زندگی امروزی

در دنیای امروز که کشورها قابلیت ها و دانش های خود را به رخ یکدیگر کشیده حتی گاهی اوقات مجبور می شوند به خاطر اینکه علوم در سیطره همان چند کشور دارنده باقی بماند، دست به تحریم کشورهایی بزنند که در جهت دستیابی به فناوری های نوین گام بر می دارند، داشتن دانش ها و "علوم خاص" می تواند یک مزیت بزرگ و شاید تعیین کننده در تعریف معادله قدرت و جایگاه آن کشور باشد.

در این میان، علوم فضایی از جایگاه خاص تری نسبت به علوم دیگر برخوردارند چرا که داشتن علم فضایی یک موضوع است و ساخت و دستیابی به تجهیزات بُعد مهم و دیگر این عرصه است.

تا بامداد 15 بهمن ماه سال 1387 (3 فوریه 2009 میلادی) فقط 8 کشور مطرح جهان، دارنده تجهیزات و البته علوم فضایی بودند اما از 15 بهمن سال 87، ایران به جمع این 8 کشور پیوسته تا باشگاه فضایی جهان، 9 عضو داشته باشد.

با گذشت حدود 5 سال از پرتاب اولین ماهواره بومی ساخت ایران، حالا جمهوری اسلامی ایران در سال 92، تجربیات فراوانی در عرصه فضایی دارد. با ساخت انواع ماهواره برها از جمله سیمرغ ها و پرتاب ماهواره های متعددی از جمله مصباح 1 و 2، سینا1، طلوع، رصد و نوید علم و صنعت به فضا، کشوری موفق در عرصه فضایی محسوب می شود.

ماهواره فجر

چندین ماهواره هم در صف ارسال به فضا هستند؛ "فجر" شاید شاخص ترین این ماهواره ها باشد؛ ماهواره فجر دارای حضیض 250 کیلومتر و اوج 400 کیلومتر است. این ماهواره قادر است که به مدت یک سال و نیم در فضا باقی مانده و به "تهیه و ارسال تصاویر" با قابلیت تفکیک 1000 تا 500 متر به ایستگاه های زمینی اقدام کند.

ماهواره ملی فجر یک ماهواره صددرصد ایرانی است و از قابلیت ها، توانایی ها و فناوری های پیشرفته تری در مقایسه با ماهواره های قبلی ایران برخوردار است. در این ماهواره از زیرسامانه پیش رانش گاز سرد برای انتقال مداری استفاده می شود و علاوه بر این زیرسامانه، ماهواره فجر از "رانشگر پالس پلاسمایی" که یک رانشگر الکتریکی است، به عنوان محموله فرعی بهره گیری می کند. این رانشگر جدید باعث دوران ماهواره حول مرکز جرم خود خواهد شد.

ارسال موجود زنده به فضا

در بهمن ماه سال گذشته بود که صدا و سیما فیلم ارسال و بازگشت موفقیت آمیز اولین فضانورد ایرانی به فضا را پخش کرد. آن طور که حمید فاضلی رئیس سازمان فضایی ایران در همان روزها اعلام کرد، "آفتاب" نام نخستین موجود زنده ایرانی بود که راهی فضا شد و زنده و با موفقیت به زمین بازگشت.

بازگشت موفق این موجود زنده که میمونی از نژاد میمون های "رزوس" بود، باعث شد که سازمان فضایی کشور رسماً اعلام کند که آماده سازی شرایط برای اعزام انسان به فضا در یک دوره 10ساله را در دستور کار قرار داده است.

اولین موجود زنده ایرانی که به فضا رفت

در همه آزمایشات فضایی و پیش زمینه سازی برای اعزام انسان به فضا، کشورها ابتدا به ارسال موجودات زنده به فضا اقدام کرده و در صورت موفقیت پروژه، در گام های بعدی انسان به فضا ارسال کرده اند.

 4 پروژه بزرگ فضایی برای اعزام انسان به فضا

برای فرستادن انسان به فضا علاوه بر نیاز به تجهیزات فنی ماهواره ای و مخابراتی، نیاز به تجهیزات خاص فضانوردی نیز هست. تغذیه، لباس مخصوص، سیستم های خاص فضانورد و چندین و چند ابزار و تجهیزات دیگر نیاز است تا یک انسان به فضا رفته و با موفقیت مأموریت خود را انجام داده به زمین بازگردد.

در همین زمینه، پژوهشگاه فضایی ایران به عنوان یکی از اصلی ترین تأمین کننده نیازهای فضایی ایران، اقدام به تولید چند نیاز مهم فضانوردانی که قرار است در آینده از ایران به فضا بروند، کرده است.

پژوهشکده مکانیک پژوهشگاه فضایی ایران، هم اکنون در حال تحقیق و اجرای 4 پروژه مهم فضایی است. این پژوهشکده در 4 حوزه محول شده از سوی پژوهشگاه فضایی ایران شامل حسگرهای فضایی، لباس فضانورد، سیستم غذایی فضانورد و سیستم ذخیره سازی انرژی، پروژه هایی را در دست اجرا و بررسی دارد که از جمله آنها تولید باتری با کاربردهای خاص، تجهیزات لباس فضانورد، غذای فضانورد و طراحی و ساخت حسگرهای فضایی مختلف به منظور کنترل وضعیت و سنجش از دور است.

این 4 پروژه میان پروژه های این پژوهشگاه به دلیل ارتباط مستقیم آنها با جسم فضانورد، از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

1. سیستم های ذخیره ساز انرژی الکتریکی در سامانه های فضایی به منظور تأمین توان الکتریکی اجزای متفاوت آن نظیر کنترل ناوبری هدایت، حسگرها، ارتباطات، کنترل وضعیت و مدیریت حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد که شامل دسته بندی باتری های اولیه و ثانویه، ابرخازن ها، پیل های سوختی شارژپذیر، فلایویل ها و سوپر مغناطیس ها است.

2. حسگرها و سیستم کنترل علت اصلی عملکرد صحیح سیستم کنترل وضعیت ماهواره است. حسگرهای خورشید افق زمین، ستاره ژیروسکوپ ها و ...، حسگرهایی هستند که به عنوان مرجعی برای تعیین موقعیت در ماهواره ها و فضاپیماها برای ثابت نگه داشتن وضعیت ماهواره در یک حالت مطلوب مورد استفاده قرار می گیرند.

3.  لباس فضایی مجموعه ای از فناوری بالا و متشکل از پوشش، تجهیزات مکانیکی (مفاصل، لولاها و ...) و تجهیزات الکترونیکی است که فضانورد را قادر می سازد تا بتواند در محیطی متفاوت با محیط زندگی فعالیت کند. طراحی و ساخت این لباس ها نیز هم اکنون در دستور کار این پژوهشکده قرار دارد.

4. سیستم غذایی فضانورد بسته به سفرهای کوتاه (کمتر از 15 روز) و سفرهای بلندمدت (بیشتر از 15 روز) برنامه ریزی می شود. در این سیستم غذایی منوی غذای اصلی، غذای اضطراری و غذا برای فعالیت های فوق العاده به همراه مکمل ها و نوشیدنی های غنی شده وجود دارد.

با پایان کار طراحی و ساخت این 4 پروژه بزرگ فضایی، جمهوری اسلامی یک قدم بلند برای ارسال فضانورد به فضا برمی دارد، قدمی که شاید بتوانند زودتر از 10 سالی که پیش بینی شده است، اولین انسان فضانورد ایرانی را به فضا ببرد.

بخش دانش و زندگی تبیان

مفاصل آلومینیومی

این عکس پرتو ایکس از نمونه آزمایشی لباس فضایی پیشرفته‌ای که توسط شرکت Air Research و در سال 1968 / 1347 ساخته شده است، مجموعه‌ای از لوله‌ها و چنبره‌های آلومینیومی داخل لباس را نمایان کرده است. کاتلین لویس، تاریخ‌دان و متصدی برنامه‌های فضایی موزه اسمیت‌سونیان توضیح می‌‌دهد که طراحی چنبره‌های آلومینیومی که در قسمت آرنج و زانوها تعبیه شده‌اند، برای کمک به فضانوردان در حرکت دادن مفاصل‌شان در لباس‌های فضایی تحت فشار بوده است. در صورت عدم وجود این مفاصل، زمانی‌که فضانورد بازوی خود را در فضا بالا می‌آورد، هوای تحت فشار پشت مفصل خم شده جمع می‌شد و باد کردن لباس مانع از کار کردن فضانورد می‌شد.

در خلاء

این لباس فضایی به عنوان پیش نمونه‌ای جهت آزمایش درون اتاقک خلاء مرکز تحقیقاتی ایمز ناسا ساخته شده بود. طراحی اتاقک مذکور به گونه‌ای بود که محیط خارج از جو را شبیه‌سازی کند. فضانوردان لباس خود را به تن می‌کردند، خودشان را به مخزن اکسیژن قلاب می‌کردند، و سپس به درون این اتاقک می‌رفتند که وضعیت فضا را در فاصله 121 کیلومتری سطح زمین شبیه‌سازی می‌کرد.

لویس می‌گوید: «از فضانوردان خواسته می‌شد تا یک سری وظایف تکراری و خسته‌کننده ذهنی را انجام دهند؛ مثلا از روی یک سکو بالا و پایین بروند تا کارشناسان بتوانند کارکرد لباس‌ها را بررسی کنند.» اگرچه برنامه فضایی در اواخر دهه 1960 / 1340 که این لباس طراحی شده است نسبتا جوان محسوب می‌شد، اما طراحی این لباس محصول تقریبا 20 سال تجربه ساخت و طراحی لباس‌های مقاوم است. این لباس‌ها در اصل برای نیروی هوایی آمریکا در اوایل دهه 1950 / 1330 ساخته شدند، زمانی‌که نیروی هوایی از محفظه‌های خلاء در هواپیماهای خود استفاده می‌کرد.

سرها بالا

این کلاهخود ساخت 1964 / 1343 کار بسیار بیشتری از محافظت صرف سر بر عهده داشت. طراحی کلاه به گونه‌ای بود که بتوان آن را روی لباس‌های مختلف سوار کرد، و دارای بلبرینگ‌های توپی در ناحیه گردن بود که به فضانوردان امکان می‌داد تا سر خود را به چپ و راست بچرخانند. لویس می‌گوید: «آب‌بندی کلاه امکان نگه داشتن هوا را فراهم می‌کرد. در عین حال، سیم‌های ارتباط مخابراتی را درون خود جای می‌داد و وظیفه تامین اکسیژن را نیز بر عهده داشت.» تمام بخش‌های تیره‌تر که درمرکز عکس می‌بینید، تجهیزات تامین اکسیژن است.

نکته جالب درباره این عکس این است که در این عکس پرتو ایکس، اثری از مه‌زدا (Defogger) وجود ندارد، ماده‌ای که برای جلوگیری از بخار گرفتن کلاه در فضا روی شیشه جلو آن پاشیده می‌شود. لویس می‌گوید: «امروزه، مه‌زدا ماده پیچیده و شیمیایی خاصی است که کاملا اختصاصی طراحی می‌شود، اما آن زمان از شوینده‌های معمولی ظروف برای این کار استفاده می‌کردند»!

شانه حرفه‌ای

هنر طراحی بازویی مناسب برای لباس فضایی کار دشواری است، که بخشی از آن به دلیل لزوم حفظ تحت فشار بودن لباس است. لویس می‌گوید: «تحت فشار، حرکت کردن درون لباس کار بسیار دشواری است. هنر این است که بتوان آن را به کاری راحت تبدیل کرد.» مهندسان جابه‌جایی هوا را به شکل موضعی طراحی کردند تا خم کردن یک بازو باعث نشود بازوی دیگر به سمت بیرون حرکت کند؛ مانند پیچاندن بخشی از یک بالون که باعث باد کردن بخش دیگری از آن می‌شود. لویس می‌گوید: «بهبود تحرک بازوی لباس پس از ماموریت‌های جمینی و مرکوری در دستور کار قرار گرفت. اگر فضانوردان می‌خواستند کار مثبتی در فضا انجام دهند، لازم بود تا دستان خود را در اختیار داشته باشند».

گالش فضایی

این کفش که البته نام درستش گالش فضایی (Space Suit Overshoe) است، طراحی شده بود تا هنگام راه رفتن فضانوردان روی ماه، روی کفش آنها پوشیده شود. هدف از طراحی آنها عایق کردن بهتر پای فضانوردان بود. زیر کف کفش از سیلیکون ساخته شده بود، و روی آن را نیز ماده‌ای از جنس کروم و فولاد ضدزنگ تشکیل می‌داد. در مواردی که قرار بود فضانوردان هر چیز تیزی را روی سطح ماه لمس کنند یا روی آن قدم بگذراند، این مواد به عنوان لایه محافظتی اضافی برای کفش‌ها و دستکش آنها استفاده می‌شد. اگرچه این گالش‌ها در تمام ماموریت‌های آپولو استفاده شدند، تنها یک جفت از آنها (جفتی که عکس آن را می‌بینید و مربوط به ماموریت آپولو 17 است) از ماه به زمین برگردانده شد. بقیه کفش‌ها به دلیل محدودیت‌های وزنی سفر بازگشت، روی سطح ماه رها شدند.

کمک دست

دستکش‌ها سخت‌ترین بخش لباس فضایی از نظر ساخت هستند؛ و البته دلیل خوبی نیز برای این سختی وجود دارد. لویس می‌گوید: «اگر فضانوردی می‌خواهد زمانی‌که به فضا می‌رود بتواند کار مفیدی انجام دهد، برای کار کردن با ابزار به چالاکی و احساس لمس نیاز مبرم دارد. همچنین دستکش‌ها باید به خوبی از آنها محافظت کنند. بنابراین تعادل ظریفی وجود دارد که باید در این میان برآورده شود».

دستکشی که در عکس می‌بینید مربوط به ماموریت آپولو است. شاید به نظر رسد که این دستکش بدون انگشت است، اما عکس‌های پرتو ایکس می‌تواند فریبنده باشد. نوک انگشتان دستکش از سیلیکون ساخته شده است، که هیچ تابشی را جذب نمی‌کند و بنابراین در عکس دیده نمی‌شود. حلقه زیر مچ نیز برای این است که وقتی دستکش باد می‌شود، مانع از رها شدن آن شود. لویس می‌گوید: «از یک طرف باید دستکش را به لباس محکم کنید و از طرف دیگر هم باید مراقب باشید که با مشکلات ناشی از فشردگی عصب مواجه نشوید.» وی ادامه می‌دهد: «با تمام این اوصاف، همه فضانورادن از دستکش‌ها شکایت می‌کنند. آنها هنوز هم از دستکش‌ها ناراضی هستند».

ارتباطات مبتنی بر امواج رادیویی، همواره راهی مطمئن بوده و هنوز هم از این شیوه برای تبادل اطلاعات با فضاپیماها و ایستگاه فضایی استفاده می شود، اما با توجه به افزایش حجم ارتباطات فضایی به نظر می رسد این شیوه دیگر جوابگوی نیاز ما نیست.

به همین دلیل، چند سالی است دانشمندان ناسا و نیز آژانس فضایی اروپا به فکر یافتن جایگزینی برای این روش افتاده اند. بررسی های این پژوهشگران نشان داده است برقراری ارتباط با استفاده از لیزر بهترین جایگزین ممکن برای امواج رادیویی است.

اکنون از لیزر برای تبادل اطلاعات از طریق فیبرهای نوری استفاده می شود. ارتباطات لیزری دارای چند مزیت عمده است. نخست این که حجم داده های جابه جا شده توسط لیزر بسیار بالاست. لیزر می تواند در هر ثانیه تا 633 مگابیت داده را جابه جا کند.

برای نمونه، برای ارسال یک فیلم سینمایی با کیفیت HD با استفاده از امواج رادیویی، به 639 ساعت زمان نیاز است، در حالی که لیزر می تواند این حجم از اطلاعات را فقط طی هشت دقیقه جابه جا کند.

یکی دیگر از مزایای لیزر، طول موج کوچک تر آن نسبت به امواج رادیویی است. به همین دلیل آنتن های مورد نیاز برای دریافت پرتوهای لیزر بسیار کوچک تر از آنتن های فعلی برای دریافت امواج رادیویی خواهد بود.

همه این ویژگی ها سبب می شود ارتباطات مبتنی بر لیزر بسیار کم هزینه تر از شیوه رایج فعلی مبتنی بر امواج رادیویی باشد. البته امنیت بیشتر ارتباطات لیزری را نیز باید به فهرست ویژگی های مثبت آن افزود. از آنجا که تابش لیزر بسیار باریک است، امنیت داده های منتقل شده بسیار بالاتر خواهد بود.

آژانس فضایی اروپا قرار است در اکتبر امسال، این شیوه جدید را مورد آزمایش قرار دهد. در این آزمایش قرار است با استفاده از دستگاه ویژه ای که روی کاوشگر جو و محیط غبار ماه (LADEE) نصب شده، صدها میلیون پالس لیزری ارسال شود.

سپس دو ایستگاه زمینی در ایالات متحده و نیز یک ایستگاه در اسپانیا دریافت کرده و به این ترتیب، کارایی این سیستم مورد سنجش قرار می گیرد.

پژوهشگران ناسا می گویند در صورت استفاده از لیزر در آینده شاهد ایجاد تحولاتی ارزشمند در ارتباطات فضایی خواهیم بود. برای نمونه براحتی می توان تصاویری سه بعدی و زنده را از محیط های مختلف فضایی و نیز درون فضاپیماها دریافت کرد.