سفر به فضا

سفر به فضا پاسخی است به کنجکاوی انسان برای شناخت زمین, ماه, سیارات, خورشید, دیگر ستارگان و کهکشانها فضا پیماهایی با سرنشین و بدون سرنشین به مرزهای فراتر از زمین ارسال شده اند تا اطلاعات مستند و تازه ای از کائنات برای ما به همراه آورند

سفر به فضا پاسخی است به کنجکاوی انسان برای شناخت زمین، ماه، سیارات، خورشید، دیگر ستارگان و کهکشانها. فضا پیماهایی با سرنشین و بدون سرنشین به مرزهای فراتر از زمین ارسال شده اند تا اطلاعات مستند و تازه ای از کائنات برای ما به همراه آورند. بشر تاکنون موفق به دیدار حضوری ماه و زندگی طولانی مدت در ایستگاه فضایی شده است. سفر به فضا این امکان را به ما می دهد تا زمین را در بستر و موقعیت واقعی آن در هستی بنگریم. چنین سفرهای تحقیقاتی می توانند چگونگی تشکیل خورشید، سیارات و ستاره ها و وجود حیات در جایی فراتر از دنیای ما را معلوم کنند.

عصر فضا از روز ۴ اکتبر سال ۱۹۵۷ آغاز شد. در آن روز شوروی (Soviet Union) ماهواره اسپاتنیک ۱(Sputnik ۱) را برای گردش در مدار زمین به فضا فرستاد. اولین فضا پیمای با سرنشین در روز ۱۲ آپریل سال ۱۹۶۱ به همراه یوری گاگارین (Yuri A. Gagarin) فضانورد اهل شوروی به مدار زمین فرستاده شد. نام این فضا پیما وستوک ۱ (Vostok ۱) بود.

فضا پیماهای بدون سرنشین که به آنها کاوشگر فضا می گویند، به طور وسیعی به اطلاعات ما درباره فضای اطرافمان، سیارات و ستارگان افزوده اند. در سال ۱۹۵۹ یک کاوشگر شوروی به نزدیکی ماه و کاوشگر دیگر آن به سطح ماه رسیدند. در سال ۱۹۶۲ کاوشگر ایالات متحده به سمت سیاره زهره فرستاده شد. در سالهای ۱۹۷۴ و ۱۹۷۶ ایالات متحده دو کاوشگر ساخت آلمان به مدار سیاره عطارد نزدیک خورشید ارسال کرد. دو کاوشگر دیگر ایالات متحده در سال ۱۹۷۶ بر روی مریخ نشستند. علاوه بر سیارات، کاوشگر ها برای شناخت سنگها و اجرام کوچک آسمانی نیز به فضا فرستاده می شوند.

اولین سفر با سرنشین به ماه در روز ۲۱ دسامبر۱۹۶۸، زمانیکه ایالات متحده فضا پیمای آپولو۸ (Apollo ۸) را ارسال کرد آغاز شد. این فضا پیما ۱۰ بار دور ماه گردش کرد و سپس با موفقیت کامل به زمین برگشت. در تاریخ ۲۰ جولای ۱۹۶۹ فضا نورد امریکایی، نیل آرمسترانگ (Neil A. Armstrong) و باز آلدرین (Buzz Aldrin) اتاقک مخصوص آپولو ۱۱ را بر روی سطح ماه نشاندند. آرمسترانگ اولین انسانیست که بر روی ماه قدم گذاشته است. تا سال ۱۹۷۲ فضانوردان امریکایی ۵ سفر دیگر به کره ماه با برنامه سفری آپولو به انجام رساندند.در دهه هشتاد میلادی فضانوردان توانایی خود را برای اقامت طولانی در فضا در دو ایستگاه فضایی اسکای لب (Skylab) و سالیوت (Salyut) افزایش دادند. در سالهای ۱۹۸۷ و ۱۹۸۸ دوفضانورد از شوروی، ۳۶۶ روز پیاپی را در فضا سپری کردند.

در روز ۱۲ آپریل سال ۱۹۸۱ ، شاتل فضایی ایالات متحده، کلمبیا، به فضا ارسال شد. اولین شاتل که بیش از یکبار قابل استفاده بود و اولین فضا پیمایی که می توانست در فرودگاه های معمولی نیز به زمین بنشیند.در روز ۲۸ ۶۴۳۹۴;انویه ۱۹۸۶ سانحه دلخراش شاتل کلمبیا به وقوع پیوست.در میان جو زمین، این فضا پیما دچار نقص فنی گردید و هر هفت سرنشین آن جان باختند. شاتل مجددا طراحی و در سال ۱۹۸۸ آغاز به کار نمود. این سانحه برای بار دوم نیز در تاریخ ۱ فوریه ۲۰۰۳ رخ داد. شاتل کلمبیا هنگام ورود به جو زمین متلاشی شد و هفت سرنشین آن نیز جان باختند.در سالهای نخست عصر فضا، موفقیت در فضا مرهون پیشرفت کشورها در عرصه های مختلف علمی، مهندسی و نظامی بود. ایالات متحده و جماهیر شوروی دو عضو رقابتی با نام جنگ سرد بودند.

در نتیجه دو عضو مذکور در زمینه توسعه برنامه های فضایی با یکدیگر به رقابت پرداختند. در دهه های ۷۰ و ۸۰ میلادی این نبرد فضایی دو عضو را به تلاشهای فراوان و تحقیقات شگفت آوری گماشت. این نبرد در انتهای دهه ۸۰ یعنی زمانیکه دوکشور اهداف مستقلی را در زمینه فضا پیش گرفتند کمرنگ شد.

مسئله مورد بحث در توسعه برنامه های فضایی تعادل مناسب بین سفرهای تحقیقاتی با سرنشین و بدون سرنشین به فضا می باشد. بعضی کارشناسان کاوشگر های بدون سرنشین را ترجیح می دهند چرا که ارزان تر، امن تر، و سریعترند. آنها متوجه این نکته هستند که کاوشگرها قادر به انجام سفرهایی می باشند که برای انسان بسیار خطرآفرینند.

از طرفی کاوشگرها عموما قادر به انجام عکس العمل های لازم در شرایط خاص و غیر قابل پیش بینی نیستند. امروزه اغلب طراحان و برنامه ریزان فضا، استراتژی تلفیق کاوشگرهای بدون سرنشین و سفرهای تحقیقاتی با سرنشین را ترجیه می دهند. کاوشگرها می توانند به مناطق کشف نشده فضا یا مناطق شناسایی شده سرکشی کنند و اطلاعات معینی را جمع آوری نمایند اما در بعضی شرایط، انسان باید کاوشگر را همراهی کند تا از قدرت ابتکار، انعطاف پذیری و شهامت خود برای کشف اسرار کائنات بهره گیرد.

● فضا چیست؟

فضا عرصه ای تقریبا تهی است که همه اجرام جهان درون آن در حرکتند. سیارات و ستارگان در برابر گستره پهناور فضا، مانند نقاطی بسیار کوچکند.

● آغاز فضا

هوایی کره زمین را فرا گرفته است و جو آن را تشکیل می دهد. هر چه از زمین دورتر شویم، لایه هوا نازکتر می شود. مرز مشخصی بین جو زمین و فضا وجود ندارد ولی بیشتر کارشناسان می گویند که فضا از ارتفاع ۹۵ کیلومتری (۶۰ مایل) زمین آغاز می شود.فضایی که درست بالای جو زمین است به طور کامل تهی نیست. این فضا حاوی ذراتی از هوا، غبار فضایی و به طور محلی قطعاتی از فلزات یا مواد سنگی که به آنها احجار آسمانی می گویند،می باشد. انواع متفاوتی از پرتوها نیز در جریانند. تا کنون هزاران ماهواره ی مصنوعی به این منطقه از فضا ارسال شده اند.

میدان مغناطیسی زمین از اتمسفر این سیاره فراتر رفته و در فضا قابل رویت است. این میدان مغناطیسی، ذرات الکتریکی موجود در فضا را جذب کرده و بدین ترتیب مناطقی از پرتوهای رادیویی به نام کمربندهای ون الن (Van Allen belts) ایجاد نموده است.

منطقه ای از فضا که در آن حرکت ذرات باردار تحت کنترل میدان مغناطیسی زمین است مگنتوسفر (magnetosphere) نامیده می شود. این منطقه شبیه به قطره اشکی است که نقطه شروع آن نزدیک خورشید و به سمت زمین گسترده می شود. میدان مغناطیسی زمین فراتر از این منطقه مغلوب میدان مغناطیسی خورشید می گردد. اما وضع در مورد نیروی گرانش زمین کمی فرق دارد به این صورت که این نیرو تا فواصلی نظیر ۶/۱ میلیون کیلومتر(۱ میلیون مایل) همچنان تاثیر گذار است و میتواند ماهواره ها را در مدار خود نگه دارد.

فضای بین سیاره ها، فضای میان سیاره ای نامیده می شود. گرانش خورشید حرکت سیارات را در این منطقه کنترل می کند و منجر به گردش سیارات به دور خورشید می شود.

فواصل زیاد عموما سیارات را دور از یکدیگر در فضای میان سیاره ای نگه می دارد. برای مثال زمین با فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتر(۹۳ میلیون مایل) از خورشید در مدار خود در گردش است. فاصله سیاره زهره از خورشید ۱۱۰ میلیون کیلومتر(۶۸ میلیون مایل) است. زهره سیاره ایست که در هنگامیکه درست بین زمین و خورشید قرار می گیرد کمترین فاصله با زمین یعنی ۴۰ میلیون کیلومتر(۲۵ میلیون مایل) را دارد.در چنین شرایطی فاصله زهره از زمین ۱۰۰ برابر فاصله ماه از زمین است.

فضای بین ستارگان، فضای میان ستاره ای نامیده می شود. فواصل در این منطقه بسیار زیاد است به طوری که دانشمندان از واحد های کیلومتر و مایل استفاده نمی کنند. دانشمندان برای اندازه گیری فواصل در مقیاس میان ستاره ای از واحد سال نوری استفاده می کنند. یک سال نوری برابر است با ۴۶/۹ تریلیون کیلومتر(۸۸/۵ مایل). این مقدار فاصله ایست که نور باسرعت خود یعنی ۷۹۲/۲۹۹ کیلومتر(۲۸۲/۱۸۶ مایل) در مدت یک سال طی می کند.

گازهای متفاوت، لایه هایی از ابرهای بسیار سرد غبار و تعداد کمی ستاره های دنباله داری که میان ستارگان، سرگردانند همینطور اجرامی که هنوز به درستی کشف و شناسایی نشده اند، در فضای بین ستاره ای وجود دارند.

● ورود به فضا و خروج از آن

نیروی شدید گرانش بزرگترین مشکل برای ماموریتهای فضایی است. یک فضاپیما در شرایط خاصی از سرعت و جهت به فضا فرستاده می شود.

گرانش به هرچیزی بر روی زمین وزن می دهد و منجر به سقوط اشیا به سمت زمین می شود. در سطح زمین شتاب گرانش با g شناخته می شودکه حدود ۱۰ متر در ثانیه است.

یک راکت قدرتمند به نام پرتابگر به فضا پیما کمک می کند تا بر نیروی گرانش غلبه کند. همه پرتابگرها دارای حداقل دو واحد راکت می باشند. بخش اول باید فشار لازم برای جدا شدن از سطح زمین را تامین کند. برای این کارفشار این پایه باید متجاوز از وزن کل پرتابگر و فضاپیما باشد.

پرتابگر این فشار را با سوزاندن سوخت و خارج کردن گاز ناشی از آن به دست می آورد. سوخت موتور این راکت ها ترکیب مخصوصی است به نام پروپلنت (propellant). این سوخت ترکیبی از سوخت جامد، مایع و اکسیژنه، ماده ای که اکسیژن لازم برای سوخت را در فضا تامین می کند، می باشد. معمولا از اکسیژن مایع به عنوان اکسیژنه استفاده می شود.

به حداقل شتاب لازم برای غلبه بر گرانش و ماندن در مدار، شتاب مداری می گویند. این شتاب حدودا g۳ یعنی سه برابر شتاب گرانش است. یک پرتابگر معمولا ظرف ۹ دقیقه به این شتاب می رسد. در یک ارتفاع ۱۹۰ کیلومتری (۱۲۰ مایل)، سرعت لازم برای اینکه یک فضا پیما شتاب مداری داشته باشد و در مدار بماند حدود ۸ کیلومتر (۵ مایل) در ثانیه است.

بیشتر راکت ها توسط یک وسیله نقلیه به سکوی پرتاب آورده شده و سپس در مکان مناسب خود قرار می گیرند. در این هنگام پروپلنت از طریق لوله هایی مخصوص وارد محفظه سوخت راکت می شود.

در لحظه پرتاب، موتورهای راکت واحد یک روشن می شوند تا زمانیکه نیروی فشارهای ترکیب شده موتورها از وزن راکت بیشتر شود. این نیرو منجر به جدا شدن پرتابگر از سکوی پرتاب می شود. چنانچه پرتابگری دارای چند واحد راکت باشد، راکت واحد یک پس از چند دقیقه سوخت خود را به پایان رسانده و از پرتابگر جدا می شود. در این هنگام راکت واحد دو شروع به کار می نماید و چند دقیقه بعد سوخت آن نیز به اتمام رسیده و جدا می شود. در صورت لزوم یک واحد کوچک راکت دیگر نیز روشن می شود تا شتاب مداری به دست آید.

پرتاب شاتل فضایی کمی با آنچه گفته شد متفاوت است. شاتل علاوه بر موتورهای اصلی راکت، موتورهای شتاب دهنده دیگری به نام بوستر(booster) با پروپلنت جامد دارد که باعث سوخته شدن پروپلنت مایع است.

نیروهای حاصله از بوسترها با نیروی موتورهای اصلی ترکیب شده و منجر به جداشدن پرتابگر از سکو می گردد. حدود دو دقیقه پس از پرواز، بوستر ها از شاتل جدا شده و توسط پاراشوت (چتر نجات) به زمین برمی گردند. موتورهای اصلی همچنان مشغول به کار باقی می مانند تا زمانیکه شاتل تقریبا به شتاب مداری رسیده باشد. پس از آن موتورهای کوچکی شاتل را در شتاب مداری نگه می دارند.

برای رسیدن به مداری مرتفع تر، یک فضا پیما به راکت دیگری برای افزایش سرعت نیاز دارد. زمانیکه سرعت فضا پیما ۴۰% بیش تر از شتاب مداری باشد، اصطلاحا به شتاب فرار دست پیدا می کند، یعنی سرعت لازم برای رهایی از گرانش زمین.

بازگشت به زمین با مشکل سرعت بسیار بالای فضاپیما و پایین آوردن این سرعت همراه است. برای انجام این کار، یک فضا پیما که گردش مداری دارد، از موتورهای کوچکی برای تغییر مسیر به سمت اتمسفر زمین استفاده می کند. به این عمل خروج از مدار و یا دی اربیت (de-orbit) گفته می شود. فضا پیماهایی که از ماه و یا سیارات دیگر به زمین باز می گردند نیز جهت خود را به سمت اتمسفر تغییر می دهند. مقاومت هوا در این ناحیه به صورت قابل توجهی از سرعت فضا پیما می کاهد.

در شرایطی که سرعت فضا پیما هنگام ورود به اتمسفر بسیار زیاد است، هوا نمیتواند با سرعت لازم از مسیر فضا پیما بگریزد. د رعوض مولکول های هوا در مقابل فضا پیما توده ای بسیار فشرده می شوند. این فشار بسیار زیاد دمای هوا را تا ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر از دمای سطح خورشید می رساند. دمای به وجود آمده می تواند فضاپیمایی بدون عایق را ظرف چند ثانیه بسوزاند.

صفحات عایق ساخته شده از الیاف کوارتز که به بدنه برخی از فضاپیماها چسبانده می شود عایق مناسبی برای این دما می باشد. سیستم های خنک کننده ای نیز ممکن است به کار روند. اخیرا فضاپیمایی دارای عایق هایی بود که گرما را لایه به لایه تبدیل به بخار و جذب می کرد.

اغلب مردم تصور می کنند که گرم شدن فضاپیما ها به دلیل اصطکاک و سایش آنها با هوا می باشد. از لحاظ علمی این باور صحیح نیست. هوا بسیار نازک است و سرعت برخورد آن با فضاپیما به قدری ناچیز است که نمی تواند مسبب اصطکاک زیادی باشد.

درمورد فضاپیما های بدون سرنشین یا کاوشگرها، نیروی کاهش سرعت می تواند بین g۶۰ تا g۹۰ در مدت زمان ۱۰ تا ۲۰ دقیقه باشد. شاتل ها برای ورود به اتمسفر از بالهای خود استفاده می کنند زمان کاهش سرعت بیش از ۱۵ دقیقه و اندازه آن g۲/۱۱ است. هنگامیکه فضاپیما بیشتر سرعت خود را ا زدست داد، آزادانه در هوا به سمت پایین می آید. پاراشوت ها در این هنگام سرعت را باز هم کمتر می کنند همینطور ممکن است برای یک فرود آرامتر در آخرین ثانیه ها، یک راکت کوچک را روشن نمود. شاتل ها با استفاده از بالهای خود می توانند تا یک بزرگراه و یا فرودگاه پرواز و در آنجا فرود آیند. اخیرا یک کپسول فضایی ایالات متحده برای فرود از بالشتک های آب استفاده کرد و آنها را به درون اقیانوس انداخت.

مترجم: لنا سجادیفر

---