چرا یک ماموریت فضایی نمی تواند در هر لحظه پرواز کند: پنجره پرتاب چیست؟

چرا سفینه فضایی در هر زمانی نمی تواند پرتاب شود؟ سکوی پرتاب چیست؟ همه اینها را از مقاله ما یاد خواهید گرفت.

ماموریت آرتمیس اول

اهمیت ماموریت آرتمیس اول برای بشر اغلب با پرواز آپولو 8 در سال 1968 مقایسه می شود، زمانی که انسان برای اولین بار در تاریخ توانست به مدار ماه برسد. اما در آن زمان قرار بود یک پرواز موفقیت آمیز به ماه قبل از هر چیز یک پیروزی در رویارویی سیاسی و فناوری بین ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی باشد، علم در پس زمینه بود. البته برنامه «آپولو» موفقیت بزرگی بود، زیرا فردی که تنها چند دهه پیش با اولین هواپیما زمین را ترک کرد، بر جاذبه زمین غلبه کرد و خود را در مدار یک جرم آسمانی دیگر دید.

تقریباً در آن زمان صحبتی از مولفه اقتصادی نبود. اما شش دهه بعد، دقیقاً مزایای اقتصادی اکتشاف منابع ماه است که انسان را به «بازگشت» به ماه ترغیب می کند. اگر تنها دلیل چنین مأموریت‌هایی نصب پرچم کشورشان بر سطح ماه بود که البته در ابتدا مردم می‌توانستند آن را چنین تصور کنند، نمی‌دانم که آیا اکنون چنین منابع عظیمی درگیر می‌شود؟ به هر حال، اکنون مشکلات بسیار جدی تری روی زمین وجود دارد. اما مسابقه فضایی همچنان ادامه دارد و مزیت های اینجا بسیار مهم خواهد بود، از جمله مزایای اقتصادی.

یعنی لغو پرتاب ماموریت آرتمیس I در 29 اوت منجر به خسارات اقتصادی و مالی می شود. به نظر می رسد که آنها در 29th راه اندازی نشده اند، سپس می توانند آن را در 30 یا 31 آگوست راه اندازی کنند، اما آن را به 3 سپتامبر به تعویق انداختند. من مطمئن هستم که بسیاری از شما نمی دانید که چرا این تاریخ خاص انتخاب شده است. آنها در مورد برخی از پنجره های شروع صحبت می کنند، در مورد شرایط مطلوب برای راه اندازی. بیایید آن را بفهمیم.

همچنین بخوانید: ماموریت های فضایی سرنشین دار: چرا بازگشت به زمین هنوز یک مشکل است؟

الزامات سختگیرانه در مورد تاریخ شروع ماموریت

پنجره پرتاب مورد بحث شرایطی است که طبیعت و محدودیت های تکنولوژیکی آن را تحمیل می کند، شرایطی که باید در هنگام پرتاب هر شی فضایی در نظر گرفته شود. برای هواپیماها پنجره خروج اکثرا اختیاری است اما به دلیل ترافیک سنگین هوایی در ساعت مشخصی یعنی طبق برنامه زمانبندی نیز بلند می شوند. اگر چنین محدودیتی وجود نداشت، هواپیما می توانست هر زمان که بخواهد بلند شود و فرود بیاید. اما پروازها در فضای هوایی باید منظم باشد. این فقط در مورد حریم هوایی زمین صدق می کند، جایی که ده ها سال است که راهروهای هوایی مشروط برای هوانوردی غیرنظامی گذاشته شده است.

موشکی که یک سفینه فضایی را حمل می کند از نظر تئوری نیز می تواند این کار را انجام دهد، اما عرضه محدود سوخت مانع از این امر می شود. همان که از طریق آن بله بازگشت به زمین دشوار است. در حال حاضر، تنها در صورتی می‌توانیم روی یک مسیر دقیق محاسبه‌شده پرواز کنیم که بتوانیم موقعیت سیارات یا ماه را با زمین مطابقت دهیم. هر گونه انحراف به ذخایر سوخت اضافی نیاز دارد، اما در فضا نمی توان آنها را مانند پاداش در یک بازی آرکید جمع آوری کرد.

به همین دلیل است که پروازهای مریخ تاکنون تنها در فواصل زمانی دو ساله انجام می شود که موقعیت آن در انتهای مسیر یک کاوشگر یا دستگاه دیگر برای انجام وظایف مطلوب باشد. در مورد مأموریت هایی که فراتر از مرزهای منظومه شمسی هستند، مسیر پرواز می تواند بسیار پیچیده تر باشد، زیرا تأثیر گرانش سیارات دیگر در مسیر پرواز برنامه ریزی شده نیز باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، در طول پرواز وویجر به مرزهای منظومه شمسی، شتاب ناشی از گرانش زهره در نظر گرفته شد و کشتی نیوهورایزنز نیز به طور مشابه تحت تأثیر جاذبه مشتری قرار گرفت. زیرا سوخت هنوز یک منبع کمیاب در فضا است و فناوری‌های موتور مبتنی بر احتراق آن هنوز بسیار ابتدایی هستند. بله، کسی به پانل‌های فضایی اشاره می‌کند که به کاوشگرها کمک می‌کنند از باد کیهانی برای به حرکت درآوردن خود استفاده کنند، اما این کاوشگرها هستند، نه فضاپیماها که برای رفتن به مدار و بازگشت به زمین به سوخت نیاز دارند. و شما به مقدار زیادی از آن نیاز دارید.

همچنین جالب:

• چرا ستاره ها چشمک می زنند؟
• چرا فضاپیماها به پردازنده های قرن بیستم مجهز شده اند؟

لانچ پد برای راه اندازی چیست؟

تصور کنید که در مرکز یک استادیوم دو و میدانی هستید و می خواهید با یکی از ورزشکارانی که روی تردمیل می دود ملاقات کنید. ما می توانیم سعی کنیم به او برسیم، اما برای این کار باید سریعتر از او بدویم و انرژی زیادی صرف خواهیم کرد. محاسبه اینکه چه زمانی دونده در سودمندترین موقعیت قرار می گیرد بسیار منطقی تر است تا بتوان او را رهگیری کرد و در لحظه مناسب به ملاقات او رفت. محاسبات باید دقیق باشد تا خیلی زود یا خیلی دیر برسیم. زمان بهینه برای شروع حرکت پنجره شروع ما است.

همین امر در مورد ماموریت های فضایی نیز صدق می کند. پنجره پرتاب به سادگی دوره ای است که طی آن یک فضاپیما می تواند در یک زمان مشخص به نقطه مشخصی در فضا برسد. در عین حال، توانمندی های موشک و مسیر حرکت جسم فضایی که دستگاه باید با آن برخورد کند، در نظر گرفته می شود. بنابراین، پنجره ها برای ماموریت های مختلف متفاوت است. برای مثال، برای ماموریت به مریخ، پنجره پرتاب هر 780 روز باز می شود. اما برای پرتاب "ویجر-2" که هدفش سیاراتی مانند مشتری، زحل، اورانوس و نپتون است، از یک پنجره فرصت استفاده کردند که تنها هر 175 سال یک بار ظاهر می شود. از سوی دیگر، ما نمونه ماموریت روزتا را داریم که در ابتدا برای مطالعه دنباله‌دار 46P/Wirtanen در نظر گرفته شده بود، اما این فرصت به دلیل تاخیر در پرتاب از دست رفت، بنابراین هدف جدیدی برای این مأموریت انتخاب شد، دنباله‌دار 67P/Churyumova. -گراسیمنکو.

به طور خلاصه، پنجره پرتاب فاصله زمانی محاسبه شده از محاسبات مکانیک مداری است که طی آن یک فضاپیمای معین می تواند بلند شود و با موفقیت به مقصد نهایی خود برسد. البته با در نظر گرفتن مسیر پروازی برنامه ریزی شده و جرم سوخت مورد نیاز. بنابراین، پنجره اولیه نیاز به مکان مطلوب اجرام سماوی دارد که گرانش آن به طور قابل توجهی بر حرکت وسیله نقلیه تأثیر می گذارد.

همچنین جالب:

• 10 عجیب ترین چیزهایی که در مورد سیاهچاله ها در سال 2021 آموختیم
• مریخ شکل گیری زمین: آیا سیاره سرخ می تواند به یک زمین جدید تبدیل شود؟

چهار عاملی که بر پنجره راه اندازی راه اندازی تاثیر می گذارد

چهار عامل بر انتخاب پنجره پرتاب برای پرتاب هر ماموریت فضایی تأثیر می‌گذارند، از جمله Artemis I. آنها به قدری با یکدیگر مرتبط هستند که اختلاف در یکی از عوامل فوراً تأثیر عوامل دیگر را باطل می‌کند.

مدارها و تمایلات

برای مثال، دیسکاوری باید محموله مهمی را به ایستگاه فضایی بین‌المللی تحویل دهد. اول، دانشمندان باید دو مسیر متفاوت را در نظر بگیرند: مسیر خود شاتل و ایستگاه فضایی بین‌المللی. دانشمندان باید مطمئن شوند که این دو مدار قطعاً به هم می رسند، زیرا هدف از این مأموریت رساندن تجهیزات لازم به ایستگاه فضایی است. برای انجام این کار، آنها صفحه مدار ایستگاه را محاسبه می کنند، صفحه ای خیالی که از زمین می گذرد و ایستگاه فضایی را در لبه آن نگه می دارد.

هنگامی که زمین و ایستگاه فضایی حرکت می کنند، هواپیمای معمولی که آنها را به هم متصل می کند نیز حرکت می کند. دانشمندان باید زمانی را بیابند که لبه زمین با سکوی پرتاب مرکز فضایی کندی در فلوریدا، که قرار است کشتی از آنجا پرتاب شود، تلاقی می کند. آنها نمی توانند بیش از یک درجه را از دست بدهند. زمین در مدت پنج دقیقه یک درجه می چرخد، بنابراین پرتاب باید دقیقاً در این پنج دقیقه انجام شود.

علاوه بر این، پرتاب باید زمانی رخ دهد که ایستگاه فضایی از جنوب به شمال در حرکت است. این به دلیل این واقعیت است که شاتل باید با موفقیت از ایستگاه سبقت بگیرد و در عین حال مخزن سوخت خارجی 15 طبقه خود را بر فراز اقیانوس دور بیندازد، جایی که خطری برای انسان ایجاد نمی کند. اقیانوس در شمال شرقی قرار دارد، بنابراین پرتاب دیسکاوری باید منتظر بماند تا ایستگاه فضایی به سمت شمال حرکت کند. این باعث می شود شاتل فضایی یک پنجره پرتاب پنج دقیقه ای در روز داشته باشد.

در مورد ماموریت آرتمیس I، اینجا جالب تر است. ناسا می‌خواهد جبار را در مداری دور برگشته به دور ماه قرار دهد. این یک مدار بسیار پایدار با دو نقطه لاگرانژ است. در همان زمان، دستگاه در جهت مخالف ماه در اطراف زمین حرکت می کند. این مدار تاکنون تنها توسط یک دستگاه - Chang'e 5 چینی مورد استفاده قرار گرفته است. برای ورود به این مدار، لازم است موتورهایی را روشن کنید که دستگاه را در لحظه و زمان مناسب به ماه تحویل دهند. این مانور TLI (Trans-Lunar Injection) نامیده می شود و دقت اجرای آن از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. این یکی از عناصری است که باید هنگام محاسبه پنجره راه اندازی در نظر گرفت.

همچنین بخوانید:

• مشاهده سیاره سرخ: تاریخچه توهمات مریخی
• تله پورت از دیدگاه علمی و آینده آن

"Precession" پنجره را حرکت می دهد

همچنین نباید پدیده تقدم را فراموش کرد. هر بار که کودک شروع به چرخاندن قسمت بالای جیگ می کند، شما این حرکت را مشاهده می کنید. ابتدا محور چرخش آن دایره ای در هوا در جهت مخالف چرخش ایجاد می کند و قسمت بالایی را ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر کج می کند.

زمین در حین چرخش به دور خورشید یک نسخه آهسته از این رقص را اجرا می کند و ماهواره های ساخته دست بشر نیز همان کاری را انجام می دهند که به دور زمین می چرخند.

فرمولی وجود دارد که به دانشمندان ناسا اجازه می دهد محاسبه کنند که ماهواره چقدر می لرزد. تعداد دورهایی که ماهواره در روز انجام می دهد، اندازه و گریز از مرکز مدار و شیب را اضافه کنید، نوسانات را خواهید داشت. برای ایستگاه فضایی بین‌المللی، این اعداد تقریباً 5 درجه در روز را نشان می‌دهند که معادل حدود 20 دقیقه چرخش روزانه زمین است.

این در مورد ماه و سایر سیارات منظومه شمسی نیز صدق می کند. این نوسانات نیاز به محاسبه دقیق دارد، در غیر این صورت هرگونه تنظیم مستلزم مصرف بیش از حد سوخت و از دست دادن مسیر مورد نظر است.

شرایط آب و هوایی در زمان راه اندازی

هر از چند گاهی می شنیدیم که پرتاب موشک به دلیل شرایط نامساعد جوی لغو شده است. بله، طبیعت نباید منتظر ما باشد، همیشه برخی از پدیده های آب و هوایی مانند طوفان، رعد و برق، طوفان شن، طوفان برف و ... در سطح زمین وجود دارد.

هواشناسان آژانس فضایی مانند حرفه ای ها در ردیابی پوشش ابر، جهت و سرعت باد و همچنین طوفان ها و سایر رویدادهای نامطلوب در شش مکان مختلف در طول 13 روز دستکاری می کنند. آنها تنها در صورتی تایید می کنند که موشک به طور بالقوه در طوفان یا طوفان شن گرفتار نشود.

شرایط نور

پنجره پرتاب باید نور مناسبی را برای همه دوربین ها فراهم کند تا تیم کنترل پرواز بتواند ببیند که همه سیستم ها و تنظیمات کشتی چقدر خوب کار می کنند و به اطمینان از ایمنی خدمه ماموریت فضایی کمک می کند.

به عنوان مثال، طبق قوانین ناسا، شکارچی نمی تواند هر بار بیش از 90 دقیقه در سایه باشد. زیرا برای پنل ها و حفظ دمای مطلوب دستگاه به نور خورشید نیاز دارد.

علاوه بر این، عوامل دیگری در ارتباط با فرآیند فرود وجود دارد که طی آن جبار باید وارد لایه های بالایی جو زمین شود، سپس برای لحظه ای آنها را ترک کند و دوباره، در نهایت، در اتمسفر فرو رود. با این حال، برای این، دستگاه باید به موقع به مسیر مناسب نسبت به زمین برسد. آخرین جنبه ای که باید در نظر گرفت زمان فرود است. قرار است اوریون در طول روز در اقیانوس فرود بیاید تا تیم های منتظر بتوانند کپسول را پیدا کرده و بازیابی کنند.

همچنین جالب:

• چرا ستاره ها چشمک می زنند؟
• چرا فضاپیماها به پردازنده های قرن بیستم مجهز شده اند؟

پرتاب از سکوی پرتاب ثابت انجام نمی شود. هدف نیز در حرکت مداوم است

بیایید با جزئیات بیشتری در مورد برخی از جزئیاتی که باید برای پرتاب ماموریت Artemis I در نظر گرفته شود، صحبت کنیم، که ممکن است در اوایل امشب آغاز شود.

ماه نزدیک به زمین است و احتمالاً نباید هیچ مشکل بزرگی در اینجا وجود داشته باشد. خوب، متأسفانه، در میان چیزهای دیگر، حرکت سیاره ما و ماه وجود دارد. ماهواره ما نه تنها در محور خود با سرعت حدود 0,5 کیلومتر بر ثانیه در استوا می چرخد، بلکه در مداری تقریبا دایره ای با سرعت 30 کیلومتر بر ثانیه به دور خورشید می چرخد. همچنین باید در نظر داشت که سرعت حرکت زمین به سرعت راه اندازی خود وسیله نقلیه اضافه می شود.

علاوه بر این، موقعیت خورشید و ماه نسبت به مدار زمین دائما در حال تغییر است، این نیز باید در نظر گرفته شود. بنابراین، با مصرف انرژی/سوخت یکسان، پرتاب از زمین به ماه بسته به زمان پرتاب ممکن است به نتایج متفاوتی منجر شود.

در تئوری، ما می‌توانیم چنین فضاپیمایی بسازیم که آنقدر قدرتمند باشد که بتواند هر روز به ماه پرواز کند. و شاید در آینده هم همینطور باشد. با این حال، در حال حاضر، موفقیت ماموریت آرتمیس I مستلزم انتخاب دقیق زمان پرتاب از زمین است که به جبار اجازه می دهد تا به ماه حرکت کند و سپس وارد مدار برنامه ریزی شده اطراف ماهواره ما شود. حتی اگر پرتاب طبق برنامه باشد، تاخیر چند روزه می تواند تغییرات قابل توجهی در مدت زمان ماموریت ایجاد کند.

در حال حاضر، بسته به زمان پرتاب، ماموریت Artemis I می تواند بین 26 تا 28 روز یا 38 تا 42 روز طول بکشد. ما پیش‌بینی می‌کنیم که این مأموریت طولانی‌تر شود زیرا اوریون 1,5 چرخش به دور ماه در مدار دور برگشتی خود انجام می‌دهد. اگر گزینه کوتاه تری در نظر گرفته شود و خروج به مدار ماه در زمان دیگری انجام شود، شکارچی قبل از شروع بازگشت به زمین، تنها یک دور به دور ماه می چرخد.

همچنین بخوانید: تلسکوپ فضایی جیمز وب: 10 هدف برای رصد

تاریخ عرضه Artemis I در آینده ممکن است

پنجره پرتاب فعلی موشک SLS و محموله آن، که معیارهای ماموریت را برآورده می کند، از 2 تا 6 سپتامبر خواهد بود. از قبل مشخص شده است که ناسا نزدیکترین تاریخ را برای پرتاب ماموریت آرتمیس I انتخاب کرده است - 3 سپتامبر 2022 بین ساعت 21:17 تا 23:17 به وقت کیف. هر روز بعدی نیز زمان مشخصی دارد که شروع آن ممکن است. اگر نتوانید در این مدت بلند شوید، پنجره های راه اندازی زیر ظاهر می شوند:

• از 20 سپتامبر تا 28 سپتامبر
• از 30 سپتامبر تا 4 اکتبر
• از 17 تا 23 اکتبر
• 27 اکتبر
• از 29 تا 31 اکتبر
• و غیره…

ما فقط می توانیم صبر کنیم و امیدوار باشیم که پرتاب موفقیت آمیز ماموریت تاریخی Artemis I به زودی انجام شود.

همچنین بخوانید:

• 100 سال فیزیک کوانتومی: از نظریه های دهه 1920 تا کامپیوتر
• 5 ماموریت فضایی آینده برای فکر کردن

با این حال، فراموش نکنید که در اوکراین جنگی در جریان است. اگر می خواهید به اوکراین در مبارزه با اشغالگران روسی کمک کنید، بهترین راه این است که از طریق کمک به نیروهای مسلح اوکراین کمک مالی کنید. Savelife یا از طریق صفحه رسمی NBU.