آزمایش بزرگ فضاپیمای اوریون ناسا برای پرواز به ماه و اعماق فضا

بشریت در حال آمده شدن برای سفر به اعماق بی‌سابقه‌ای در فضا است.

انسان به ماه باز خواهد گشت و در نهایت برای اولین بار قدم روی مریخ خواهد گذاشت. قدم‌های بعدی در سفر انسان‌ها به فضا بخشی از ماموریت آرتمیس هستند. و کلید اصلی این پروژه فضاپیمای سرنشین‌دار اوریون است — ساخته‌ای که بیش از پنج دهه علم و دانش ناسا در حوزهٔ فضا را به کار می‌گیرد.

اولین آزمایش بزرگ اوریون در عرض یک هفته، پایان آگوست ۲۰۲۲، اجرا خواهد شد. قرار است تا قوی‌ترین راکت ساختهٔ دست بشر — سامانهٔ پرتاب فضایی (Space Lunch System) یا SLS — کپسول اوریون را به دورترین مکانی که هر فضانوردی تا به حال رفته، پرتاب کند.

پس از این آزمایش، که نام رسمی آن ماموریت آرتمیس ۱ است، کپسول اوریون تبدیل به فضاپیمایی می‌شود که انسان‌ها را وارد دوران جدیدی از اکتشافات فضایی خواهد کرد.

مدیسون ای. تاتل (Madison E. Tuttle)، متخصص امور عمومی ناسا در مرکز فضایی کندی در فلوریدا، می‌گوید «فضاپیمای اوریون کپسولی است که فضانوردان و محموله‌های علمی را به ماه حمل خواهد کرد. به عنوان وسیله‌ای که فضانوردان را به فضا حمل می‌کند، قابلیت لغو اضطراری ماموریت‌ها را دارد، از فضانوردان در طول سفرهای فضایی حفاظت می‌کند و قابلیت ورود ایمن با سرعت‌های بازگشت بالا از فضا را دارد، فضاپیمای اوریون ساخته شده تا انسان‌ها را دورتر از هر زمان دیگری حمل کند.»

آفرینش اوریون

فضاپیمای اوریون سه بخش اصلی دارد. این بخش‌ها از بالا به پایین عبارتند از: سیستم لغو پرواز که به گونه‌ای طراحی شده تا فضاپیما و سرنشینان آن را در صورت اشکال در پرتاب به طور ایمن بازگرداند؛ مدول سرنشینان که پنج متر قطر دارد و مجهز به آخرین تکولوژی‌های سکونت، اویونیک (الکترونیک هوانوردی) و پشتیبانی حیات است؛ و در پایین مدول خدمات آژانس فضایی اروپا (ESA) که وظیفهٔ تامین اکسیژن، آب و برق جمع‌آوری شده از سه پنل خورشیدی تاشوی فضاپیما بر عهدهٔ آن است.

فضاپیمای اوریون — با نام رسمی حامل چند هدفهٔ اوریون — برای اولین بار توسط شرکت لاکهید مارتین (Lockheed Martin) در اوایل دههٔ ۲۰۰۰ ایده‌پردازی شد. تاریخ اوریون را می‌توان تا زمستان ۲۰۰۴ به عقب دنبال کرد، زمانی که ناسا حامل اکتشاف سرنشین‌دار (CEV - Crew Exploration Vehicle) را برای برنامهٔ «چشم‌انداز اکتشاف فضایی» معرفی کرد.

زمانی که این پروژه به عنوان یک CEV برای برنامهٔ صورت‌فلکی (Constellation Program) ناسا در نظر گرفته شد، نام آن به «اوریون» تغییر کرد. هدف از این برنامه دو نسخهٔ سرنشین‌دار و باری فضاپیما بود که به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کنند و علاوه بر این، انسان‌ها را نیز به ماه باز گردانند.

بعد از لغو برنامهٔ صورت فلکی در سال ۲۰۱۰، و همچنین لغو راکت آرس ۱ (Ares 1)، که قرار بود اوریون را به فضا پرتاب کند، اوریون جان سالم به در برد. در سال ۲۰۱۱، ناسا تولید حامل اوریون را به طور رسمی اعلام کرد و لاکهید مارتین نقش اصلی را در ساخت مدول فرمان این فضاپیما بر عهده گرفت.

در سال ۲۰۱۲، ESA اعلام کرد که احتمال همکاری با ناسا برای تهیهٔ یک مدول خدمات قابل اتصال به اوریون وجود دارد. در همان سال، ساخت مدول خدمات اوریون به شاخهٔ دفاع و فضای شرکت ایرباس (Airbus Defense and Space) واگذار شد.

تا سال ۲۰۲۰، حداقل سه نسخه از فضاپیمای اوریون در حال ساخت بودند و طبق گفتهٔ لاکهید مارتین، توافقات رسمی برای شش ماموریت با حضور اوریون با ناسا انجام شده بود. این شرکت می‌گوید احتمال ساخت و ۱۲ ماموریت بیشتر نیز وجود دارد.

طبق اعلام ناسا، از سال ۲۰۰۶ تا ۲۰۲۰ در مجموع ۱۹ میلیارد دلار بودجه صرف اوریون شد که با توجه به تورم، برابر با ۲۱٫۵ میلیارد دلار امروز است.

آزمایش بخش‌های مختلف فضاپیمای اوریون و استفاده از مدل‌ها و بویلرپلیت‌های مختلف — وسیله‌ای مشابه به کپسول بازگشت، برای آزمایش حالت‌های مختلف اندازه، شکل و دیگر ویژگی‌های این کپسول — از اوایل سال ۲۰۰۷ آغاز شد.

در دسامبر ۲۰۱۴، فضاپیمای اوریون با راکت دلتا هوی (Delta Heavy) شرکت ائتلاف پرتاب و راه‌اندازی (United Launch Alliance) برای مدت کوتاه به پرواز در آمد تا داده‌های مربوط به عملکرد فضاپیما جمع‌آوری شوند. این پرواز — آزمایش پرواز اکتشاف ۱ (EFT-1) — چهار ساعت و ۲۴ دقیقه به طول انجامید و با فرود کپسول در اقیانوس آرام پایان یافت.

در سال ۲۰۲۱، فضاپیمای اوریون در بالای راکت SLS قرار گرفت. در سال جاری میلادی، راکت آرتمیس ۱ به سکوی پرتاب مرکز فضایی کندی در فلوریدا منتلق شد تا برای مهم‌ترین آزمایش خود آماده شود.

شارون کاب (Sharon Cobb)، دستیار مدیر پروژهٔ SLS، می‌گوید «تمام این تلاش‌ها در استفاده از قوی‌ترین راکت ساخته شده برای پرتاب پیچیده‌ترین فضاپیمای سرنشین دار ساخته شده محقق می‌شوند. این نشانی است از نبوغ و پشتکار انسان و چیزی است که همهٔ ما به آن افتخار می‌کنیم.»

در طول پرواز بدون سرنشین اوریون به عنوان بخشی از ماموریت آرتمیس ۱، این کپسول به عمقی بیشتر از هر فضاپیمای سرنشین‌دار قبلی می‌رود.

تاتل توضیح می‌دهد «آرتمیس ۱ تمام سیستم‌های روی کپسول و تغییرات پس از آزمایش سال ۲۰۱۴ را آزمایش خواهد کرد. این امری حیاتی است که پیش از ماموریت‌های سرنشین‌دار مطمئن شویم اوریون می‌تواند به طور ایمن به فضا برود و سپس روی آب فرود بیاید.»

راکت SLS به همراه فضاپیمای اوریون در بالای آن با یک جفت بوستر پنج بخشی و چهار موتور RS-25 پرواز خود را آغاز می‌کند که در مجموع نیروی پرتابی معادل ۳٫۹ میلیون کیلوگرم ایجاد می‌کنند. طبق گفتهٔ تاتل، قدرت SLS آن را به تنها حامل پرتابی تبدیل می‌کند که می‌تواند فضاپیمای اوریون را به ماه و فراتر از آن بفرستد.

وقتی SLS به ارتفاع حدودا ۱۶۰ کیلومتری برسد، بوسترها و پنل‌های مدول خدمات را دور می‌اندازد. اوریون نیز این کار را با سیستم لغو پرتاب خود انجام می‌دهد. موتورهای طبقهٔ میانی SLS خاموش و از اوریون جدا می‌شوند.

حدود دو ساعت پس از پرتاب و هنگام گردش در مدار زمین، بخش پیشران برودتی موقت (ICPS - Interim Cryogenic Propulsion Stage) در طبقهٔ بالای راکت فعال می‌شوند تا آخرین نیروی لازم را برای سفر اوریون به ماه و فراتر از آن به اوریون وارد کنند.

به این ترتیب اوریون که با نیروی پیشران مدول خدمات خود حرکت می‌کند، سفر ۴۵۰٬۰۰۰ کیلومتری خود را به دور از زمین اغاز می‌کند. در طول این مدت، مهندسان ناسا با استفاده از شبکهٔ فضای دوردست — مجموعه‌ای از آنتن‌های ناسا برای کنترل و پشتیبانی ماهواره‌ها و ماموریت‌های فضایی — به نظارت اوریون پرداخته و قابلیت‌های هدایت، ارتباط و عملیات آن را در اعماق فضا آزمایش می‌کنند.

سیستم‌های اوریون در طول پرواز چند روزه به مدار ۱۰۰ کیلومتری ماه آزمایش می‌شوند. در ادامه، اوریون با استفاده از اثر گرانشی ماه خود را به عمق بیشتری از فضا پرتاب می‌کند و در فاصله‌ای حدودا ۴۶٬۰۰۰ کیلومتری از ماه به سفر خود ادامه می‌دهد.

بعد از حدود شش روز در این فاصله، اوریون یک بار دیگر از نزدیک شدن ماه استفاده می‌کند تا به سمت زمین شتاب بگیرد. این فضاپیما با سرعت ۴۰٬۲۰۰ کیلومتر بر ساعت وارد اتمسفر می‌شود و دمای حدودا ۲٬۷۶۰ درجه‌ای را تجربه خواهد کرد. فضاپیما توسط بزرگترین سپر حرارتی دنیا — با پنج متر قطر — در پایین مدول سرنشینان و کاشی‌های حرارتی پیشرفته حفاظت می‌شود.

ورود ایمن به اتمسفر زمین و فرود دقیق در آب‌های سواحل کالیفرنیا آخرین آزمایش‌های اوریون خواهند بود. تنها بخش فضاپیما که دوباره به زمین می‌رسد مدول سرنشینان است.

این ماموریت چیزی بین چهار تا شش هفته طول خواهد کشید. این بلندترین زمانی است که یک فضاپیمای سرنشین‌دار بدون اتصال به یک ایستگاه فضایی در فضا سپری خواهد کرد و اوریون در این مدت مسیری تقریبا ۲٫۱ میلیون کیلومتری را طی می‌کند.

تاتل می‌گوید «اوریون بزرگتر از هر فضاپیمای دیگر است تا بتوان با آن مایل‌ها و روزهای لازم برایرسیدن به مدار ماه را پیمود. این فضاپیما به مکان‌هایی دورتر از هر فضاپیمایی که برای انسان‌ها ساخته شده پرواز خواهد کرد. نه تنها اوریون بیشتر از هر فضاپیمای سرنشین‌دار دیگر بدون اتصال به یک ایستگاه فضایی در فضا خواهد بود، بلکه با سرعتی بسیار بیشتر به زمین بر خواهد گشت.»

بعد از ماموریت بدون سرنشین آرتمیس ۱، آزمایش بزرگ بعدی این فضاپیما ماموریت آرتمیس ۲ خواهد بود. این بار اوریون برای اولین بار با سرنشین به فضا خواهد رفت.

در ادامه، ماموریت آرتمیس ۳، که زودتر از سال ۲۰۲۴ اجرا نمی‌شود، یک زن و یک فرد رنگین‌پوست را برای اولین بار به ماه می‌برد و در قطب جنوب ماه فرود می‌آید.

طبق توضیحات تاتل «دو ماموریت بعد از آرتمیس ۱ فضانوردان را به مدار ماه خواهند برد و آرتمیس ۳ به همراه یک سیستم فرودگر انسانی فضانوردان را به ماه می‌رساند. آرتمیس ۲ اولین باری خواهد بود که سرنشینانی با اوریون پرواز می‌کنند و آن‌ها در مدار ماه به آزمایش سیستم‌های اوریون پیش از فرود آرتمیس ۳ روی ماه می‌پردازند.»

شاخهٔ دفاع و خدمات ایرباس در سال ۲۰۱۷ شروع به ساخت دومین واحد خدمات را کرد که در ماموریت آرتمیس ۲ اوریون را همراهی می‌کند.

لارا پولیا (Laura Poliah) سرپرست آزمایش پروژهٔ فضاپیمای اوریون است. او پیش از پرواز آرتمیس ۱ نظر خود را دربارهٔ اهمیت این ماموریت و مسیری که اوریون برای رسیدن به این نقطه پیموده، گفته است:

«همزمان با آماده شدن برای اولین سفر اوریون به دور ماه و بازگشت به زمین، من به ساعت‌های بی‌شمار طراحی، ساخت و آزمایش فکر می‌کنم که به همراه همکاران‌مان برای رسیدن به اینجا طی کردیم. احساسات بسیاری از پیش‌بینی تا شادی وجود دارد، اما بیشتر از همه من نسبت به تیمم و کاری که برای رساندن نسل خود به دوران جدید اکتشافات فضایی انجام داده‌ایم، احساس غرور می‌کنم؛ این افتخار بزرگی بوده است.»