کاوشگری بر مدار امید-قسمت اول

روز دوشنبه 15 بهمن گذشته خبری در رسانه‌ها منتشر شد که بازتاب‌های فراوانی داشت و مدت‌ها سرخط مهم‌ترین رسانه‌ها بود. در این روز منابع خبری از ساخت نخستین سامانه قضایی بومی ایران و پرتاب موشک کاوشگر به فضا خبر دادند.

 روز 15 بهمن محمود احمدی نژاد رئیس‌جمهور محترم از نخستین سامانه بومی کشور شامل یک ماهواره تحقیقاتی به نام «امید»، موشک ماهواره‌بر و تاسیسات و تجهیزات زمینی پرتاب و هدایت ماهواره دیدن کرد. آقای احمدی‌نژاد در جریان این بازدید از تاسیسات هوافضای ایران، فرمان پرتاب موشکی به نام «کاوشگریک» را به پایگاه فضایی صادر کرد. پرتاب این گونه راکت‌ها مرحله مقدماتی پرتاب ماهواره به فضاست و ماموریت آن شناسایی محیط پروازی پیش از پرتاب ماهواره و همچنین انجام برخی پژوهش‌های فضایی است. ماهواره امید نخستین ماهواره بومی ایران و یک ماهواره تحقیقاتی پیشرفته است که توسط دانشمندان ایرانی ساخته شده است. قرار است این ماهواره سال آینده توسط یک موشک ماهواره‌بر ساخت ایران به فضا پرتاب شود و در مدار ارتفاع پایین قرار گیرد. رییس‌جمهور در این برنامه ضمن بازدید از عملیات صورت گرفته از موشک ماهواره بر نیز که قرار است سال آینده ماهواره امید را در مدار زمین قرار دهد، دیدن کرد. به این ترتیب با پرتاب این موشک، ایران یازدهمین کشور جهان شد که به فناوری ارسال ماهواره به فضا دست یافت و تکنولوژی ساخت ماهواره و سامانه پرتاب آن کاملا توسط متخصصان داخلی ساخته و فناوری آن بومی شده است. اکنون به مناسبت پایان سال و مروری بر خبرهای علمی سال گذشته به بررسی تاریخچه ساخت ماهواره‌ها و دستاوردهای 50 سال فضانوردی می‌پردازیم و گذشته و آینده صنعت فضایی ایران را بررسی می‌کنیم.

بارها در مورد فضا و فضانوردی مطالبی شنیده‌ایم، اما به راستی فضا کجاست و مرز زمین و فضا چیست؟ فضا به منطقه‌یی خالی از جهان گفته می‌شود که بعد از لایه جواجرام آسمانی قرار دارد و چگالی گازها در این ناحیه بسیار اندک است (ولی به رغم تصور بیشتر مردم تهی یا خلاء کامل نیست). در فضا گاز هیدروژن، یون‌ها، ذرات تشکیل دهنده اتم (الکترون و پروتون) و گاهی اوقات غبارهای فضایی یافت می‌شود، اما میزان این مواد در گستره فضا چنان کم است که می‌توان نسبت به جو سیاره آن را تهی در نظر گرفت. اما نکته‌یی که بسیار مهم است آنکه مرز مشخصی بین جو و فضا وجود ندارد. جو زمین با افزایش ارتفاع کم‌کم رقیق و به تدریج محو می‌شود. به همین دلیل با توجه به کاربردهای مختلف، مرزهای مجازی گوناگونی برای گذر از جو و رسیدن به فضا وجود دارد. طبق تعریف فدراسیون بین‌المللی هوانوردی، خط کارمن در ارتفاع صد کیلومتری از سطح دریا مرز بین جو و فضا است. این تعریف به این دلیل انتخاب شده است ک بعد از این ارتفاع غلظت جو به قدری کاهش می‌یابد که می‌توان از نیروی پای ناشی از برخورد مولکول‌های جو با جسم پرنده صرف‌نظر کرد. از طرف دیگر طبق تعریف رسمی ایالات متحده امریکا فردی که بتواند در ارتفاع بیش از 80 کیلومتر از سطح زمین پرواز کند، فضانورد محسوب می‌شود. اما مهندسان هوافضا هنگام طرح فضا پیماها یا شبیه‌سازی بازگشت اجرام به جو‌زمین، گذر از ارتفاع 120 کیلومتری را عبور از مرز جو و رسیدن به فضا می‌دانند. فضا نیز خود بخش‌های متفاوتی دارد. بخشی از فضای بیرونی که در درون منظومه شمسی قرار دارد، فضای بین سیاره‌یی نامیده می‌شود. با گذر از مرز منظومه شمسی به قسمتی از  فضا وارد می‌شویم که به آن فضای بین سیاره‌یی می‌گویند. با گذر از مرز کهکشان راه شیری به منطقه جدیدی می‌رسیم که به آن فضای بین کهکشانی می‌گویند. در فضا تراکم گازها کم است و همین کم بودن تراکم گازها مزیت‌ها و عیب‌هایی برای پژوهش‌های نجومی در فضا دارد. از آنجا که گاز بسیار  کمی در جو وجود دارد، برای رصد کیهان در تمام گستره طول موج مناسب است. از همین جا بود که ایده ساخت تلسکوپ فضایی هابل شکل گرفت. با این همه اقامت در فضا دشواری‌های بسیاری نیز دارد که از جمله آنها می‌توان به نبود اکسیژن برای تنفس و همچنین نبود فشار اشاره کرد. بدن انسان برای زندگی در فشار هوای یک جو سازگار است و در صورتی که به وضعیت خلا منتقل شود هر چند همانند فیلم‌های هالیوودی دچار از هم پاشیدگی نمی‌شود، اما با مشکل مواجه می‌شود. برای مثال آب اندام‌های سطحی مانند چشم‌ها و پوست کم کم می‌جوشد و تبخیر می‌شود و مویرگ‌ها در اثر فشار داخلی پاره می‌شود و فرد با دردی جانگاه می‌میرد.

آغاز عصر فضا و فضانوردی

اجرام آسمانی همیشه برای انسان عجیب، پر رمز و راز و شگفت‌انگیز بوده‌اند، اما برای اولین بار یوهان کپلر ستاره‌شناس و ریاضیدان آلمانی در اوایل 1600 میلادی توانست قوانین حرکت سیاره‌ها را ارائه دهد و بدین ترتیب برای گردش اجرام در فضا توضیحی مبتنی بر ریاضی عرضه کرد. ایزاک نیوتن نیز برای نخستین بار قوانین حرکت را تشریح کرد.هر چند علم امروز نسبت به زمان نیوتن بسیار پیشرفت کرده، اما هنوز هم می‌تواناز همان قوانین نیوتن برای پیش‌بینی حرکت سیاره‌ها و قمرها و ماهواره‌ها استفاده کرد. در سال‌های اولیه قرن هجدهم دانشمندان دریافتند هرچه به ارتفاع بالاترین می‌رویم هوا رقیق‌تر می‌شود. این یعنی بین زمین و سیاره‌های دیگر هوایی وجود ندارد. بنابراین نمی‌توان از روش آشنای بال زدن برای سفر به سیاره‌های دیگر استفاده کرد. در سال 1903 کنستانتین تسیولکوفسکی که یک معلم روس بود، در یک مقاله ایده استفاده از راکت‌ها برای سفرهای فضایی را کامل کرد. بعدها رابرت گودارد امریکایی و هرمن اوبرت آلمانی روی پروژه سفرهای فضایی متمرکز شدند. آنها مشکلات فنی پرتاب موشک و سفر به فضا را بررسی کردند. گودارد در سال 1919در مقاله‌یی با عنوان «شیوه‌یی برای رسیدن به ارتفاع‌های بسیار زیاد» چگونگی کاوش در فضای بالا جو زمین را تشریح کرد. این مقاله پرواز یک موشک را نیز توضیح داد. اوبرت نیز در سال 1923 در کتابی به نام «موشکی به سوی فضا» مشکلات فنی پرواز به فضا را بررسی کرد. وی همچنین ساختار فضا پیماها را بررسی کرد. تسیولکوفسکی نیز در سال 1920 درباره جزییات موشک‌های چند مرحله‌یی پژوهش کرد. طی سال‌های 1930 کشورهای امریکا، آلمان و شوروی به شدت در مورد موشک‌ها پژوهش کردند. در سال 1926 گودارد به همراه گروهش سوختی مایعی برای موشک‌ها ابداع کرد. کارشناسان ساخت موشک در آلمان در سال 1942 و در بحبوحه جنگ جهانی دوم با سرپرستی ورنر فون براون موشک وی در (V- 2) را ساختند. پس از پایان جنگ امریکا توانست با کمک مهندسان مهاجر آلمانی موشک‌های پیشرفته‌یی بسازد. شوروی و انگلستان نیز به شدت به این گونه تحقیقات ادامه می‌دادند. اما خبری که در 4 اکتبر 1957 منتشر شد توجه همه جهان را به خود جلب کرد. در این روز شوروی توانست با موفقیت نخستین ماهواره مصنوعی جهان را با عنوان اسپوتنیک به فضا پرتاب کند و بدین ترتیب عصر فضا آغاز شد. مردم تمام دنیا توانستند صدای بیب بیب اسپوتنیک را از رادیوهای خود بشنوند. پیشرفت‌های شوروی ادامه داشت و امریکا را پشت سر می‌گذاشت. شوروی یک ماه بعد اسپوتنیک دو را به فضا فرستاد سگی به نام لایکا سرنشین آن بود. این پرواز ثابت کرد حیوانات هم می‌توانند در فضا به زندگی ادامه دهند. (خوانندگان برای پیگیری دستاوردهای فضایی می‌توانند به ستون کنار همین صفحه با عنوان «دستاوردهای پنجاه‌ سال فضانوردی» مراجعه کنند.)

طرز کار موشک‌ها و راکت‌ها

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی انسان سفر به فضاست، زیرا سفر به فضا پیچیدگی‌ها و دشواری‌های بسیاری دارد. برای سفر به فضا باید بر مشکلاتی همچون وجود خلا، گرما و حرارت در اثر سرعت زیاد، مشکل ورود دوباره به زمین، مکانیک مدارها، تابش‌های کیهانی و خورشیدی و... چیره شد. ولی بزرگ‌ترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از سطح زمین و رساندن آن به فضا است. هر چند بشر انواع مختلفی از موتورها (همانند موتورهای احتراق داخلی، موتور الکتریکی و موتور بخار) را اختراع کرده و سال‌ها از آن استفاده کرده است اما طرز کار موشک با آنها از اساس متفاوت است. موتور موشک‌ها موتور واکنشی است. اساس کار موتور موشک‌ها بر پایه قانون معروف نیوتن است که می‌گوید: «برای هر کنشی، واکنشی وجود دارد که مساوی آن و در خلاف جهت آن است. «موتور موشک نیز جرم را رو به پایین پرتاب می‌کند و واکنش این پرتاب، موشک را رو به بالا به حرکت در می‌آورد. به عبارت دیگر موشک جرم را به صورت گازهای پرفشار پرتاب می‌کند تا از واکنش آن در جهت مخالف استفاده کند. این جرم از سوختی که در موتور موشک می‌سوزد، به دست می‌آید.

ماهواره‌های مصنوعی

ماهواره مصنوعی شیئی است که توسط انسان ساخته شده است و پیوسته  در مداری پیرامون زمین یا اجرام دیگر در فضا می‌گردد. هر چند ماهواره‌ها انواع بسیار دارند، اما می‌توان همه آنها را در شش دسته کلی ماهواره‌های علمی، هواشناسی، ارتباطی، ردیاب، مشاهده زمین و نظامی قرارداد که در زیر به شرح خلاصه هر کدام می‌پردازیم.

- ماهواره علمی: وظیفه این ماهواره‌ها جمع‌آوری اطلاعات برای بررسی ساختار، ترکیب و تاثیر فضای اطراف کره‌زمین، ثبت تغییرات در سطح و جو کره زمین و همچنین مشاهده سیارات، ستاره‌ها و اجرام آسمانی در فاصله‌های  بسیار دور است.

- ماهواره هواشناسی: ماهواره‌های هواشناسی برای مطالعه نقشه‌های هواشناسی و پیش‌بینی وضعیت آب و هوا به کار می‌رود و می‌تواند وضعیت جو مناطق گسترده‌یی از زمین را مشاهده کند. این ماهواره‌ها می‌توانند مشخصات ابرها، دما، فشار، بارندگی و ترکیبات شیمیایی اتمسفر را اندازه بگیرند.

- ماهواره‌ارتباطی: ماهواره‌های ارتباطی در واقع ایستگاه‌های تقویت‌کننده سیگنال است که امواج را از نقطه‌یی دریافت و به نقطه‌یی دیگر ارسال می‌کنند. یک ماهواره ارتباطی می‌تواند در آن واحد هزاران تماس تلفنی و چندین شبکه تلویزیونی را پوشش دهد. سازمان‌های تجاری مانند تلویزیون‌ها و شرکت‌های مخابراتی در کشورهای مختلف از کاربران دائمی این ماهواره‌ها هستند.

- ماهواره ردیاب: کلیه هواپیماها، کشتی‌ها و خودروهای زمین می‌توانند به کمک ماهواره‌های ردیاب، مکان خود را به دقت مشخص کنند. علاوه بر خودروها و وسایل نقلیه، افراد عادی نیز می‌توانند از شبکه‌های ماهواره‌یی ردیاب بهره‌مند شوند. سیگنال‌های این شبکه‌ها در هر نقطه‌یی از زمین دریافت می‌شود و دستگاه‌های دریافت کننده، سیگنال‌ها را حداقل از سه ماهواره فرستنده دریافت می‌کنند و پس از محاسبه کلیه سیگنال‌ها مکان دقیقه را نشان می‌دهند.

- ماهواره‌های مشاهده زمین: این ماهواره‌ها برای رصد زمین و تهیه نقشه و بررسی کلیه منابع زمین و تغییرات ماهیتی آن و همچنین چرخه‌های حیاتی در آن طراحی و ساخته می‌شود. این ماهواره‌ها پیوسته از زمین در نور مرئی یا نور نامرئی عکسبرداری می‌کنند.

- ماهواره‌های نظامی: ماهواره‌های نظامی مشتمل بر انواع دیگر ماهواره‌هاست و برای مقاصد نظامی به کار می‌روند. برخی از این ماهواره‌ها که به ماهواره‌های جاسوسی نیز شهوت دارند، می‌توانند موشک‌ها، کشتی و هواپیماها را زیر نظر گرفته و جابه‌جایی تجهیزات نظامی در زمین را رصد کنند.

منبع: روزنامه اعتماد