ زمين -2/5 سال پس از ترک خانه- مأيوس کننده به نظر مي رسد.
در سفر به ماه، فرصت انصراف از مأموريت در هر لحظه، از سکوي پرتاب تا انتهاي مسير، وجود دارد. اما در سفر به مريخ چنين نيست. وقتي مأموريت زمين را ترک کرد، فضانوردان ملزم به تحمل اين مدت زمان اند. رفتن به ماه مثل چند کيلومتر پارو زدن و دور شدن ار يک بندر است؛ اما رفتن به مرخ مثل طي کردن چندين هزار کيلومتر در بشکه اي غوطه ور در اقيانوس است.
سفري سخت؟ بله. اما ناممکن؟ طرفداران سفر به مريخ بر اين باورند که ناممکن نيست. برخي بر اين باورند که با تأمين بودجه و تعهد به انجام آن به اندازه ي فشار بر مأموريت آپولو براي رسيدن به ماه، مي توان در دهه آينده جاي پاي بشر را بر سطح مريخ نيز ديد.
براي زابرين و همفکران او گذاشتن گامي بر مريخ مسئله ي آيا، چرا، يا چطور نيست. بلکه در نهايت واجب است. به اين ترتيب است که درمي يابيم آيا حيات زماني بر مريخ وجود داشته يا هنوز هم وجود دارد يا خير. چنين مأموريتي موجب پيشرفت بسيار فناوري هوافضا مي شود و الهام بخش نسل بعدي خواهد بود و البته نوع بشر را تا سياره اي ديگر هم مي رساند. به گفته ي زابرين، «ناسا به هدفي نياز دارد. اين هدف بايد فرستادن انسان به مريخ باشد. مريخ همان جايي است که علم هست. همان جايي است که چالش هست. همان جايي است که آينده هست. آنجا مرزهاي جديد است.»
داستان هاي علمي- تخيلي پر است از فضاپيماهاي عظيمي که، به سادگي رفتن به فروشگاه براي خريد يک بطري شير، از اين سياره به آن سياره مي روند. در پروازهاي واقعي ميان سياره اي اما چنين نيست.
سفر به مريخ شامل سه مرحله است. نخست بايد خودتان و فضاپيمايتان را از گرانش زمين رها کنيد. دوم بايد در مسيري به سوي مريخ شتاب بگيريد. سوم، به خوبي در گرانش مريخ فرود بياييد و به سلامت بر سطح آن بنشينيد. البته به اين آساني که به نظر مي رسد، نيست.
سوخت پيشران موشک مسئله اي مهم است. بايد به حدّ کافي سوخت داشته باشيد که شما را از زمين بلند کند، تا مريخ ببرد و بازگرداند. وزن سوخت پيشران هميشه بسيار بيشتر از بار است. در حقيقت، بهتر است فضاپيماهاي ميان سياره اي را همچون مخازن بزرگ سوخت در نظر بگيريم که محفظه ي کوچک بار به جلو آن متصل است. سفري به مريخ و طي صدها ميليون کيلومتر راه به ذخيره سوخت عظيمي احتياج دارد.
راه حل اين مسئله دشوار استفاده از «استراتژي تقسيم ماموريت» است. به اين ترتيب که بايد برنامه در دو مرحله مجزا انجام شود تا برنامه ريزي مناسب براي اين امر خطير بهتر ممکن شود. ريشه اين رويکرد در سخنراني رييس جمهور وقت ايالات متحده، جورج بوش پدر، در سال 1989/1368 بر پله هاي موزه ملي هواوفضا در واشنگتن است.
در 29 تير آن سال، در بيستمين سالگرد سفر آپولو 11 به ماه، بوش از ابتکار عمل خود در کاوش هاي فضايي صحبت کرد. اين ابتکار عمل شامل ساخت ايستگاه فضايي، بازگشت به ماه، و روزي رفتن به مريخ بود.
ناسا طرح «بررسي 90 روزه» را آغاز کرد تا به تصورات بوش رنگي از واقعيت بدهد. در بخش مريخ طراحي معمارانه ي فضاپيمايي «همه چيز دار» و پر از جزئيات بررسي شد. فضانوردان فضاپيمايي عظيم را در ايستگاه فضايي سر هم مي کنند. وقتي به مريخ برسند، فضاپيما به دو فضاپيما تقسيم مي شود: يکي «خودرو برگشت» که سرانجام فضانوردان را به خانه مي برد و ديگري «خودرو گشت» که فضانوردان را بر سطح فرود مي آورد و در پايان مأموريت آنها را به مدار بازمي گرداند. اين مأموريت نخست 30 روز را بر سطح مريخ مي گذراند.
زابرين نگران بود. که «شوک ملي» ناشي از هزينه هاي تخميني براي ابتکار عمل پيشنهادي بوش مانع کاوش هاي آينده ي بشر در مريخ شود. او برنامه ي «مستقيم تا مريخ» را با همکاري يکي از همکارانش در مؤسسه مارتين ماريتا، به نام ديويد بيکر، طراحي کرد. واضح بود که به برنامه اي سريع تر و ارزان تر نياز بود يا به کل طرح از دست مي رفت.
«مستقيم تا مريخ» نسبت به آن طراح ابتدايي همه چيز دار اساساً تغيير کرده بود. نخست خودرويي فقط باري سوار بر موشکي قابل مقايسه با ساترن 5عصر آپولوها به فضا مي رود. اين فضاپيما شامل يک خودرو بازگشت به زمين (يا ERV) است که سرانجام فضانوردان را به خانه بازمي گرداند. بخش بار، بدون هيچ توقفي در مداري به دور زمين براي مونتاژ يا سوخت گيري، مستقيم به مريخ مي رود. اين بخش«مستقيمِ» طرح «مستقيم تا مريخ» است.
خودرو بازگشت به زمين بدون سوخت اضافي براي پرواز بازگشت روي سطح مريخ فرود مي آيد. در عوض حامل سخت افزار استفاده ي درجا از منابع (يا ISRU) است. اين وسيله شامل تجهيزات فراوري شيميايي خودکار، يک ژنراتور الکتريکي هسته اي، و ماده ي خام هيدروژن مايع است. سپس تجهيزات ISRU ماده ي خام را با دي اکسيدکربن از جوّ مريخ ترکيب و متان و اکسيژن را براي سوخت موشک توليد مي کند.
در هم خطي مناسب بعدي زمين و مريخ براي پرتاب فضاپيما -26 ماه بعد از پرتاب بار- فضانوردان از زمين پرتاب مي شوند. البته حرکت آنها منوط به دريافت تأييد درباره ي توليد سوخت توسط سخت افزار ISRU است. فضاپيماي فضانوردان مساوي کلبه اي کوچک با پيشران موشک است. اين فضاپيما شامل خودرويي با سوخت متان، چهار فضانورد و همه آن چيزهايي است که آنها در 32سال اقامت در مريخ نياز دارند.
مسيري که مأموريت «مستقيم تا مريخ» براي رفت و برگشت طي مي کند ميزان پيشران مورد نياز را کاهش مي دهد اما به قيمت اقامت طولاني تر روي مريخ. پس از طي مسيري 6ماهه تا مريخ، فضانوردان بايد حدود 600 روز آنجا بماند تا زمين در حرکت مداري خود به جايي برسد که براي بازگشت به خانه به کمترين ميزان سوخت نياز باشد.
وقتي فضاپيماي فضانوردان عازم مريخ مي شود، فضاپيمايي باري نيز به سوي مريخ پرواز مي کند تا اين حاشيه ي امني را فراهم مي کند: اگر خودرو بازگشت اولي با خطا مواجه شود فضانوردان مي توانند با استفاده از دومي به خانه بازگرداند. و اگر لازم نباشد که فضانوردان از خودرو دوم استفاده کنند همان جا مي ماند تا مأموريت بعدي کاوش مريخ به آنجا برسد.
با انجام هر مأموريت تعداد اقامتگاه هاي فضانوردان و نيز ديگر ابزارهايي که بر سطح مريخ مي ماند بيشتر مي شود. و اين مبناي حضور دائم انسان در مريخ و شايد مسکوني کردن اين سياره خواهد شد.
هزينه هاي برآورده شده براي اين پروژه نکته اي مهم بود. تخمين ابتدايي زابرين 20 تا30 ميليارد دلار و 10 سال زمان براي تهيه سخت افزاري به اضافه يک تا 2ميليارد دلار براي پروازهاي سرنشين دار بعدي به پايگاه در حال رشد در مريخ بود. امروزه او مي گويد، اين هزينه ها حدود 30 تا 40 ميليارد دلار به اضافه 2تا3 ميليارد دلار براي پروازهاي بعدي خواهد بود.
در مأموريت طرح مينا نيز استراتژي تقسيم مأموريت طرح «مستقيم تا مريخ» و فلسفه «زندگي خارج از زمين» اتخاذ مي شود، که از فناوري ISRU براي توليد پيشران استفاده مي کند. البته تفاوت مهم اين است که برنامه ي ناسا سفر بازگشت را به دو بخش تقسيم مي کند. فضانوردان سوار بر خودرو صعود از مريخ (MAV) از سطح آن بلند مي شوند و سپس به خودرو ميان سياره اي منتظر در مدار منتقل مي شوند که پرواز باربر پيشين در آنجا مستقر کرده است.
در روزآمد سازي مأموريت طرح مبنا در سال 1998/1377 طراحان ناسا طرح پرتاب «مستقيم تا مريخ» را لغو و در عوض استراتژي «نيمه مستقيم تا مريخ» را انتخاب کردند. اين کار نياز به فراهم کردن پرتاب گري جديد و گران قيمت را، براي حمل باري به وزن بيش از 200 تُن به مريخ، کاهش مي دهد. پرتاب گري 80 تُني بار و مراحل سوخت را حمل مي کند و به مداري پايين به دور زمين مي برد؛ جايي که آنها به هم متصل و راهي مريخ مي شوند. به اين ترتيب، دست کم 6پرتاب براي رساندن نخستين فضانوردان به مريخ لازم است.
مأموريت ناسا نسبت به «مستقيم تا مريخ» سخت افزارهاي بيشتر و سنگين تري دارد، اما در اصل از همان رويکرد استفاده مي کند. و مانند «مستقيم به مريخ» در اينجا هم مأموريت طرح مبنا کمک مي کند تا کاوش در مريخ بسيار شدني تر به نظر برسد. ناسا تخميني رسمي از هزينه هاي اين مأموريت طرح مبنا را اعلام نکرده، اما مسلماً بسيار کمتر از ابتکار عمل 500 ميليارد دلاري بوش خواهد بود.
در حال حاضر ناسا رسماً بودجه اي براي تحقيقات درباره ي سفر سرنشين دار به مريخ تعيين نکرده است. اما دانشمندان و مهندسان در داخل و خارج از اين سازمان مشغول بررسي چالش هاي مرتبط با EDL در مريخ اند. اين موضوع قضيه اي فوق العاده براي آزمايش به دست دانشجويان آنهاست و نيز ممکن است درخواستي براي مأموريت هاي خودکار آينده به سياره ي سرخ داشته باشد. چالش اساسي فرايند EDL کاهش سرعت از فراصوت تا ايست در کمتر از 10 دقيقه است. شکست اين مرحله منجر به برخورد شديد فضاپيما با سطح مريخ، توليد دهانه اي جديد، و افتادن بار در ته اين دهانه مي شود!
بيشتر بخش سخت کار در مرحله ي مياني آن، يعني فرود، اتفاق مي افتد. به گفته رابرت مَنينگ، مهندس ارشد برنامه کاوش مريخ در آزمايشگاه جت پروپالشن ناسا (JPL) در پاسادنا- کاليفرنيا، «شما در مدار انرژي بسيار بالايي داريد که بايد، پيش از اينکه زيادي به سطح نزديک شويد، آن را به کسري کوچک - کمتر از يک درصد- کاهش دهيد.»
فرود مريخ نشين فونيکس (ققنوس) در ارديبهشت 1387 نشان دهنده بيشترين حدّ فناوري امروز در فرود فضاپيما بر مريخ بود. «7 دقيقه وحشت» اين فضاپيما بر فراز جوّ مريخ، حدود 125 کيلومتر بالاتر از سطح، آغاز شد. فونيکس با سرعت حدود 20 هزار کيلومتر بر ساعت از فضا وارد جوّ مريخ شد. مقاومت هوا در برابر سپر گرمايي آن سرعتش را تا حدود 1400کيلومتر بر ساعت پايين آورد. سپس چتر نجاتي سرعت را به 400کيلومتر بر ساعت رساند.پس از سقوط آزادي کوتاه؛ در ارتفاع 975 متري، فضاپيما موشک هاي فرودش را روشن کرد و بر سطح سياره ي سرخ نشست؛ و همه اينها فقط 7 دقيقه طول کشيد. فناوري امروز EDL در سال 2011/1390 با فرود آزمايشگاه علوم مريخ (MSL)، به حد نهايي خود مي رسد. جرم اين آزمايشگاه روي زمين حدود 900 کيلوگرم خواهد بود. ترکيب مرسوم سپر حرارتي، چتر نجات، و موشک هاي فرود براي عمليات فرود چيزي سنگين تر از خودرو MSL استفاده نشده است.
اما «مستقيم تا مريخ» و مأموريت طرح مبناي ناسا روياي حمل بار 30 تا 60 تني را در سر دارند. با فناوري امروز EDL حتي نمي توانيم يک اتومبيل ميني ماينر، با وزن کلي 1145 کيلوگرم را روي مريخ فرود بياوريم چه برسد به کپسولي حاوي فضانورد.
منينگ و ديگر کارشناسان EDL بر اين باور بودند که فرود انسان بر مريخ نيازمند فناوري هاي جديد است. «مستقيم تا مريخ» و مأموريت طرح مبنا هر دو براي فرود به چتر نجات متکي اند. اما جوّ رقيق سياره سرخ به اين معني است که اين چتر بايد خيلي بزرگ باشد و بتواند در سرعت فراصوت به سرعت باز شود. بدون اينکه به هم بپيچد يا پاره شود. به گفته منينگ، «به چتري به وسعت يک زمين فوتبال نياز داريد. وقتي پهن شود به سادگي زمين فوتبال فضانوردان را مي سازد!»
فرود به شيوه آپولوها نيز، که کاملاً وابسته به موشک هاي فرود بود، مشکل آفرين است. فرود از مدار مريخ و نشستن بر سطح آن فقط با استفاده از موشک هاي فرود به مقدار بسيار زيادي سوخت پيشران نياز دارد. همچنين، روشن کردن موشک ها در جوّ مريخ با سرعت فراصوت موجب ايجاد کشش آيروديناميک و ناپايداري هايي پيش بيني ناپذير مي شود.
کارشناسان EDL در ناسا و در جامعه ي محققان هوافضا گزينه هاي جديد طراحي مرحله فرود انسان بر سطح مريخ را به طوفان فکري گذاشتند. برنده ي پيشتاز احتمالي وسيله اي است به نام کاهنده سرعت آيروديناميک تورم پذير فراصوت (يا SIAD). کيسه ي هواي عظيمي را تصور کنيد به شکل گوي پَردار بازي بَدمينتون؛ طرح اين فضاپيما نيز چيزي در همين حدود است.
مهندس فضاپيما، رابرت براون، و دانشجويان او در مؤسسه فناوري جورجيا در آتلانتا درباره موضوع شيوه هاي فرود آوردن بار سنگين با فناوري SIAD بسيار کار کرده اند. آنها براي فرود آوردن 20تن بار - حدود 8/3 تن به وزن گرانشي مريخ- با استفاده از کاهنده سرعت تورم پذير و موشک هاي فرود برنامه هايي مفصل طراحي کردند.
البته اين کاهنده هاي سرعت همچنان بسيار بزرگ اند - به طول 50 متر- اما اصل مهندسي آنها پذيرفتني است. قابليت تورم اين وسيله باعث کاهش سرعت فضاپيما تا 720 کيلومتر بر ساعت مي شود؛ سرعتي که از آن پس مي توان از موشک هاي فرود براي مانور نهايي فرود و کاهش سرعت تا حدّ فرودي نرم استفاده کرد.
جرم بار قابل فرودي که در مأموريت هاي طرح مبناي اصلي ناسا ذکر شده تا 65 تن است. براون نسبت به ممکن بودن چنين فرودي، با هر کدام از شيوه هاي که او فعلاً مي شناسد، شکاک است. به نظر او فرود اين همه بار - که 100 برابر چيزي است که تا به حال با مريخ نشين هاي خودکار انجام داده ايم- کوششي عظيم مي طلبد.
راه حل براون کاهش هر سري بار است. به گفته او «بهتر است بسته هاي باري به جرم 15 تن را هر دفعه فرود آوريم. به اين ترتيب اندازه ي SIAD نيز کاهش مي يابد و ديگر گزينه هاي فرود نيز امکان پذيرتر مي شوند.»
به سرعت باد کردن يک SIAD - تقريبا به وسعت بال تا بال يک بوئينگ 747- در حالي که سرعتش چند هزار کيلومتر بر ساعت است يکي از قدم هاي «نيازمند معجزه» بر سر راه رسيدن به مريخ است. ام نااميد نشويد. به گفته منينگ، «ناممکن نيست. فقط چالش برانگيز است. بايد اين را در فهرست کارهاي انجام دادني قرار دهيم.»
در آن سوي طيف شکاکيت درباره مأموريتي به مريخ دانلد راپ قرار دارد؛ مهندس بازنشسته ي آزمايشگاه جِت پروپالشن ناسا که تحليل هاي مفصلي درباره پرواز انسان به مريخ انجام داده است. او در کتاب خودش، مأموريت انسان به مريخ که در سال 2007/1386 منتشر شد، فرضيات اساسي مأموريت طرح مبناي ناسا را در سطحي ريز کالبد شکافي کرده است.
راپ براي نقش مهم طرفداران سفر به مريخ، مانند زابرين اعتبار قائل است. اما از اشتياقي که ممکن است از واقعيت فراتر رود انتقاد مي کند. به گفته ي او «آنها روياگرا هستند. افرادي مانند زابرين مي توانند به بيابان نگاه کنند و سبزي گياهان را ببينند. اما شما همچنتان مجبورند از وسط بيابان عبور کنيد و آنها مايل اند به طور واضحي شرايط انجام اين کار را ساده تر از واقعيت جلوه دهند.»
راپ بر اين باور است که هزينه کردن سالي 10ميليارد دلار طي 30سال ممکن است ما را به مريخ برساند! او معتقد است که با ريشه يابي علل بازنگشتن ناسا به ماه و تمام چالش هاي حل نشده درمي يابيم که تا سال 2080/1459 ممکن نيست بشر بر سطح مريخ قدم بگذارد!
زابرين تمام اين اظهار نظرها را پيش تر شنيده است. اما در برابر انکارکنندگان مقاوم است و از باور خود به اهميت سفر به مريخ پشيمان نيست. براي او اين رويا به زمان رياست جمهوري کِنِدي بر ايالات متحده و لفاظي هاي او در اين باره باز مي گردد که در وهله نخست او را مشتاق ورود به صنعت هوافضا کرد. «ما به مريخ مي رويم نه به اين سبب که ساده است، بلکه به اين علت که دشوار است.»
به گفته زابرين، «با توجه به فناوري امروز، سفر امروز به مريخ کمتر از سفر سال 1961 به ماه چالش برانگيز است. اينکه دست هايمان را به نشانه ي تسليم بالا ببريم و فقط بگوييم ما نمي توانيم، نشان مي دهد که حالا از چيزي که قبلاً بوده ايم کمتر شده ايم.»
منبع: ماهنامه نجوم، شماره 189.
در سفر به ماه، فرصت انصراف از مأموريت در هر لحظه، از سکوي پرتاب تا انتهاي مسير، وجود دارد. اما در سفر به مريخ چنين نيست. وقتي مأموريت زمين را ترک کرد، فضانوردان ملزم به تحمل اين مدت زمان اند. رفتن به ماه مثل چند کيلومتر پارو زدن و دور شدن ار يک بندر است؛ اما رفتن به مرخ مثل طي کردن چندين هزار کيلومتر در بشکه اي غوطه ور در اقيانوس است.
سفري سخت؟ بله. اما ناممکن؟ طرفداران سفر به مريخ بر اين باورند که ناممکن نيست. برخي بر اين باورند که با تأمين بودجه و تعهد به انجام آن به اندازه ي فشار بر مأموريت آپولو براي رسيدن به ماه، مي توان در دهه آينده جاي پاي بشر را بر سطح مريخ نيز ديد.
چرا به مريخ برويم؟
براي زابرين و همفکران او گذاشتن گامي بر مريخ مسئله ي آيا، چرا، يا چطور نيست. بلکه در نهايت واجب است. به اين ترتيب است که درمي يابيم آيا حيات زماني بر مريخ وجود داشته يا هنوز هم وجود دارد يا خير. چنين مأموريتي موجب پيشرفت بسيار فناوري هوافضا مي شود و الهام بخش نسل بعدي خواهد بود و البته نوع بشر را تا سياره اي ديگر هم مي رساند. به گفته ي زابرين، «ناسا به هدفي نياز دارد. اين هدف بايد فرستادن انسان به مريخ باشد. مريخ همان جايي است که علم هست. همان جايي است که چالش هست. همان جايي است که آينده هست. آنجا مرزهاي جديد است.»
چطور به مريخ مي رويم؟
داستان هاي علمي- تخيلي پر است از فضاپيماهاي عظيمي که، به سادگي رفتن به فروشگاه براي خريد يک بطري شير، از اين سياره به آن سياره مي روند. در پروازهاي واقعي ميان سياره اي اما چنين نيست.
سفر به مريخ شامل سه مرحله است. نخست بايد خودتان و فضاپيمايتان را از گرانش زمين رها کنيد. دوم بايد در مسيري به سوي مريخ شتاب بگيريد. سوم، به خوبي در گرانش مريخ فرود بياييد و به سلامت بر سطح آن بنشينيد. البته به اين آساني که به نظر مي رسد، نيست.
سوخت پيشران موشک مسئله اي مهم است. بايد به حدّ کافي سوخت داشته باشيد که شما را از زمين بلند کند، تا مريخ ببرد و بازگرداند. وزن سوخت پيشران هميشه بسيار بيشتر از بار است. در حقيقت، بهتر است فضاپيماهاي ميان سياره اي را همچون مخازن بزرگ سوخت در نظر بگيريم که محفظه ي کوچک بار به جلو آن متصل است. سفري به مريخ و طي صدها ميليون کيلومتر راه به ذخيره سوخت عظيمي احتياج دارد.
راه حل اين مسئله دشوار استفاده از «استراتژي تقسيم ماموريت» است. به اين ترتيب که بايد برنامه در دو مرحله مجزا انجام شود تا برنامه ريزي مناسب براي اين امر خطير بهتر ممکن شود. ريشه اين رويکرد در سخنراني رييس جمهور وقت ايالات متحده، جورج بوش پدر، در سال 1989/1368 بر پله هاي موزه ملي هواوفضا در واشنگتن است.
در 29 تير آن سال، در بيستمين سالگرد سفر آپولو 11 به ماه، بوش از ابتکار عمل خود در کاوش هاي فضايي صحبت کرد. اين ابتکار عمل شامل ساخت ايستگاه فضايي، بازگشت به ماه، و روزي رفتن به مريخ بود.
ناسا طرح «بررسي 90 روزه» را آغاز کرد تا به تصورات بوش رنگي از واقعيت بدهد. در بخش مريخ طراحي معمارانه ي فضاپيمايي «همه چيز دار» و پر از جزئيات بررسي شد. فضانوردان فضاپيمايي عظيم را در ايستگاه فضايي سر هم مي کنند. وقتي به مريخ برسند، فضاپيما به دو فضاپيما تقسيم مي شود: يکي «خودرو برگشت» که سرانجام فضانوردان را به خانه مي برد و ديگري «خودرو گشت» که فضانوردان را بر سطح فرود مي آورد و در پايان مأموريت آنها را به مدار بازمي گرداند. اين مأموريت نخست 30 روز را بر سطح مريخ مي گذراند.
«مستقيم تا مريخ» متولد مي شود
زابرين نگران بود. که «شوک ملي» ناشي از هزينه هاي تخميني براي ابتکار عمل پيشنهادي بوش مانع کاوش هاي آينده ي بشر در مريخ شود. او برنامه ي «مستقيم تا مريخ» را با همکاري يکي از همکارانش در مؤسسه مارتين ماريتا، به نام ديويد بيکر، طراحي کرد. واضح بود که به برنامه اي سريع تر و ارزان تر نياز بود يا به کل طرح از دست مي رفت.
«مستقيم تا مريخ» نسبت به آن طراح ابتدايي همه چيز دار اساساً تغيير کرده بود. نخست خودرويي فقط باري سوار بر موشکي قابل مقايسه با ساترن 5عصر آپولوها به فضا مي رود. اين فضاپيما شامل يک خودرو بازگشت به زمين (يا ERV) است که سرانجام فضانوردان را به خانه بازمي گرداند. بخش بار، بدون هيچ توقفي در مداري به دور زمين براي مونتاژ يا سوخت گيري، مستقيم به مريخ مي رود. اين بخش«مستقيمِ» طرح «مستقيم تا مريخ» است.
خودرو بازگشت به زمين بدون سوخت اضافي براي پرواز بازگشت روي سطح مريخ فرود مي آيد. در عوض حامل سخت افزار استفاده ي درجا از منابع (يا ISRU) است. اين وسيله شامل تجهيزات فراوري شيميايي خودکار، يک ژنراتور الکتريکي هسته اي، و ماده ي خام هيدروژن مايع است. سپس تجهيزات ISRU ماده ي خام را با دي اکسيدکربن از جوّ مريخ ترکيب و متان و اکسيژن را براي سوخت موشک توليد مي کند.
در هم خطي مناسب بعدي زمين و مريخ براي پرتاب فضاپيما -26 ماه بعد از پرتاب بار- فضانوردان از زمين پرتاب مي شوند. البته حرکت آنها منوط به دريافت تأييد درباره ي توليد سوخت توسط سخت افزار ISRU است. فضاپيماي فضانوردان مساوي کلبه اي کوچک با پيشران موشک است. اين فضاپيما شامل خودرويي با سوخت متان، چهار فضانورد و همه آن چيزهايي است که آنها در 32سال اقامت در مريخ نياز دارند.
مسيري که مأموريت «مستقيم تا مريخ» براي رفت و برگشت طي مي کند ميزان پيشران مورد نياز را کاهش مي دهد اما به قيمت اقامت طولاني تر روي مريخ. پس از طي مسيري 6ماهه تا مريخ، فضانوردان بايد حدود 600 روز آنجا بماند تا زمين در حرکت مداري خود به جايي برسد که براي بازگشت به خانه به کمترين ميزان سوخت نياز باشد.
وقتي فضاپيماي فضانوردان عازم مريخ مي شود، فضاپيمايي باري نيز به سوي مريخ پرواز مي کند تا اين حاشيه ي امني را فراهم مي کند: اگر خودرو بازگشت اولي با خطا مواجه شود فضانوردان مي توانند با استفاده از دومي به خانه بازگرداند. و اگر لازم نباشد که فضانوردان از خودرو دوم استفاده کنند همان جا مي ماند تا مأموريت بعدي کاوش مريخ به آنجا برسد.
با انجام هر مأموريت تعداد اقامتگاه هاي فضانوردان و نيز ديگر ابزارهايي که بر سطح مريخ مي ماند بيشتر مي شود. و اين مبناي حضور دائم انسان در مريخ و شايد مسکوني کردن اين سياره خواهد شد.
هزينه هاي برآورده شده براي اين پروژه نکته اي مهم بود. تخمين ابتدايي زابرين 20 تا30 ميليارد دلار و 10 سال زمان براي تهيه سخت افزاري به اضافه يک تا 2ميليارد دلار براي پروازهاي سرنشين دار بعدي به پايگاه در حال رشد در مريخ بود. امروزه او مي گويد، اين هزينه ها حدود 30 تا 40 ميليارد دلار به اضافه 2تا3 ميليارد دلار براي پروازهاي بعدي خواهد بود.
پاسخ ناسا به «مستقيم تا مريخ»
در مأموريت طرح مينا نيز استراتژي تقسيم مأموريت طرح «مستقيم تا مريخ» و فلسفه «زندگي خارج از زمين» اتخاذ مي شود، که از فناوري ISRU براي توليد پيشران استفاده مي کند. البته تفاوت مهم اين است که برنامه ي ناسا سفر بازگشت را به دو بخش تقسيم مي کند. فضانوردان سوار بر خودرو صعود از مريخ (MAV) از سطح آن بلند مي شوند و سپس به خودرو ميان سياره اي منتظر در مدار منتقل مي شوند که پرواز باربر پيشين در آنجا مستقر کرده است.
در روزآمد سازي مأموريت طرح مبنا در سال 1998/1377 طراحان ناسا طرح پرتاب «مستقيم تا مريخ» را لغو و در عوض استراتژي «نيمه مستقيم تا مريخ» را انتخاب کردند. اين کار نياز به فراهم کردن پرتاب گري جديد و گران قيمت را، براي حمل باري به وزن بيش از 200 تُن به مريخ، کاهش مي دهد. پرتاب گري 80 تُني بار و مراحل سوخت را حمل مي کند و به مداري پايين به دور زمين مي برد؛ جايي که آنها به هم متصل و راهي مريخ مي شوند. به اين ترتيب، دست کم 6پرتاب براي رساندن نخستين فضانوردان به مريخ لازم است.
مأموريت ناسا نسبت به «مستقيم تا مريخ» سخت افزارهاي بيشتر و سنگين تري دارد، اما در اصل از همان رويکرد استفاده مي کند. و مانند «مستقيم به مريخ» در اينجا هم مأموريت طرح مبنا کمک مي کند تا کاوش در مريخ بسيار شدني تر به نظر برسد. ناسا تخميني رسمي از هزينه هاي اين مأموريت طرح مبنا را اعلام نکرده، اما مسلماً بسيار کمتر از ابتکار عمل 500 ميليارد دلاري بوش خواهد بود.
فرود بر مريخ
در حال حاضر ناسا رسماً بودجه اي براي تحقيقات درباره ي سفر سرنشين دار به مريخ تعيين نکرده است. اما دانشمندان و مهندسان در داخل و خارج از اين سازمان مشغول بررسي چالش هاي مرتبط با EDL در مريخ اند. اين موضوع قضيه اي فوق العاده براي آزمايش به دست دانشجويان آنهاست و نيز ممکن است درخواستي براي مأموريت هاي خودکار آينده به سياره ي سرخ داشته باشد. چالش اساسي فرايند EDL کاهش سرعت از فراصوت تا ايست در کمتر از 10 دقيقه است. شکست اين مرحله منجر به برخورد شديد فضاپيما با سطح مريخ، توليد دهانه اي جديد، و افتادن بار در ته اين دهانه مي شود!
بيشتر بخش سخت کار در مرحله ي مياني آن، يعني فرود، اتفاق مي افتد. به گفته رابرت مَنينگ، مهندس ارشد برنامه کاوش مريخ در آزمايشگاه جت پروپالشن ناسا (JPL) در پاسادنا- کاليفرنيا، «شما در مدار انرژي بسيار بالايي داريد که بايد، پيش از اينکه زيادي به سطح نزديک شويد، آن را به کسري کوچک - کمتر از يک درصد- کاهش دهيد.»
فرود مريخ نشين فونيکس (ققنوس) در ارديبهشت 1387 نشان دهنده بيشترين حدّ فناوري امروز در فرود فضاپيما بر مريخ بود. «7 دقيقه وحشت» اين فضاپيما بر فراز جوّ مريخ، حدود 125 کيلومتر بالاتر از سطح، آغاز شد. فونيکس با سرعت حدود 20 هزار کيلومتر بر ساعت از فضا وارد جوّ مريخ شد. مقاومت هوا در برابر سپر گرمايي آن سرعتش را تا حدود 1400کيلومتر بر ساعت پايين آورد. سپس چتر نجاتي سرعت را به 400کيلومتر بر ساعت رساند.پس از سقوط آزادي کوتاه؛ در ارتفاع 975 متري، فضاپيما موشک هاي فرودش را روشن کرد و بر سطح سياره ي سرخ نشست؛ و همه اينها فقط 7 دقيقه طول کشيد. فناوري امروز EDL در سال 2011/1390 با فرود آزمايشگاه علوم مريخ (MSL)، به حد نهايي خود مي رسد. جرم اين آزمايشگاه روي زمين حدود 900 کيلوگرم خواهد بود. ترکيب مرسوم سپر حرارتي، چتر نجات، و موشک هاي فرود براي عمليات فرود چيزي سنگين تر از خودرو MSL استفاده نشده است.
اما «مستقيم تا مريخ» و مأموريت طرح مبناي ناسا روياي حمل بار 30 تا 60 تني را در سر دارند. با فناوري امروز EDL حتي نمي توانيم يک اتومبيل ميني ماينر، با وزن کلي 1145 کيلوگرم را روي مريخ فرود بياوريم چه برسد به کپسولي حاوي فضانورد.
منينگ و ديگر کارشناسان EDL بر اين باور بودند که فرود انسان بر مريخ نيازمند فناوري هاي جديد است. «مستقيم تا مريخ» و مأموريت طرح مبنا هر دو براي فرود به چتر نجات متکي اند. اما جوّ رقيق سياره سرخ به اين معني است که اين چتر بايد خيلي بزرگ باشد و بتواند در سرعت فراصوت به سرعت باز شود. بدون اينکه به هم بپيچد يا پاره شود. به گفته منينگ، «به چتري به وسعت يک زمين فوتبال نياز داريد. وقتي پهن شود به سادگي زمين فوتبال فضانوردان را مي سازد!»
فرود به شيوه آپولوها نيز، که کاملاً وابسته به موشک هاي فرود بود، مشکل آفرين است. فرود از مدار مريخ و نشستن بر سطح آن فقط با استفاده از موشک هاي فرود به مقدار بسيار زيادي سوخت پيشران نياز دارد. همچنين، روشن کردن موشک ها در جوّ مريخ با سرعت فراصوت موجب ايجاد کشش آيروديناميک و ناپايداري هايي پيش بيني ناپذير مي شود.
کارشناسان EDL در ناسا و در جامعه ي محققان هوافضا گزينه هاي جديد طراحي مرحله فرود انسان بر سطح مريخ را به طوفان فکري گذاشتند. برنده ي پيشتاز احتمالي وسيله اي است به نام کاهنده سرعت آيروديناميک تورم پذير فراصوت (يا SIAD). کيسه ي هواي عظيمي را تصور کنيد به شکل گوي پَردار بازي بَدمينتون؛ طرح اين فضاپيما نيز چيزي در همين حدود است.
مهندس فضاپيما، رابرت براون، و دانشجويان او در مؤسسه فناوري جورجيا در آتلانتا درباره موضوع شيوه هاي فرود آوردن بار سنگين با فناوري SIAD بسيار کار کرده اند. آنها براي فرود آوردن 20تن بار - حدود 8/3 تن به وزن گرانشي مريخ- با استفاده از کاهنده سرعت تورم پذير و موشک هاي فرود برنامه هايي مفصل طراحي کردند.
البته اين کاهنده هاي سرعت همچنان بسيار بزرگ اند - به طول 50 متر- اما اصل مهندسي آنها پذيرفتني است. قابليت تورم اين وسيله باعث کاهش سرعت فضاپيما تا 720 کيلومتر بر ساعت مي شود؛ سرعتي که از آن پس مي توان از موشک هاي فرود براي مانور نهايي فرود و کاهش سرعت تا حدّ فرودي نرم استفاده کرد.
جرم بار قابل فرودي که در مأموريت هاي طرح مبناي اصلي ناسا ذکر شده تا 65 تن است. براون نسبت به ممکن بودن چنين فرودي، با هر کدام از شيوه هاي که او فعلاً مي شناسد، شکاک است. به نظر او فرود اين همه بار - که 100 برابر چيزي است که تا به حال با مريخ نشين هاي خودکار انجام داده ايم- کوششي عظيم مي طلبد.
راه حل براون کاهش هر سري بار است. به گفته او «بهتر است بسته هاي باري به جرم 15 تن را هر دفعه فرود آوريم. به اين ترتيب اندازه ي SIAD نيز کاهش مي يابد و ديگر گزينه هاي فرود نيز امکان پذيرتر مي شوند.»
اينجا معجزه لازم است
به سرعت باد کردن يک SIAD - تقريبا به وسعت بال تا بال يک بوئينگ 747- در حالي که سرعتش چند هزار کيلومتر بر ساعت است يکي از قدم هاي «نيازمند معجزه» بر سر راه رسيدن به مريخ است. ام نااميد نشويد. به گفته منينگ، «ناممکن نيست. فقط چالش برانگيز است. بايد اين را در فهرست کارهاي انجام دادني قرار دهيم.»
در آن سوي طيف شکاکيت درباره مأموريتي به مريخ دانلد راپ قرار دارد؛ مهندس بازنشسته ي آزمايشگاه جِت پروپالشن ناسا که تحليل هاي مفصلي درباره پرواز انسان به مريخ انجام داده است. او در کتاب خودش، مأموريت انسان به مريخ که در سال 2007/1386 منتشر شد، فرضيات اساسي مأموريت طرح مبناي ناسا را در سطحي ريز کالبد شکافي کرده است.
راپ براي نقش مهم طرفداران سفر به مريخ، مانند زابرين اعتبار قائل است. اما از اشتياقي که ممکن است از واقعيت فراتر رود انتقاد مي کند. به گفته ي او «آنها روياگرا هستند. افرادي مانند زابرين مي توانند به بيابان نگاه کنند و سبزي گياهان را ببينند. اما شما همچنتان مجبورند از وسط بيابان عبور کنيد و آنها مايل اند به طور واضحي شرايط انجام اين کار را ساده تر از واقعيت جلوه دهند.»
راپ بر اين باور است که هزينه کردن سالي 10ميليارد دلار طي 30سال ممکن است ما را به مريخ برساند! او معتقد است که با ريشه يابي علل بازنگشتن ناسا به ماه و تمام چالش هاي حل نشده درمي يابيم که تا سال 2080/1459 ممکن نيست بشر بر سطح مريخ قدم بگذارد!
زابرين تمام اين اظهار نظرها را پيش تر شنيده است. اما در برابر انکارکنندگان مقاوم است و از باور خود به اهميت سفر به مريخ پشيمان نيست. براي او اين رويا به زمان رياست جمهوري کِنِدي بر ايالات متحده و لفاظي هاي او در اين باره باز مي گردد که در وهله نخست او را مشتاق ورود به صنعت هوافضا کرد. «ما به مريخ مي رويم نه به اين سبب که ساده است، بلکه به اين علت که دشوار است.»
به گفته زابرين، «با توجه به فناوري امروز، سفر امروز به مريخ کمتر از سفر سال 1961 به ماه چالش برانگيز است. اينکه دست هايمان را به نشانه ي تسليم بالا ببريم و فقط بگوييم ما نمي توانيم، نشان مي دهد که حالا از چيزي که قبلاً بوده ايم کمتر شده ايم.»
منبع: ماهنامه نجوم، شماره 189.
