چالش‌های پیش روی ناسا در پرتاب دومین ماموریت به مقصد ماه

پس از پایان یافتن ماموریت «آرتمیس۱»، ناسا به دو سال زمان نیاز دارد تا فضانوردان را به اطراف ماه بفرستد، اما چالش‌های بسیاری بر سر راه رسیدن به این هدف وجود دارد.

به گزارش ایسنا و به نقل از اسپیس، فرود موفقیت‌آمیز کپسول «اوریون» (Orion) در روز یکشنبه ۱۱ دسامبر، برخی از اجزای حیاتی مورد نیاز برای ماموریت ماه «آرتمیس۲» (Artemis ۲) ناسا را که قرار است در سال ۲۰۲۴ پرتاب شود، بازگرداند، اما ممکن است رسیدن به این هدف برای ناسا سخت باشد.

آرتمیس۱ که نخستین ماموریت ناسا از مجموعه ماموریت‌های طراحی‌شده برای بازگرداندن بشر به سطح ماه به شمار می‌رود، اکنون کامل شده است. کپسول بدون سرنشین اوریون روز یکشنبه در اقیانوس آرام فرود آمد و ماموریت ۲۵.۵ روزه خود را به مدار ماه و بازگشت از آن به پایان رساند.

آرتمیس۱ در ۱۶ نوامبر از «مرکز فضایی کندی» (KSC) ناسا در فلوریدا، طی نخستین مأموریت موشک جدید و بزرگ «سامانه پرتاب فضایی» (SLS) ناسا به فضا پرتاب شد. اگرچه نمایش قدرت سامانه پرتاب فضایی چندین بار بعد از تاریخ پرتاب در نظر گرفته شده آن در سال ۲۰۱۷ به تعویق افتاد، اما این موشک در رساندن کپسول اوریون به مدار زمین بسیار عالی عمل کرد.

با توجه به اینکه ماموریت آرتمیس۱ در حال حاضر به پایان رسیده، تمرکز عمومی به سرعت بر مرحله بعدی برنامه متمرکز می‌شود که پرواز خدمه است، اما تا زمانی که چندین قطعه در جای خود قرار نگیرند و یک فضاپیما و وسیله پرتاب کاملا مونتاژشده آماده نشود، این هدف تحقق نمی‌یابد.

اگرچه مهندسان و پیمانکاران ناسا مشغول ساختن عناصر مختلف سامانه پرتاب فضایی هستند که قرار است آرتمیس۲ را به فضا پرتاب کند، اما اجزای کلیدی متعلق به ماموریت آرتمیس۱ مجددا استفاده می‌شوند و ابتدا باید مجموعه‌ای از آزمایش‌های تایید صلاحیت را پیش از نصب شدن آن‌ها روی فضاپیمای جدید انجام دهند. این کار مدتی زمان می‌برد.

تصمیم ناسا برای استفاده مجدد از برخی سخت‌افزار‌های پروازی اوریون زمانی گرفته شد که آرتمیس۱ هنوز با نام «ماموریت اکتشافی-۱» (EM-۱) شناخته می‌شد و برنامه سامانه پرتاب فضایی، سه سال کامل را بین دو پرتاب نخست در بر داشت.

ناسا در پست سال ۲۰۱۷ خود که به بازیافت سخت‌افزار اوریون اشاره داشت، نوشت: ناسا در حال استفاده مجدد از جعبه‌های اویونیک ماژول سرنشین‌دار اوریون ماموریت EM-۱ برای پرواز بعدی است. سیستم‌های اویونیک و الکتریکی، سیستم عصبی وسایل پرتاب‌کننده هستند و فضاپیماها، سیستم‌های گوناگون را به یک کل کارآمد پیوند می‌دهند.

آرتمیس۲ یا همان طور که در آن زمان نامیده می‌شد، «ماموریت اکتشافی-۲» (EM-۲) ابتدا قرار بود روی یک موشک «بلاک ۱بی» (Block ۱ B) پرواز کند که نسخه ارتقایافته و بزرگتر سامانه پرتاب فضایی مورد استفاده در آرتمیس۱ بود.

در نظر گرفتن فاصله سه ساله بین ماموریت‌های EM-۱ و EM-۲ به این منظور بود که زمان را برای ارتقای پلتفرم پرتاب و پشتیبانی از بلاک ۱بی فراهم کند. انتظار نمی‌رفت که جدول زمانی تخمین‌زده‌شده ناسا برای حذف، نوسازی و نصب مجدد سخت‌افزار اویونیک کپسول اوریون، بر برنامه پرتاب تأثیر بگذارد.

تا سال ۲۰۱۸، تخصیص بودجه ناسا از سوی کنگره و تلاش‌های ناسا برای تسریع پرتاب سامانه پرتاب فضایی، به تصمیم‌گیری برای ساخت دومین پلتفرم پرتاب به منظور پشتیبانی از پیکربندی‌های بزرگ‌تر موشک منجر شد.

این کار، برنامه‌های ارتقای پلتفرم پرتاب موجود را کنار گذاشت و تنها قادر به راه‌اندازی «بلاک۱» (Block ۱) بود. سه پرواز نخست سامانه پرتاب فضایی، برای پرواز در پیکربندی بلاک۱ تغییر یافتند. اگرچه این امر باعث کوتاه شدن فاصله استراحت بین ماموریت‌ها شد، اما در نهایت به تصمیم‌گیری برای استفاده مجدد از برخی تجهیزات اویونیک اوریون کمک کرد.

طبق گزارش «دفتر بازرسی کل ناسا» (OIG) در نوامبر ۲۰۲۲، «اداره ماموریت توسعه سیستم‌های اکتشافی» (ESDMD)، استفاده مجدد تجهیزات اویونیک غیر هسته‌ای را به عنوان مسیر حیاتی اولیه برای ماموریت آرتمیس۲ در نظر می‌گیرد.

در مجموع، کار آماده‌سازی بین ماموریت‌ها حدود ۲۷ ماه طول می‌کشد. این گزارش توضیح می‌دهد که مسیر بحرانی، توالی کار‌ها است که حداقل مدت زمان لازم برای تکمیل یک پروژه را تعیین می‌کند. به طور خلاصه، آرتمیس۲ تنها زمانی می‌تواند راه‌اندازی شود که زمان‌برترین کار در فهرست بررسی مهندسان تکمیل شود. این کار احتمالا پردازش و نصب مجدد سخت‌افزار آرتمیس۱ خواهد بود.

واژه غیر هسته‌ای در این مورد، به زیرمجموعه‌ای از سخت‌افزار‌های اوریون اشاره می‌کند. این تجهیزات در مقابل اویونیک‌های هسته‌ای قرار دارند و به تمایز بین برخی از مواردی کمک می‌کنند که در نخستین پرواز فضاپیما دوباره استفاده می‌شوند یا نمی‌شوند.

یکی از مهندسان ناسا به اسپیس توضیح داد: رابط‌هایی وجود دارند. بنابراین، برداشتن و نصب جعبه‌های اویونیک روی کپسول اوریون ماموریت آرتمیس۲، بیشتر شبیه به انتقال دادن دفتر کار از یک اتاق به اتاق دیگر است تا برداشتن دیوار‌های خشک. در هر حال، این قطعات پیش از نصب شدن در اوریون برای ماموریت آرتمیس۲ باید آزمایش شوند.

با تکمیل آرتمیس۱ و بازگشت اوریون به زمین، تکنسین‌ها اکنون کپسول و سیستم‌های آن را بررسی خواهند کرد تا مشخص کنند که در پرواز چقدر خوب عمل می‌کند. بسیاری از آزمایش‌ها برای آرتمیس۱، روی قرار گرفتن در معرض تشعشعات متمرکز بودند. نزدیک به ده‌ها تشعشع‌سنج فعال و غیرفعال نیز در سراسر کپسول پراکنده شده‌اند.

تابش در فضا می‌تواند تأثیرات قابل توجهی را بر سیستم‌های پرواز و سیستم‌های بیولوژیکی داشته باشد. بنابراین، هنگام طراحی یک فضاپیما، تلاش‌های گسترده‌ای برای محافظت از سرنشینان و سخت‌افزار‌ها در برابر تشعشعات انجام می‌شود.

ناسا بیش از ۲۰ سال است که در «ایستگاه فضایی بین‌المللی» (ISS)، اثرات ریزگرانش و تشعشعات را بر بدن انسان مطالعه می‌کند. با وجود این، سطوح تابش در اعماق فضا و اطراف ماه، بسیار بیشتر از مدار پایین زمین است که ایستگاه فضایی بین‌المللی در آن فعالیت می‌کند.

اوریون در نخستین سفر خود به دور ماه، نسبت به هر فضاپیمایی که تاکنون برای حمل انسان طراحی شده است، دورتر از زمین پرواز کرد. این کپسول فضایی در ۲۸ نوامبر به مسافت ۴۳۲۲۱۰ کیلومتری رسید و رکورد ماموریت «آپولو۱۳» (Apollo ۱۳) را که نزدیک به ۳۲۱۸۶ کیلومتر بود، شکست.

به گفته «آژانس فضایی اروپا» (ESA)، ناسا قصد دارد بدون ارائه هر گونه یافته‌ای از داده‌های پرواز آرتمیس۱، چهار فضانورد را طی ماموریت آرتمیس۲ در مسیری به دور ماه بفرستد و به حداکثر ارتفاع ۸۸۸۹ کیلومتری از سطح ماه برسد. این امر باعث می‌شود که آن‌ها در رتبه دوم پس از فضانوردان آپولو۱۳ قرار بگیرند که در حین عیب‌یابی یک فاجعه که مانع از فرود برنامه‌ریزی‌شده آن‌ها روی ماه شده بود، از زمین دورتر شدند.

برخلاف آرتمیس۱، سرنشینان اوریون در آرتمیس۲ از نظر فنی وارد مدار ماه نخواهند شد. در نخستین سفر اوریون به ماه، مرحله هسته سامانه پرتاب فضایی، کپسول و «مرحله پیشرانه برودتی موقت» (ICPS) را به مدار زمین پرتاب کرد و مرحله پیشرانه برودتی موقت، یک تزریق سوخت را انجام داد تا اوریون را در مسیر ماه قرار دهد.

سپس، اوریون در یک مدار رتروگراد قرار گرفت و از ۲۵ نوامبر تا اول دسامبر در آنجا باقی ماند. در پنجم دسامبر، کپسول با روشن کردن موتور خود که در طول پرواز از نزدیکی ماه انجام شد، بازگشت به سمت زمین را آغاز کرد. ماموریت آرتمیس۱ در مجموع حدود ۲۵.۵ روز به طول انجامید.

خدمه آرتمیس۲ نمی‌توانند از ماموریت خود زیاد لذت ببرند. دومین سفر ماه اوریون قرار است بیش از ۱۰ روز طول بکشد. اوریون پس از دور زدن‌های طولانی در اطراف زمین، در مسیری قرار می‌گیرد که از پرواز در نزدیکی ماه برگردد.

«مایک سارافین» (Mike Sarafin)، مدیر ماموریت آرتمیس۱ در نشست روز ۲۸ نوامبر توضیح داد: از نظر طول ماموریت آرتمیس۲، ما به دنبال آزمایش پرواز خدمه به مدت ۱۰.۵ روز هستیم. چهار فضانورد در یک مدار بیضوی پرواز خواهند کرد تا عملکرد سیستم پشتیبانی حیات را ثابت کنند و یک نمایش عملیاتی را در سطح بالایی انجام دهند.

سپس در پایان این پرواز یک روزه بالای زمین، اوریون اساسا یک مانور تکمیل ماموریت را انجام می‌دهد و از ماژول خدمات برای انجام دادن مانور تزریق فراقمری استفاده می‌کند. پس از آن، اوریون خود را در مسیر بازگشت قرار می‌دهد.

در حال حاضر، ناسا سال ۲۰۲۴ را برای پرتاب آرتمیس۲ هدف قرار داده است. با وجود این، اگر ساعت انتقال جعبه‌های اویونیک اوریون از لحظه فرود آغاز شود، هدف آژانس در سال ۲۰۲۴ را به سال ۲۰۲۵ می‌رساند.

ماموریت بعدی که آرتمیس۳ است، به هیچ یک از سخت‌افزار‌های پروازی آرتمیس۲ وابسته نیست. در هر حال، این هدف به مجموعه‌ای از نقاط عطف دیگر نیز بستگی دارد و بعید است این ماموریت که در حال حاضر برای سال ۲۰۲۵ برنامه‌ریزی شده است، به موقع آغاز شود.

آرتمیس۳ برای فرود خدمه روی سطح ماه و به طور ویژه، قطب جنوب ماه طراحی شده است. این ماموریت به یک سیستم فرود برای بردن خدمه به ماه و از سطح ماه به زمین نیاز دارد که فضاپیمای «استارشیپ» (Starship) شرکت «اسپیس ایکس» (SpaceX) است و همچنین، لباس‌های فضایی جدید که در حین پیاده‌روی روی ماه یا «فعالیت‌های برون ناوی» (EVAs) پوشیده می‌شوند. آماده شدن به موقع همه این موارد برای فرود آمدن روی ماه در سال ۲۰۲۵، یک شاهکار بزرگ برای ناسا و شرکای آن خواهد بود.

همچنین، ناسا قصد دارد یک ایستگاه فضایی کوچک به نام «دروازه ماه» (Lunar Gateway) را در مدار ماه به عنوان بخشی از برنامه آرتمیس بسازد. ساخت به موقع دروازه ماه به عوامل بسیاری بستگی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به یک موشک قوی برای پرتاب ماژول‌های مختلف ایستگاه و یک برج پرتاب برای پشتیبانی از آن موشک اشاره کرد.

ناسا موشک «فالکون هوی» (Falcon Heavy) اسپیس ایکس را برای پرتاب نخستین اجزای دروازه ماه در اواخر سال ۲۰۲۴ انتخاب کرد، اما نیاز خود را به بلاک ۱بی و سایر تغییرات ارتقایافته برای پرتاب ماژول‌های ایستگاه و سخت‌افزار‌های مورد نیاز برای اقامت بلندمدت در ماه نیز اعلام کرده است.

ساخت و ساز دومین پلتفرم پرتاب به نام «ML-۲» که برای پشتیبانی از موشک‌های آینده مورد نیاز خواهد بود، هنوز آغاز نشده است. پس از تخصیص بودجه کنگره برای برج پرتاب دوم، ناسا شرکت «بکتل» (Bechtel) را به عنوان پیمانکار اصلی پروژه انتخاب کرد. اکنون پس از گذشت چند سال، این تعهد هنوز در مراحل طراحی و برنامه‌ریزی است و احتمالا ۲.۵ برابر بیشتر از آنچه در ابتدا پیش‌بینی شده بود، هزینه خواهد داشت. هزینه آن احتمالا در مجموع نزدیک به یک میلیارد دلار خواهد بود.

گزارش دفتر بازرسی کل ناسا در ژوئن ۲۰۲۲ نشان می‌دهد که ML-۲ احتمالا تا پایان سال ۲۰۲۶ برای استفاده عملیاتی آماده نخواهد بود و نخستین پرتاب ممکن برای بلاک ۱بی را برای سال ۲۰۲۷ پیش‌بینی می‌کند.

در این گزارش آمده است: تا مه ۲۰۲۲، کار طراحی ML-۲ هنوز ناقص بود و مقامات شرکت بکتل انتظار ندارند که ساخت و ساز تا سه ماهه نخست سال مالی ۲۰۲۳ آغاز شود. بکتل تخمین می‌زند که برای تکمیل الزامات قرارداد و ارائه یک ML-۲ عملیاتی، به ۵۷۷.۱ میلیون دلار دیگر نیاز خواهد داشت که کل هزینه پیش‌بینی‌شده سازه را به ۹۶۰.۱ میلیون دلار و تاریخ تحویل را از مارس ۲۰۲۳ به اکتبر ۲۰۲۵ می‌رساند. ما انتظار داریم هزینه‌ها افزایش یابند، زیرا چالش‌های فنی اجتناب‌ناپذیری هنگام آغاز ساخت ML-۲ ایجاد خواهند شد.

اکنون، فرود موفقیت‌آمیز آرتمیس۳ روی ماه ممکن است لزوما به این بستگی نداشته باشد که آیا هیچ یک از اجزای دروازه ماه برای پشتیبانی از مأموریت، به موقع در دسترس خواهند بود یا خیر. ناسا در سال ۲۰۲۱، قرارداد سیستم فرود انسانی را به منظور ساخت یک فرودگر قمری برای برنامه آرتمیس، با اسپیس ایکس منعقد کرد.

این قرارداد براساس فضاپیمای استارشیپ این شرکت منعقد شد که در حال حاضر هنوز در دست توسعه است. موشک «سوپر هوی» (Super Heavy) اسپیس ایکس که برای پرتاب فضاپیمای استارشیپ مورد نیاز است، پس از عملیاتی شدن، قوی‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر از سامانه پرتاب فضایی خواهد بود و قابلیت استفاده مجدد خواهد داشت.

همچنین، انتظار می‌رود که استارشیپ با کمی سوخت‌گیری در طول مسیر بتواند به ماه برسد، به زمین بازگردد و نیازی به انتقال خدمه یا محموله بین وسایل نقلیه در طول مسیر نباشد. نخستین تلاش برای پرتاب استارشیپ به مدار، اوایل سال ۲۰۲۳ پیش‌بینی شده است، اما مشخص نیست که این فضاپیمای غول‌پیکر چه زمانی به طور کامل عملیاتی می‌شود.

حتی اگر استارشیپ تا سال ۲۰۲۵ آماده شود، لباس فضایی که فضانوردان برای عبور از سطح ماه نیاز دارند، ممکن است در آن زمان وجود نداشته باشد. در واقع، ناسا کمی در مورد لباس فضایی مشکل دارد. لباس‌های فضایی که در حال حاضر برای ایستگاه‌های فضایی استفاده می‌شوند، بقایای دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ هستند.

شرکت «ILC Dover» در آن زمان، ۱۸ لباس فضایی را برای استفاده در شاتل فضایی و در نهایت ایستگاه فضایی بین‌المللی عرضه کرد. از این تعداد، ۱۱ مورد باقی مانده که بین ایستگاه فضایی بین‌المللی و «مرکز فضایی جانسون» (JSC) ناسا تقسیم شده‌اند.

گزارش دفتر بازرسی کل ناسا در سال ۲۰۱۷، این نگرانی را ایجاد می‌کند که موجودی کنونی لباس ممکن است برای طول عمر ایستگاه فضایی کافی نباشد. در این گزارش آمده است: ناسا برای ادامه دادن حمایت از نیاز‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی با امکانات کنونی، تا سال ۲۰۲۴ با چالش روبه‌رو خواهد شد؛ چالشی که اگر عملیات ایستگاه تا سال ۲۰۲۸ تمدید شود، به شدت تشدید خواهد شد. مقامات ناسا در طول سال گذشته بار‌ها ابراز امیدواری کرده‌اند که حداقل تا سال ۲۰۳۰ با ایستگاه فضایی بین‌المللی کار کنند.

یک لباس فضایی کاملا متفاوت برای مأموریت‌های آرتمیس مورد نیاز است. گزارش دفتر بازرسی کل ناسا در سال ۲۰۱۸ حاکی از این است که حتی لباس‌های جدید ارائه‌شده برای ایستگاه فضایی بین‌المللی، تحرک، دوام یا عملکردی را که ماموریت‌های سیاره‌ای یا قمری نیاز دارند، ارائه نمی‌دهند.

همچنین، این گزارش بر نیاز ناسا برای آزمایش لباس‌های فضایی جدید در شرایط ریزگرانش یا پذیرش سطوح بالاتر خطر در طول ماموریت‌های اکتشافی آینده تاکید می‌کند که ممکن است بر سلامت و ایمنی فضانوردان و موفقیت ماموریت تأثیر بگذارند.

در زمان انتشار آن گزارش، برنامه نمایش‌های فناوری ایستگاه فضایی بین‌المللی، آزمایش‌های لباس فضایی جدید را بین سال‌های ۲۰۲۴ تا ۲۰۲۵ پیش‌بینی کرد.

یکی دیگر از گزارش‌های دفتر بازرسی کل ناسا که مربوط به سال گذشته است، شک و تردید بیشتری را در مورد توانایی ناسا در رعایت کردن جدول زمانی اعلام شده ایجاد کرد. این گزارش نشان می‌دهد که لباس‌های فضایی موسوم به «xEMU»، یک دهه توسعه را به کندی پشت سر گذاشته‌اند و بیش از یک میلیارد دلار هزینه داشته‌اند.

در این گزارش آمده است: آژانس در تحقق این هدف با چالش‌های مهمی روبه‌رو شده و این برنامه، یک تاخیر ۲۰ ماهه داشته است. این تأخیر‌ها ناشی از کمبود بودجه، اثرات کووید-۱۹ و چالش‌های فنی بوده‌اند. با توجه به الزامات یکپارچه‌سازی، لباس‌ها تا آوریل ۲۰۲۵ آماده پرواز نخواهند بود.

ناسا یافته‌های گزارش دفتر بازرسی کل را جدی گرفت و آمادگی برای ایستگاه فضایی بین‌المللی و ماموریت آرتمیس را سرعت داد. در ژوئن سال جاری، ناسا شرکت‌های «آکسیوم اسپیس» (Axiom Space) و «کالینز اروسپیس» (Collins Aerospace) را برای توسعه لباس‌های فضایی جدید در نظر گرفت و در سپتامبر، آکسیوم اسپیس را برای ارائه لباس‌هایی که فضانوردان روی سطح ماه خواهند پوشید، انتخاب کرد.

همچنین، آکسیوم اسپیس به دنبال نصب ماژول خود در ایستگاه فضایی بین‌المللی تا سال ۲۰۲۴ است تا به عنوان هسته یک ایستگاه فضایی خصوصی جدید عمل کند و ماموریت "Ax-۱" را در آوریل سال جاری اجرا کرد که نخستین مورد از معدود مأموریت‌های خصوصی سرنشین‌دار به مقصد ایستگاه فضایی بین‌المللی است. بدین ترتیب، ممکن است این شرکت بتواند لباس فضایی خود را در محیط ریزگرانش موجود در مدار پایین زمین آزمایش کند؛ در غیر این صورت، لباس فضایی در ماموریت آرتمیس۲ آزمایش می‌شود.

ناسا همچنان به طور علنی در مورد پرتاب آرتمیس۲ در سال ۲۰۲۴ ابراز اطمینان می‌کند، اما با توجه به اسناد داخلی خود آژانس که خلاف این را نشان می‌دهند، ممکن است مسئله زمان مطرح باشد. بنابراین، هرکسی که در حال حاضر از دیدن آرتمیس۱ شگفت‌زده شده است، باید صبر داشته باشد و منتظر بماند تا سامانه پرتاب فضایی بعدی، آسمان را روشن کند.