انقلاب در سفر به مریخ: طرح ناسا و «راکت لب» برای کاهش 90 درصدی هزینه‌ها

مأموریت جدید ناسا و کمپانی راکت لب (Rocket Lab) راهی یک سفر دو مرحله‌ای است. مرحله اول، یک سفر ۵۵ ساعته از کالیفرنیا به محل پرتاب در کیپ کاناورال در فلوریدا. و مرحله دوم یک سفر ۱۱ ماهه به مریخ. هدف این مأموریت سفر به مریخ با هزینه ۵۵ میلیون دلار است؛ یعنی فقط ۱/۱۰ هزینه مأموریت‌های قبلی.

این مأموریت «شتاب فرار و پلاسما و کاوشگران دینامیک» یا به‌اختصار ESCAPADE نام دارد. آزمایشگاه علوم فضا (SSL) در دانشگاه کالیفرنیا برکلی یک محموله علمی برای این مأموریت تهیه کرده که بادهای خورشیدی و اتمسفر مریخ را مطالعه می‌کند. اما خود فضاپیمایی را که در فضا حرکت و محموله‌ها را حمل می‌کند، کمپانی راکت لب ساخته است.

با این که راکت لب با راکت «الکترون» (که از لحاظ تعداد پرواز پس از فالکون ۹ اسپیس‌ایکس در رده دوم است) شناخته می‌شود، ESCAPADE احتمالاً در پاییز یا زمستان امسال با راکت «نیو گلن» (New Glenn) بلو اوریجین به فضا پرتاب می‌شود.

در حقیقت، عمده درآمد راکت لب از ساخت و فروش فضاپیما یا تجهیزات فضاپیما می‌آید. راکت لب در سال ۲۰۲۲ نیز یک ماهواره برای مأموریت «عملیات فناوری سیستم جایگیری خودکار بین زمین و ماه و آزمایش مسیریابی» (CAPSTONE) ساخت. این فضاپیما پس از طی یک مسیر پنج ماهه در اعماق فضا به مدار ماه وارد شد.

اما سفر به مریخ زمان خیلی طولانی‌تری لازم دارد و هزینه سفر به آن نیز بسیار بالا است. دو مأموریت اخیر ارسال ماهواره به مریخ (مدارگرد شناسایی مریخ در ۲۰۰۵ و MAVEN در ۲۰۱۳) هر کدام بیش از ۵۰۰ میلیون دلار هزینه برای ناسا داشتند.

کاهش هزینه سفر به مریخ

در سال ۲۰۱۹، ناسا برنامه «مأموریت‌های نوآورانه کوچک برای کاوش سیاره‌ای» (SIMPLEx) را آغاز کرد. هدف ناسا این بود که به‌جای خرج ۵۵۰ میلیون دلار برای هر مأموریت به اعماق فضا، هزینه سفر به مریخ را به ۱/۱۰ کاهش دهد و به هر مأموریت ۵۵ میلیون (جدا از هزینه پرتاب) اعطا کند.

ESCAPADE یکی از سه مأموریتی است که در برنامه SIMPLEx انتخاب شدند. البته این بودجه ۵۵ میلیون دلاری در اصل به بازرس اصلی پروژه، SSL، رسید که برای ساخت دو فضاپیما با راکت لب قرارداد بست.

این دو فضاپیما آبی و طلایی نام دارند و برپایه فضاپیمای کاوشگر راکت لب، CAPSTONE، هستند که قابلیت تغییر سرعت بالایی دارد. یکی از چالش‌های بزرگ مهندسان راکت لب ساخت یک فضاپیما بود که بتواند مسیر طولانی زمین تا مریخ را طی کند. به همین علت، ۷۰ درصد وزن فضاپیماهای ESCAPADE را سوخت تشکیل می‌دهد. این سوخت باعث می‌شود که فضاپیماها بتوانند میزان تغییر سرعت خود را به سه کیلومتر بر ساعت برسانند، که برای ماهواره‌ای با این ابعاد بسیار بالا است.

یکی دیگر از چالش‌های راکت لب این بود که آن‌ها تا فوریه ۲۰۲۳ نمی‌دانستند فضاپیماها با چه راکتی به فضا پرتاب خواهند شد. به این ترتیب، آن‌ها برای طراحی فضاپیمای خود پارامترهایی به‌نام «قیود محرک» (driving constraints) را در اختیار نداشتند.

برای حل این مشکل، آن‌ها فضاپیمای خود را با حداکثر جرمی که سیستم‌شان به‌صورت فیزیکی می‌تواند وارد مدار مریخ کند طراحی کردند، نه با حداکثر جرمی که راکت می‌تواند به فضا برساند.

آن‌ها همچنین فضاپیما را به‌جای حعبه به صورت یک «ساندویچ تانک» ساختند. در این طراحی، دو عرشه، تانک‌های سوخت در وسط را احاطه می‌کنند. این طراحی باعث شد تا آن‌ها موفق شوند وزن سازه ماهواره را از ۲۰-۲۲ درصد وزن کل فضاپیما در ماهواره‌های متداول، به ۱۲ درصد کاهش دهند.

این کاهش وزن به معنی کاهش سوخت مورد نیاز، کاهش حجم تانک‌های سوخت، کاهش ابعاد پنل‌های خورشیدی و تغییرات دیگر بود.

فضاپیماها ۱۱ ماه پس از پرتاب به مریخ می‌رسند، اما در آن زمان خورشید بین مریخ و زمین خواهد بود و برقراری ارتباط با آن ممکن نخواهد بود. پس تیم راکت لب سه ماه صبر خواهد کرد و سپس عملیات جایگیری در مدار را آغاز خواهد کرد. ESCAPADE به مدت ۱۱ ماه به جمع‌آوری و ارسال داده‌ها به زمین مشغول خواهد بود.