سفر فضایی

مقدمه

در دهه 1950میلادی ، هر دو کشور ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی سابق به ساخت موشکهای پر قدرتی برای پرتاب ماهواره‌هایشان به فضا دست زدند. این دو کشور قصد داشتند، ماهواره‌هایی را در سال 1957 میلادی ، سال ژئوفیزیکی بین المللی ، به فضا پرتاب کنند. شوروی اولین کشوری بود که با پرتاب اسپوتنیک 1 در چهارم اکتبر این سال موفق به انجام چنین کاری شد. از این زمان به بعد اکتشافات فضایی به یک مسابقه بین دو کشور مذکور تبدیل شد. این در حالی بود که رجال سیاسی دو طرف بر اهمیت ساسی و نظامی برخورداری از ماهواره‌ها در مدار و فتح ماه قبل از رقیب دیگر واقف بودند. درآغاز به نظر می‌رسید که روسها در این مسابقه جلوتر از آمریکائیها هستند.
علاوه بر پرتاب اولین ماهواره به فضا ، آنها موفق شده بودند اولین انسان ، یوری گاگارین ، را به فضا فرستاده و اولین راهپیمایی فضایی را نیز بوسیله آلکسی لئونوف در سال 1965 میلادی انجام دهند. با وجود این هر چه دهه 1960 میلادی به پایان خود نزدیکتر می‌شد، آمریکائیها برتری خود را بیشتر نشان می‌دادند. در ژوئیه 1969، آمریکائیها تاریخ ساز شدند. در این تاریخ ، آنها نیل آرمسترانگ و ادوین (باز) آلدرین را به ماه فرستاند. پس از این ، روسیه تلاشهای خود را بیشتر صرف ساختن ایستگاههای فضایی در مدار زمین کرد. در حال حاضر ، ایالات متحده آمریکا و فدراسیون روسیه به همراه چند کشور دیگر با کمک هم در پی ساختن ایستگاه فضایی آلفا هستند.
مأموریتهای شاتل فضایی آمریکا و ایستگاه فضایی میر به دانشمندان کمک می‌کنند تا چگونگی عکس العمل بدن انسان را در فضا مطالعه کنند. اطلاعات دریافتی از این مأموریتها همچنین دانشمندان را در کشف و آماده کردن ابزار لازم برای زندگی احتمالی انسانها در فضا یاری می‌دهد. ماهواره‌ها امروز به جزء لاینفکی از زندگی نوین تبدیل شده‌اند. آنها اطلاعات را از نقطه‌ای به نقطه دیگری منتقل می‌کنند. و با زیر نظر گرفتن کره زمین وضعیت هوا را پیش بینی می‌کنند، بعلاوه کاوشگرها با اکتشافات فضایی خود، حس کنجکاوی ما را درباره جهانی که در آن زندگی می‌کنیم ارضاء می‌کنند.
فضانوردان در بازگشت به زمین در دریا و یا در خشکی فرود می‌آمدند. قبل از اختراع شاتل فضایی ، فضانوردان آمریکایی با استفاده از چترهایی بزرگ از سرعت خود در جو زمین می‌کاستند تا به آرامی در سطح دریا فرود آیند. آنجا کشتیهای نجات آنها را از دریا بیرون می‌کشیدند. فضانوردان روسی نیز در بازگشت به زمین از چترها و همچنین موشکهای مع*****ی استفاده می‌کردند که سرعت فرود و شدت اصطکاک سفینه را هنگام تماس با سطح زمین کم می‌کردند. پیش از آن ، فضانوردان در ارتفاع بالا در جو زمین از کپسولهای خود بیرون می‌پریدند و همراه کپسول جداگانه و با استفاده از چتر نجات بر زمین فرود می‌آمدند. شاتل فضایی بمانند یک هواپیما اما سریعتر از آن استفاده از موتورهایش با حرکت در باند فرود به زمین می‌نشیند.
بازگشت به جو زمین

سرعت فضاپیما در هنگام بازگشت به جو زمین خیلی زیاد است. این امر باعث می‌شود اصطکاک بین فضاپیما و مولکولهای هوا ، فضاپیما و هوای اطراف آنرا آنقدر گرم کند که هر دو در اثر حرارت به رنگ سرخ در آیند. برخی از فضاپیماها از یک سپر حرارتی برخوردارند، این سپر با جلوگیری از ورود گرما به داخل سفینه ، فضانوردان را در مقابل گرما محافظت می‌کند. البته از این سپر حرارتی فقط یک بار می‌توان استفاده کرد. شاتل فضایی دارای کاشیهای نسوز مخصوصی است که سطح بیرونی آن را در مقابل حرارت محافظت می‌کند.
فرودهای فضایی

فضاپیما باید هنگام نزدیک شدن به یک سیاره یا قمر از سرعت خود بکاهد، تا از هدف خود عبور نکند. فضاپیما در این هنگام به دور خود می‌چرخد و با روشن کردن موتورهایش سرعت خود را کم می‌کند تا بوسیله نیروی جاذبه سیاره مذکور در مدار آن سیاره قرار گیرد. بعد از انتخاب محلی برای فرود ، فضاپیما دوباره می‌چرخد و با روشن کردن موتورهایش از سرعت خود کاسته ، مدار را ترک می‌کند. سپس به طرف سطح مورد نظر فرود می‌آید و با چرخشی دوباره آماده نشستن می‌شود.
فرودهای آرام

در فرودهای آرام ، فضاپیما از سرعت خود در هنگام نزدیک شدن به سطح مورد نظر می‌کاهند تا به آرامی و بدون آسیب رساندن به فضا پیما و یا محموله آن از جمله مسافران ، بر سطح مذکور بنشینند. وقتی که فضاپیما از میان جو پایین می‌آید، چترهای آن باز شده ، از سرعت فضاپیما می‌کاهند، سپس موشکهای مع***** فضاپیما روشن شده ، فضاپیما را به آرامی فرود می‌آورند. اگر فرود در سرعت بالا صورت گیرد سرنشینان جان سالم به در نخواهند برد. به همین دلیل بود که در نخستین مأموریتهای فضایی ، برای جلوگیری از خسارات فرود ناشی از سرعت زیاد ، فضانوردان از سفینه بیرون می‌پریدند و با استفاده از چتر نجات در دریا فرود می‌آمدند.
سقوط بر سطح اجرام آسمانی

نخستین کاوشگرها مانند کاوشگرهای رینجر آمریکا از این نو ع فرود استفاده می‌کردند. فضاپیماها در هنگام نزدیک شدن به سطح جرم مورد نظر ، اطلاعات و تصاویر را مخابره کرده ، سپس در سطح آن سقوط می‌کردند. دراغلب موارد کاوشگر متلاشی می‌شد. در مأموریتهای فضایی برای جمع آوری اطلاعات در مورد جو سیاره زهره نیز از این نوع فرود استفاده شد. جهت عبور از ابرهای جوی زهره و فرود در سطح آن از چتر استفاده شد. وقتی که کاوشگرها مأموریت محوله را به اتمام رساند چترها جدا شدند و کاوشگر خود بر سطح زهره سقوط کرد.
مانور در فضا

فضاپیماهایی که در محیطهای بدون وزن و بدون اصطکاک فضا حرکت می‌کنند، تا نیروی قویتری بر آنها وارد نشود، از حرکت خود باز نمی‌ایستند. برای تعمیر مسیر حرکت ، فضاپیماها باید از موتورهای موشک خود در سفینه استفاده کنند. آنها می‌توانند یا از موتورهای دوباره روشن شده خود استفاده کنند یا موتور یک موشک دیگر را روشن کنند. مقدار سوخت مصرفی هر موتور با دقت محاسبه می شود تا از هدر رفتن سوخت جلوگیری شود. کاوشگرها برای اصلاح مسیر حرکت ، کند کردن سرعت در هنگام قرار گرفتن در یک مدار و همچنین فرود بر سطح سیاره یا قمر از موتور‌های خود استفاده می کنند. فضا پیماها موتور های خود را با حرکتهای تند کوتاه مدتی روشن می‌کنند تا خود را آرام در مسیر صحیح قرار دهند.
اندازه موتور موشکها در اغلب ماهواره‌ها باهم متفاوت است. فضاپیماها برای رفتن به مدار ، تغییر مدار یا ترک آن و سفر برای ملاقات با دیگر فضاپیماها از موتورهای قویتری استفاده می‌کنند. این موتورها بطور طبیعی در عقب موشک قرار می‌گیرند تا آن را به طرف جلو حرکت دهند. برای بازگشت به زمین در حالی که موتورهایش برای کند کردن آن روشن هستند، فضاپیما باید به طرف عقب برگردد. سپس برای ورود به جو زمین دوباره چرخیده و در مسیر صحیح قرار می‌گیرد.
مانورهای کوچک

برای انجام چرخشهای کامل ، تغییر و تنظیم سرعت و مسیر در مدار ، از موشکها پیش برنده‌ای استفاده می‌شود که اغلب به شکل گروهی کار می‌کنند. این موشکها را در جهات مختلف نشانه گیری می‌کنند. با روشن کردن ترکیب درستی از موشکهای مذکور ، می‌توان فضاپیما را در جهت دلخواه حرکت داد. علاوه بر 3 موتور اصلی که در هنگام پرتاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، شاتل فضایی آمریکا از دو موتور مانور دهنده مدای دیگر نیز برخوردار است. این فضا پیما علاوه بر این موتورها از 26 موشک پیش برنده تنظیم عکس العمل و 4 موشک پیش برنده تنظیم دقیق مسیر حرکت استفاده می‌کنند که در جلو و عقب موشک قرار گرفته‌اند.
اینها به فضاپیما اجازه می‌دهند تا با انجام مانورهای دقیق با ایستگاه فضایی میر الحاق فضایی انجام دهد. ایستگاه فضایی میر نیز از موتورهایی برای تنظیم مدار و موشکهای پیش برنده‌ای در مقیاس کوچکتر برخوردار است.
تنظیم جهت وضعی

همه ماهواره‌ها باید جهت وضعی خود _جهتی که به طرف آن نشانه گیری شده‌اند_ را حفظ کنند. این موضوع ضروری است، چرا که اگر باله‌های خورشیدی به طرف خورشید جهت گیری نشده باشند، نمی‌توانند نیروی لازم را برای به حرکت در آوردن ماهواره تولید کنند. از طرف دیگر آنتنها نیز در صورتی که به طرف زمین نشانه گیری نشده باشند، قادر به دریافت و ارسال پیام به زمین نخواهند بود. دستگاه تنظیم جهت وضعی ، ماهواره یا کاوشگر را در جهت وضعی صحیح قرار می‌دهد. دستگاههای حساس موجود در ماهواره قادرند خورشید یا یک ستاره درخشان را شناسایی کنند. آنها همچنین در مواقعی که ماهواره مسیر خود را گم می‌کند، می‌تواند پیامهایی را مبنی بر بروز اشکال در ماهواره به زمین مخابره کنند. دراین صورت دماغه‌های کوچک با خارج کردن گاز از خود، جهت فضا پیما را عوض کرده ، دوباره آنرا در مسیر صحیح قرار می‌دهند.
ملاقات و الحاق فضایی

ملاقات فضایی هنگامی رخ می‌دهد که دو فضاپیما به هم نزدیک می‌شوند، اما الحاق انجام نمی‌دهند. از رادارها و رایانه‌های داخل فضاپیما برای دادن اطلاعات مبنی بر موقعیت فضاپیما استفاده می‌شود. با توجه به سرعت زیاد فضاپیما هنگام حرکت در فضا ، مشخص کردن موقعیت لحظه به لحظه فضاپیما ضروری به نظر می‌رسد. برای ملحق شدن به یک فضاپیمای دیگر ، فضاپیما می‌تواند از موتورهای بزرگتر خود استفاده کرده ، با رسیدن به سرعت فضاپیمای مورد نظر دوشادوش آن در فضا حرکت کند. این فرآیند را حفظ موقعیت می‌نامند. بعد از این مرحله از موتورهای پیش برنده کوچکتری برای نزدیک شدن به فضاپیمای مذکور و انجام الحاق فضایی با آن استفاده می‌کند. در ایستگاه فضایی روسیه ، میر ، عملیات الحاق بوسیله آنتنهای مخصوصی که بر روی ایستگاه فضایی میر و فضاپیماهای نزدیک شونده سایوز یا پروگرس تعبیه شده‌اند، هدایت می‌شود.
مرکز هدایت زمینی

هر فضاپیما ، کاوشگر و یا ماهواره در حال فعالیتی باید با مرکز هدایت زمینی در ارتباط باشد. فضاپیماها برای در جریان گذاشتن مرکز هدایت زمینی از کارهای عادی خود ، علایمی را به این مرکز مخابره می‌کنند. درضمن مرکز فضایی مربوطه نیز دستورات لازم در مورد مسیر حرکت و دیگر عملیات فضاپیما را برای آن می‌فرستد. در زمان پرتاب فضاپیما از پایگاه پرتاب هدایت می‌شود، اما به محض قرار گرفتن فضاپیما در فضا ، مرکز اصلی هدایت زمینی هدایت آن را بر عهده می‌گیرد. مراکز کوچکتر برقراری ارتباط با فضاپیما در سراسر جهان پراکنده‌اند. این مراکز ارتباط 24 ساعته را با فضاپیما میسر می‌کنند. همچنین ماهواره‌های مخابراتی می‌توانند علایم را از فضاپیما گرفته و به نزدیکترین مرکز هدایت زمینی بفرستند.
مرکز فضایی کندی

شاتلهای فضایی ، آپولو و اغلب ماهواره‌ها و کاوشگرهای فضایی آمریکا از مرکز فضایی کندی در فلوریدا (کیپ کاناورال) ، به فضا پرتاب شده اند. این مرکز اکنون صاحب 2 سکوی پرتاب برای شاتلهای فضایی ، 2 سکو برای پرتاب ماهواره‌ها و یک بند فرود برای نشستن شاتلهای فضایی است. تجهیز شاتل در آشیانه‌های بزرگی صورت می‌گیرد. پایگاه نیروی هوایی واندنبرگ در کالیفرنیا یکی دیگر از مهمترین پایگاههای فضایی آمریکا محسوب می‌شود. ماهواره‌های نظامی و آنهایی که در مدارهای قطبی قرار می‌گیرند، از این پایگاه به فضا پرتاب می‌شوند.
سکوهای پرتاب

بایکونور در قزاقستان محل پرتاب تمام پروازهای سرنشیندار روسیه است. از این همچنین برای پرتاب ماهواره‌های زیادی استفاده می‌شود. موشکها در آشیانه‌ها ، موشکها را درمقابل شرایط جوی نامناسب از هوای بسیار سرد گرفته تا هوای بسیار گرم محافظت می‌کنند. سکوهای پرتاب شمالی در پلستک روسیه شلوغترین پایگاه پرتاب در جهان بوده اند. از 14 سکوی این پایگاه پرتاب ، ماهواره‌های نظامی زیادی به فضا پرتاب شده‌اند.
سفرهای فضایی آینده

تاکنون کره ماه تنها جهان متفاوتی است که انسان آن را ملاقات کرده است. قدم بعدی سفر به یک سیاره خواهد بود. اما فاصله‌های زیاد بین زمین و سیارات دیگر یک مشکل عمده به حساب می‌آید. فضانوردان مجبور خواهند بود برای سفرهای چند ماهه یا چند ساله خود آذوقه ، سوخت و آب حمل کنند. هیچکدام از سیارات شرایط مشابه زمین را برای زندگی انسان فراهم نمی‌کنند. با وجود این ، امکان استفاده از مواد موجود در یک سیاره برای تهیه سوخت مورد نیاز در زمان برگشت وجود خواهد داشت. همینطور امکان استخراج آب و اکسیژن لازم برای تنفس. سفر به ستاره‌ها غیر ممکن است، چرا که فضاپیماها با سرعت بسیار کمی در مقایسه با سرعت نور حرکت می‌کنند و برای رسیدن به حتی نزدیکترین ستاره ، هزاران سال زمان نیاز دارند.
تعیین مسیر پرواز

در سفرهایی که در اطراف منظومه شمسی انجام می‌دهیم، باید مراقب حرکت ثوابت ، سیارات و قمرها در مدارهایشان باشیم. برای مثال ، زهره در مدار خود به دور خورشید از زمین جلوتر و زمین نیز در مدار خود از کره مریخ جلوتر است. رایانه‌ها به محاسبه زمانهایی می‌پردازند که سیارات در بهترین موقعیت خود برای فضاپیمایی که از زمین برای رسیدن به سیاره مذکور پرتاب می‌شود، قرار دارند، این زمانها را پنجره‌های پرتاب می‌نامند. کاوشگرهایی که به قصد دیگر سیارات به فضا پرتاب می‌شوند، ابتدا به مدار اطراف خورشید می‌روند. این مدار انتقالی آنها به شمار می‌رود، چرا که کاوشگرها برای حرکت از مدار زمین به مدار سیاره مذکور از این مدار استفاده می‌کنند. سریعترین و مستقیمترین مسیر برای رسیدن به یک سیاره مستلزم صرف نیرو و سوخت بسیار زیادی است. باصرفه‌ترین مسیر برای رسیدن به یک سیاره را مدار انتقالی ههمان می‌نامند.
در مدار انتقالی ههمان ، نزدیکترین و دورترین نقاط مدار کاوشگر در اطراف خورشید ، از مدار زمین و مدار سیاره مذکور رد می‌شوند. کاوشگر پس از طی کردن نصفی از مدار خود در اطراف خورشید با هدف خود برخورد می‌کند. کاوشگرها در مدار انتقالی ههمان به کمترین سوخت و نیروی رانش نیازمندند، اما برای رسیدن به مقصد خود زمان بیشتری را صرف می کنند.
استفاده از نیروی جاذبه سیاره

هنگامی که یک کاوشگر از نزدیکی سیاره‌ای می‌گذرد بوسیله نیروی جاذبه سیاره در مسیری منحنی شکل قرار می‌گیرد. اگر چه کاوشگر برای رسیدن به مدار مقصد با سرعت زیادی حرکت می‌کند، اما با گذشتن از کنار سیاره مذکور ، هم سرعت و هم جهت حرکتش تغییر کرده ، درجهت جدیدی شروع به حرکت می‌کند. فاصله کاوشگر و سیاره مورد نظر محاسبه می‌شود تا باکمک نیروی جاذبه سیاره کاوشگر بتواند در جهت صحیح پیش بینی شده‌اش قرار بگیرد.
منبع: دانشنامه رشد