به مناسبت ۲۰ سالگی ایستگاه فضایی: پروژه ۱۵۰ میلیارد دلاری ناسا چه کمکی به نوع بشر کرد؟

وقتی روبین گیتنز در سال ۱۹۸۵ به استخدام ناسا در آمد، این آژانس فضایی تازه از برنامه‌هایش برای یک ایستگاه فضایی به نام Freedom پرده برداشته بود. این مهندس شیمی جوان قرار بود به حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های تکنولوژیک ناسا کمک کند. مهندسین ناسا تا آن زمان تجارب فراوان در زنده نگه داشتن فضانوردان برای چندین روز یا چندین هفته در فضا به دست آورده‌ بودند، اما ایستگاه فضایی جدید قرار بود به صورت همیشگی میزبان فضانوردان باشد. این یعنی باید سیستم‌های پشتیبانی حیاتی طراحی می‌شدند که می‌توانستند هوای قابل تنفس و آب آشامیدنی را برای چندین سال در اختیار خدمه قرار دهند. این مشکلی بسیار چالش‌برانگیز بود و گیتنز و همکارانش باید آن را برطرف می‌کردند.

طی چند سال بعد، گیتنز و تیمش به آزمون و خطا با مفاهیم پشتیبانی حیات مختلف پرداختند و تمام تلاش خود را به کار گرفتند تا با تغییرات به وجود آمده در طراحی ایستگاه همگام باقی بمانند. تا سال ۱۹۹۳ میلادی، مهندسین ناسا چندین میلیارد دلار صرف مطالعات مهندسی کرده بودند و خود ایستگاه نیز چندین مرتبه به طور اساسی بازطراحی شده بود. در همان سال، تمام پروژه با اختلاف تنها یک رای در کنگره از کنسل شدن نجات پیدا کرده بود. سیستم پشتیبانی حیاتی که گیتنز تقریبا یک دهه رویش کار کرده بود، هیچوقت در Freedom استفاده نمی‌شد. اما این سیستم قرار بود خانه‌ای تازه در پروژه ایستگاه فضایی بین‌المللی بیاید، پروژه‌ای که در قالب یک لایحه از سوی دولت کلینتون ارائه شد و هدفش، کنار گذاشتن برنامه قبلی و تقسیم هزینه‌ها میان دوجین کشور مختلف بود.

گیتنز که امروز که به مدیر اجرایی ایستگاه فضایی بین‌المللی تبدیل شده می‌گوید: «کار کردن روی این برنامه بسیار هیجان‌انگیز بود، از فاز رولر کوستری ابتدایی‌اش گرفته تا مشاهده به پایان رسیدنش و ثمره دادن تمام تحقیقات. و ما مدام در حال افزایش قابلیت‌ها هستیم، نه صرفا برای مصارف تجاری، بلکه برای مصارف اکتشافی. این برنامه‌ای معرکه بوده است».

نخستین ماژول‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی -شامل یک ماژول محموله روسی به نام Zarya و یک ماژول آمریکایی به نام Unity که نقش اتاق غذاخوری ایستگاه را ایفا می‌کند- در سال ۱۹۹۸ به فضا فرستاده شدند. کمتر از دو سال بعد، ایستگاه فضایی بین‌المللی میزبان نخستین بازدیدکنندگانش بود. در صبح روز ۳۱ اکتبر سال ۲۰۰۰ میلادی، بیل شفرد، فضانورد ناسا، همراه با سرگئی کریکالف و یوری گیدزنکو، اخترشناسان روسی، از مقر روسی بایکونار به فضا فرستاده شدند تا سفری دو روزه به سمت ایستگاه را پشت سر بگذارند. بعد از رسیدن به مقصد در روز ۲ اکتبر، آن‌ها برای ۴ ماه و نیم در ایستگاه فضایی سکونت کردند و به این ترتیب، برای نخستین بار شاهد حضور بی‌وقفه انسان‌ها در مدار پایین زمین بود‌یم که تا همین امروز ادامه یافته.

طی دو دهه اخیر، بیشتر از ۲۴۰ نفر از ۱۹ کشور مختلف به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کرده‌اند. این فضانوردان نه‌تنها روند ساخت ایستگاه را به پایان رساندند، بلکه دست به آزمایش‌های علمی پیشرفته نیز زدند که بسیاری از ذهنیت‌های پیشین ما را راجع به زیست‌شناسی، فیزیک و شیمی تغییر دادند. وقتی ساکنین ایستگاه مشغول نواختن موسیقی یا گرفتن تصاویر فک‌برانداز از زمین نیستند، فونداسیون لازم برای شکل‌گیری یک اقتصاد نویدبخش در مدار پایین زمین را بنا می‌کنند. و حالا که ناسا برنامه‌هایی برای حضور طولانی‌مدت انسان در کره ماه و مریخ دارد، فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی مشغول تست تکنولوژی‌هایی این هستند که این هدف را محقق خواهند کرد.

بخش اعظمی از تلاش فضانوردان طی دهه نخست تاسیس ایستگاه فضایی در مدار زمین، صرف تبدیل کردن آن به آزمایشگاه کنونی شد. وقتی نخستین خدمه در سال ۲۰۰۰ از راه رسیدند، ایستگاه فضایی تنها سه ماژول داشت و ماژول پشتیبانی حیات روسی Zvezda نیز تنها چند ماه قبل‌تر به ایستگاه افزوده شده بود.

از آن زمان، این ایستگاه طولی بیشتر از یک زمین فوتبال یافته و از ۱۶ ماژول مختلف تشکیل شده. ایستگاه فضایی اکنون می‌تواند میزبان ۱۳ نفر به صورت همزمان باشد، اما معمولا بین ۳ الی ۶ نفر را درون آن خواهید یافت. آخرین ماژول‌های بزرگ ایستگاه -یعنی اتاقک دیداری پانورامیک «کوپولا» و سیستم پشتیبانی حیات US Tranquility که اکسیژن و آب تصفیه شده تولید می‌کند- در سال ۲۰۱۱ به ایستگاه اضافه شدند. از همین زمان بود که «برهه کارایی» ایستگاه فضایی آغاز شد و فضانوردان می‌توانستند کاملا روی آزمون و خطا متمرکز باشند.

چند سال قبل‌تر، کنگره آمریکا آن بخش از ایستگاه فضایی بین‌المللی که متعلق به این کشور بود را تبدیل به جدیدترین آزمایشگاه ملی خود کرد که این یعنی در آن، تحقیقاتی روی ریزگرانش صورت می‌گیرد که ناسا لزوما مسئولیت‌شان را برعهده ندارد. در سال ۲۰۱۱، مقامات ناسا تصمیم گرفتند مدیریت این آزمایشگاه را به مرکز غیر انتفاعی پیشرفت‌های علمی در فضا بسپارند که پیشتر هدایت صدها آزمای مختلف در دانشگاه‌ها و کمپانی‌های آمریکایی را برعهده داشت. در همکاری با بنیاد علوم ملی و همینطور انستیتوی ملی سلامت، سالانه بالغ بر ۵۰ پروژه آزمایشی انتخاب و در ایستگاه بین‌المللی فضایی انجام می‌شوند.

کن شیلدز، مدیر ارشد عملیات‌های آزمایشگاه ملی ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌گوید: «ما یک رویکرد معرکه داریم که اجازه می‌دهد بخش خصوصی و دولتی با یکدیگر مشارکت کرده و فارغ از فعالیت‌های ناسا، به انجام مطالعاتی در زمینه ریزگرانش بپردازند که لزوما همیشه به اکتشاف فضا مرتبط نیستند. در روند توسعه این همکاری‌ها، ما کمپانی‌هایی به وجود آورده‌ایم که به سرعت قادر به تحقیق و توسعه در ایستگاه و دستیابی به نتایج مطلوب هستند».

آزمایشگاه ملی ایستگاه فضایی بین‌المللی، هم در علوم پایه و هم در علوم کاربردی دست به آزمایش می‌زند. از میان صدها پروژه‌ای که سالانه پیشنهاد می‌شود، آزمایشگاه تنها قادر به رسیدگی چند دوجین از آن‌ پروژه‌هایی است که درون دسته‌بندی‌های بسیار گسترده قرار می‌گیرند: دسته‌بندی‌هایی مانند سنجش از دور یا علوم زندگی. درحالی که آزمایشگاه‌های زمینی ممکن است هزاران کارمند داشته باشند، آزمایشگاه ایستگاه فضایی تنها میزبان چند تن از اعضای خدمه ناسا است.

مایکل رابرتس، مدیر اجرایی واحد علوم در آزمایشگاه ایستگاه فضایی می‌گوید: «ما برای اجرای آزمایش‌ها، شدیدا وابسته به فضانوردان هستیم. او توضیح می‌دهد که زمان محدود فضانوردانی که باید به آزمایش‌های خود ناسا نیز رسیدگی کرده و از ایستگاه مراقبت کنند، انواع و اقسام چالش‌ها را به وجود می‌آورد: چالش‌هایی که دیگر آزمایشگاه‌های ملی با آن‌ها بیگانه هستند. حتی رساندن مواد لازم برای آزمایش به دست فضانوردان، خود چالش‌هایی عظیم از نظر لجستیک دارد. رابرتس می‌گوید: «کار آسانی نیست که شما مواد لازم برای آزمایش را بردارید، بسته‌بندی کنید، درون یک موشک قرار دهید، به یک نقطه دور افتاده بفرستیدش، به کار بگیریدشان، بعد جمع‌شان کنید و پس بفرستیدشان».

طی سال گذشته میلادی، والنتیا فوساتی، یکی از محققین بنیاد سلول بنیادی نیویورک، چند انداوم‌واره به ایستگاه فضایی بین‌المللی رساند تا روی مکانیزم‌های سلولی کلیدی در بیماری پارکینسون، در شرایط ریزگرانش پژوهش شود. فوساتی به صورت خاص به نقش میکروگلیا -سلول‌های سیستم عصبی که در پروسه التهاب عصبی دخیل هستند- در این بیماری‌ها علاقه‌مند است. میکروگلیا شدیدا به محیط حساس است و بنابراین پژوهش روی رفتار آن‌ها در نبود گرانش، می‌تواند منجر به شکل‌گیری درکی بهتر از نقش آن‌ها در بیماری‌های نابودکننده سیستم عصبی شود.

فوساتی می‌گوید: «موضوع درباره مدل‌سازی بیماری و تلاش برای درک اتفاقی است که درون مغز می‌افتد. آنچه من در صدد بازسازی‌اش برآمده‌ام، چگونگی مردم عصب‌ها است. نبود گرانش به احتمال زیاد آن‌چه میان سلول‌ها رخ می‌دهد را دگرگون خواهد کرد.» اگرچه تحقیقات فوساتی در نهایت قرار است به درمان افراد حاضر روی زمین منجر شود، اما با نمایش تاثیری که ریزگرانش روی سلول‌های مغز می‌گذارد، به سلامت فضانوردان نیز کمک خواهد کرد.

افزون بر کمک به انسان‌های حاضر روی زمین، ایستگاه فضایی بین‌المللی اثبات کرده که نقشی بسیار ارزشمند در تحقیق روی تاثیر محیط فضا روی بدن افراد دارد. حضور طولانی‌مدت در محیط ریزگرانشی می‌تواند آسیب‌هایی جدی به استخوان‌ها و بافت‌های عضلانی وارد کند و از سوی دیگر نیز، مواجهه دائمی با تشعشعات موجود در اعماق فضا را نیز نباید از یاد برد. بدون ایستگاه فضایی بین‌المللی، محققان نمی‌توانستند چنین مسائلی را بررسی کنند که برای امن نگه داشتن فضانوردان هنگام سفر به فضا و سپس مریخ حیاتی تلقی می‌شوند.

گیتنر می‌گوید: «من در تمام حرفه شغلی‌ام روی سیستم‌های پشتیبانی حیات کار کرده‌ام و ایستگاه فضایی بین‌المللی بستری حیاتی برای آن بوده است». برای مثال در ماموریت مریخ، ناسا می‌خواهد همراه با فضانوردان، قطعاتی یدکی نیز به فضا بفرستد تا در صورت از کار افتادن هر بخش، خدمه در امنیت باقی بماند.

اما بدون وجود بستری برای سنجش نرخ خطای این قطعات، ناسا ممکن بود فضای ارزشمند محموله‌ها و همینطور بودجه ماموریت را هدر داده و آن‌ها را به قطعات اضافی آزمایش‌نشده اختصاص دهد. گیتنز می‌گوید: «وقتی ما برای اولین بار به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کردیم، اگر ماموریت مریخ را امتحان می‌کردیم، ذهنیتی نامطمئن نیست به شکست‌های پیش‌بینی نشده داشتیم. از طریق آزمایش‌های انجام شده در ایستگاه، توانسته‌ایم تعداد قطعات اضافی مورد نیاز برای یک سفر موفقیت‌آمیز به مریخ را کاهش دهیم».

گیتنز توضیح می‌دهد که ایستگاه فضایی بین‌المللی در ایجاد علاقه به مدار پایین زمین از سوی کمپانی‌های خصوصی نیز موثر بوده است. طی سال گذشته میلادی، ناسا با ورود به بازار سهام نزدک اعلام کرد که ایستگاه فضایی بین‌المللی وارد تجارت می‌شود و برای تامین هزینه‌ها، شروع به انجام آزمایش‌های تجاری می‌کند.

از سوی دیگر ناسا برای چندین سال در توسعه تجهیزات علمی خود به شرکت‌هایی نظیر Nanoracks متکی بوده و حالا می‌خواهد مشتریانی را جذب کند که کسب‌وکارشان هیچ ارتباطی به فضا ندارد. برای مثال اوایل امسال شرکت Estee Lauder با ناسا قرارداد امضا کرد و به تصویربرداری از درون ایستگاه فضایی، برای تبلیغات یک کرم پوست پرداخت. سال بعد نیز شرکت Axiom Space که در توسعه نخستین ایستگاه فضایی تجاری نقش دارد، تام کروز و سه فضانورد خصوصی دیگر را به ایستگاه می‌برد تا به فیلم‌برداری برای یک فیلم‌ سینمایی بپردازند.

ایستگاه فضایی بین‌المللی آنقدر به دور زمین گردیده که تاثیر شگرفش روی آزمایش‌های تکنولوژیک به راحتی نادیده گرفته می‌شود. بیش‌تر از یک چهارم جمعیت جهان، زمانی را که انسان پا به فضا نگذاشته بود را به یاد نمی‌آورد. حتی بدون درنظرگیری تمام پیشرفت‌های حاصل شده در زمینه علوم، تکنولوژی و دارو به لطف ایستگاه فضایی، همین به تنهایی دستاوردی شگفت‌انگیز است. ایستگاه فضایی احتمالا تا ۲۰ سال دیگر وجود خارجی نداشته باشد و هیچوقت هم قرار نبوده اینقدر عمر کند. ایستگاه فضایی همواره به عنوان سنگ بنایی برای اکتشاف جهانی‌های دیگر از سوی انسان در نظر گرفته شده است. امروز بیستمین سالگرد باز شدن درهای ایستگاه فضایی بین‌المللی به روی فضانوردان است. اما ماجراجویی تازه آغاز شده.