فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا پس از خواب زمستانی یکساله برای انجام تحقیقات بیسابقه فراتر از پلوتو بیدار میشود
مدتی بود که خبری از فضاپیمای نیوهورایزنز نداشتیم، اما حالا مطابق تازهترین خبرهای منتشرشده از سوی ناسا، فضاپیمای نیوهورایزنز (New Horizons) پس از یک خواب زمستانی ۳۲۱ روزه دوباره بیدار شده است. شاید تا حالا تصور میکردید که وقتی یک فضاپیما به مرزهای منظومه شمسی میرسد کارش تمام میشود و در تاریکی مطلق رها خواهد شد، اما در این مقاله با هم میبینیم که چطور این روبات رکوردشکن قرار است فصل تازهای از پژوهشهای علمی را در اعماق ناشناخته کیهان آغاز کند. آیا واقعاً این سازه دستبشر میتواند رازهای مرز منظومه شمسی و فضای میانستارهای را برنماید؟ نیوهورایزنز اکنون در چه وضعیتی قرار دارد و چه مسیر شگفتانگیزی را طی کرده است؟ در ادامه این گزارش با هم مرور میکنیم که چرا بیداری این کاوشگر، توجه جامعه علمی جهان را به خود جلب کرده است.
بازگشت نیوهورایزنز از خواب طولانی در مرزهای تاریک کیهان
فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا پس از سپری کردن یک دوره خواب زمستانی ۳۲۱ روزه، فرمان بیداری را دریافت کرده و گزارشها نشان میدهد که همه سیستمهای آن در سلامت کامل به سر میبرند. این کاوشگر پیشگام که رکوردهای بینظیری را در تاریخ کاوشهای فضایی ثبت کرده، اکنون در دوردستترین نقاط منظومه شمسی قرار دارد و آماده است تا ارسال دادههای ارزشمند علمی را از سر بگیرد. دانشمندان هدایتکننده این ماموریت تایید کردهاند که روند بازیابی فضاپیما با موفقیت انجام شده و ابزارهای سنجش آن برای بررسی قلمروهای نادیده آماده ثبت اطلاعات هستند.
طی این دوره خاموشی نسبی، سیستمهای حیاتی فضاپیما به صورت متناوب پیامهای وضعیت را به زمین ارسال میکردند تا اتاق کنترل از سلامت تجهیزات اطمینان حاصل کند. آلیس بومن (Alice Bowman)، مدیر عملیات ماموریت نیوهورایزنز در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (JHUAPL)، اعلام کرده که تمام گزارشهای دریافتی در طول این خواب طولانی وضعیت سبز و بدون نقص را نشان دادهاند. این موضوع نشاندهنده طراحی فوقالعاده و مقاومت بالای قطعات سختافزاری این سفینه در برابر شرایط سخت و طاقتفرسای اعماق فضا است.
مسیر تاریخی سریعترین کاوشگر ساختهشده به دست بشر
نیوهورایزنز در سال ۲۰۰۶ میلادی به فضا پرتاب شد و در همان بدو پرتاب، رکورد سریعترین پرتاب فضایی تاریخ را با شکسته و با سرعتی حدود ۵۸ هزار و ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت زمین را به مقصد اعماق منظومه شمسی ترک کرد. این کاوشگر پیشرفته برای رسیدن به این سرعت شگفتانگیز و صرفهجویی در مصرف سوخت، از گرانش سیارات دیگر کمک گرفت. نیوهورایزنز در سال ۲۰۰۷ با پرواز از نزدیک سیاره مشتری (Jupiter) توانست قلاب گرانشی این غول گازی را به کار گیرد و سرعت خود را به شکل چشمگیری افزایش دهد تا راهی مقصد اصلی خود یعنی سیاره کوتوله پلوتو (Pluto) شود.
در سال ۲۰۱۵ لحظه تاریخی ماموریت رقم خورد و این فضاپیما برای نخستینبار تصاویر باکیفیت و باورنکردنی از سطح پلوتو و قمرهای آن به زمین مخابره کرد. امروزه نیوهورایزنز فاصلهای در حدود ۹.۵ میلیارد کیلومتر از زمین دارد که معادل ۶۴ واحد نجومی (AU) یا ۶۴ برابر فاصله زمین تا خورشید است. قرار گرفتن در چنین فاصلهای، هرگونه ارتباط رادیویی را با تاخیرهای چندساعته مواجه میسازد و اهمیت سلامت خودکار تجهیزات را دوچندان میکند.
موقعیت استثنایی کاوشگر در میان دوردستترین دستسازههای بشر
اگر فضاپیماهای دوگانه و افسانهای وویجر (Voyager) را که در سال ۱۹۷۷ به فضا پرتاب شدند فاکتور بگیریم، نیوهورایزنز دورترین فضاپیمای فعال و عملیاتی بشر در کل جهان به شمار میرود. پیش از این کاوشگر، سفینههای پایونیر ۱۰ و پایونیر ۱۱ (Pioneer 10 & 11) نیز توانسته بودند مسافتهای بسیار دوری را طی کنند و به فواصل بالاتری دست یابند، اما هر دو کاوشگر پایونیر چند دهه پیش به دلیل اتمام منابع انرژی خود از کار افتادند و ارتباطشان برای همیشه با زمین قطع شد.
اکنون نیوهورایزنز در موقعیتی منحصربهفرد قرار دارد که میتواند دادههای بینظیری از منطقه کمربند کویپر (Kuiper Belt) و مرز بیرونی هلپوسفر یا خورشیدکره (Heliosphere) جمعآوری کند. خورشیدکره حباب عظیمی از ذرات باردار است که توسط خورشید ایجاد شده و منظومه ما را در بر گرفته است. مطالعه مرزی که قلمرو خورشید به پایان میرسد و فضای میانستارهای (Interstellar Space) آغاز میشود، یکی از هیجانانگیزترین بخشهای پژوهشهای کیهانشناسی مدرن است که نیوهورایزنز نقش اصلی را در آن ایفا میکند.
مکانیسم خواب زمستانی فضاپیماها چگونه کار میکند؟
رباتهای فضایی که به ماموریتهای طولانیمدت ارسال میشوند، با چالش بزرگ تامین انرژی و فرسایش قطعات روبرو هستند. سیستم خواب زمستانی (Hibernation) یک راهکار مهندسی فوقالعاده برای ذخیره انرژی، کاهش استهلاک قطعات مکانیکی و الکترونیکی و همچنین کاهش هزینههای عملیاتی تیمهای پشتیبانی روی زمین است. در این حالت، اکثر ابزارهای علمی غیرضروری، فرستندههای پرقدرت و پردازندههای اصلی خاموش میشوند و سفینه تنها با یک سیستم مانیتورینگ پایه به مسیر خود ادامه میدهد.
در حالت خواب زمستانی، فضاپیما به آرامی حول محور خود میچرخند تا پایداری ژیروسکوپی آن حفظ شود و قطعات آن تحت تابش ناهمگون دمایی قرار نگیرند. رایانه مرکزی تنها در فواصل زمانی مشخص، سیگنالی کوتاه معروف به «بوق سلامت» به زمین میفرستد تا به مهندسان تایید دهد که همه مدارها سالم هستند. این فرایند هوشمندانه باعث میشود که فضاپیما بتواند سوخت سوخت هستهای منبع ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) خود را برای سالهای متمادی و برای لحظات حساس علمی ذخیره کند.
چالشهای مخابره داده از فاصله ۹.۵ میلیارد کیلومتری زمین
ارسال سیگنال از فاصلهای نزدیک به ۱۰ میلیارد کیلومتر، فرآیندی کاملاً متفاوت با ارتباطات معمولی رادیویی است. پهنای باند ارتباطی نیوهورایزنز در این فاصلهها بسیار محدود است و سرعت انتقال دادهها گاهی به چند صد بیت در ثانیه کاهش مییابد. این بدان معناست که انتقال یک عکس باکیفیت بالا از پلوتو یا اجرام کمربند کویپر ممکن است روزها یا حتی هفتهها طول بکشد.
امواج رادیویی که با سرعت نور حرکت میکنند، بیش از ۸ ساعت زمان نیاز دارند تا از فضاپیما به آنتنهای شبکه فضای دوردست ناسا (Deep Space Network) روی زمین برسند. این تاخیر زمانی شدید باعث میشود که هرگونه فرماندهی از زمین نیازمند برنامهریزی بسیار دقیق باشد؛ زیرا اگر خطایی رخ دهد، پشتیبانان زمین حداقل ۱۶ ساعت بعد از نتیجه آن باخبر خواهند شد. به همین دلیل سیستمهای خودکار عیبیابی و هوش مصنوعی داخلی فضاپیما نقشی حیاتی در حفظ امنیت آن ایفا میکنند.
راز پایداری سوخت هستهای نیوهورایزنز در سرمای مطلق فضا
یکی از سوالات مهم برای علاقهمندان به علم فضا این است که چطور یک فضاپیما میتواند پس از گذشت دو دهه در دوردستترین نقاط کیهان که نور خورشید بسیار ضعیف است، انرژی لازم برای کارکرد تجهیزات و سیستمهای گرمایشی خود را تامین کند؟ پنلهای خورشیدی در این فواصل کاملاً بیمصرف هستند زیرا شدت تابش خورشید در فاصله ۶۴ واحد نجومی، هزاران بار کمتر از زمین است. پاسخ این سوال در مولدهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ یا همان باتریهای هستهای نهفته است.
نیوهورایزنز از فروپاشی طبیعی پلوتونیم ۲۳۸ (Plutonium-238) برای تولید حرارت استفاده میکند و سپس این حرارت را از طریق ترموکوپلها به انرژی الکتریکی تبدیل میسازد. این گرما علاوه بر تامین برق ابزارها، قطعات حساس الکترونیکی را از انجماد در دمای نزدیک به صفر مطلق فضا محافظت میکند. افت قدرت این مولدها بسیار کند است و همین ویژگی به نیوهورایزنز اجازه میدهد که تا دهه ۲۰۳۰ میلادی به فعالیت علمی خود ادامه دهد و افقهای جدیدی از کیهان را برای بشر روشن کند.
سرنوشت نهایی کاوشگرهای اعماق فضا چه خواهد شد؟
نگاهی به مسیر حرکت فضاپیماهایی مانند وویجر ۱ و ۲ یا نیوهورایزنز، پرسشهای زیادی را درباره آینده این دستسازههای بشری ایجاد میکند. آیا این سازهها سرانجام به جایی برخورد خواهند کرد یا تا ابد در تاریکی کیهان سرگردان خواهند بود؟ واقعیت این است که فضای بین ستارهای به قدری وسیع و خالی است که شانس برخورد این کاوشگرها با هرگونه جرم آسمانی یا ستارهای تقریباً صفر است.
پس از آنکه سوخت هستهای نیوهورایزنز به طور کامل به پایان برسد و آخرین سیگنالهای آن در دهه آینده خاموش شوند، این فضاپیما به یک سفینه متروک تبدیل خواهد شد که با همان سرعت بالا به حرکت خود در کهکشان راه شیری ادامه میدهد.
نیوهورایزنز کاملاً هم خالی نیست و اقلام یادبودی و نمادینی همراه خود دارد که شامل موارد زیر است:
-خاکسترهای کلاید تامبا (Clyde Tombaugh): منجم کاشف پلوتو در سال ۱۹۳۰. بخشی از خاکستر او در یک محفظه کوچک به این فضاپیما متصل شده است.
-لوح فشرده (CD): حاوی اسامی بیش از ۴۳۴ هزار نفر از مردم که در کمپین ناسا ثبتنام کرده بودند.
-یک لوح فشرده دیگر: شامل تصاویر تیم طراحی و مهندسی پروژه.
-یک سکه یادبود: سکه ایالتی فلوریدا و سکهای از سوی تیم سازنده.
-قطعهای از فضاپیمای SpaceShipOne: اولین فضاپیمای سرنشیندار خصوصی.
-پرچم ایالات متحده آمریکا.
بنابراین اگرچه لوح پیام برای تمدنهای فرازمینی (مثل لوح وویجر) روی آن نصب نشده، اما مجموعه مفصلی از یادبودهای نمادین فرهنگ و دانش انسان را با خود به اعماق کیهان میبرد.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
