نقش ماهواره‌ای کوچک در سفر به ماه

به گزارش «سیستم پرتاب فضایی»(SLS) قرار است به عنوان بخشی از ماموریت «آرتمیس ۱»(Artemis 1) که برای پرتاب در ۲۹ اوت ۲۰۲۲ برنامه‌ریزی شده، فضاپیمای «اوریون» (Orion) را به فضا ببرد.

این ماموریت به عنوان آزمایشی پیش از اعزام انسان به ماه و فراتر از آن توسط ماموریت‌های آتی آرتمیس انجام خواهد شد. در این فرآیند، نقاط عطفی مانند حضور نخستین زن و نخستین شخص رنگین‌پوست روی سطح ماه وجود خواهند داشت.

در هر حال، همه چیز در مورد ماموریت آرتمیس ۱، به شکستن رکوردها مربوط نیست. سیستم پرتاب فضایی، یک محموله ثانویه را نیز حمل خواهد کرد. این محموله، مجموعه‌ای از ماهواره‌ها به اندازه جعبه کفش است که هنگام حرکت به سمت ماه، آنها را پرتاب می‌کند. اگرچه سیستم پرتاب فضایی می‌تواند میزبان ۱۷ آزمایش علمی کوچک باشد، اما محموله آرتمیس ۱ از ۱۰ واحد تشکیل خواهد شد.

اگرچه این مکعب‌ها کوچک هستند، اما نباید پیامدهای بزرگی را که می‌توانند برای علم داشته باشند، دست کم گرفت. آنها به جمع‌آوری نتایجی می‌پردازند که به هدایت پروژه‌های آینده کمک می‌کنند، از فضانوردان پیشگام محافظت می‌کنند و کمکی برای نظارت بر جهان ما هستند.

به نقل از اسپیس، این ماهواره‌های موسوم به «کیوب‌ست» (Cubesat)، نوعی فضاپیمای کوچک با پتانسیل بالایی برای علوم مبتنی بر فضا، اکتشاف، پشتیبانی مهندسی، رصد زمین و ارتباطات هستند.

کیوب‌ست‌ها به دلیل کارآیی، هزینه کم و سازگاری با محموله‌های بزرگتر، قابل توجه هستند. اگرچه جرم این مکعب‌ها معمولا بین یک تا ۱۰ کیلوگرم است، اما آنها معمولا با واحدهایی اندازه‌گیری و طبقه‌بندی می‌شوند که هر کدام نشان‌دهنده مکعبی به اندازه ۱۰ سانتی‌متر در هر طرف است.

یکی از اهداف کلیدی ماموریت‌های آرتمیس، ایجاد زیرساختی در فضا، روی ماه و اطراف آن است که امکان انجام دادن ماموریت‌های فضایی طولانی‌تر را فراهم می‌کند. کلیدواژه اصلی این جاه‌طلبی، پایداری است.
نوعی از کیوب‌ست مخصوص ماه موسوم به «آیس کیوب» (IceCube) که در «دانشگاه ایالتی مورهد»(MSU) آمریکا و با مشارکت«مرکز پروازهای فضایی گادرد»(GSFC) ناسا و شرکت«بوسک»(Busek Company) توسعه یافته است، شاید بتواند به تحقق این هدف کمک کند.
این مکعب، از سیستم‌های پیچیده‌ای برای بو کشیدن آب و سایر منابع هم در ماه و هم در بالای سطح ماه استفاده خواهد کرد تا به فضانوردان در ماموریت‌های آینده کمک کند. منابع درجا، نیاز به مواد خامی را که باید به فضا منتقل شوند، کاهش می‌دهد و این امر باعث می‌شود تا مأموریت‌ها مقرون‌به‌صرفه‌تر باشند. حتی می‌توان از آب روی ماه برای تولید سوخت موشک با هدف بازگشت به زمین یا ماجراجویی بیشتر در منظومه شمسی استفاده کرد.
آیس کیوب‌ که تنها ۱۴ کیلوگرم وزن دارد، یک گردش هفت ساعته به دور ماه خواهد داشت که توسط یک سیستم رانش یونی به حرکت در می‌آید.
آب در ماه بیشتر به شکل یخ وجود دارد و آیس کیوب، یکی از سیستم‌های ناسا به نام «BIRCHES» را حمل می‌کند که می‌تواند نحوه توزیع این نوع آب را در ماه مورد بررسی قرار دهد.

همچنین، BIRCHES قادر به تشخیص آب در جو نازک ماه موسوم به «اگزوسفر»(Exosphere) است. این قابلیت می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا درک بهتری را در مورد چگونگی جذب و انتشار آب توسط سنگ‌پوشه روی ماه به دست آورند که مشابه خاک روی زمین است. این کار به نقشه‌برداری از تغییرات ماه کمک می‌کند که به گفته ناسا، برای حضور پایدار در ماه بسیار مهم است.
چندین مکعب دیگر ماموریت آرتمیس ۱ نیز به آیس کیوب خواهند پیوست تا ماه را به خوبی بررسی کنند.
«نقشه‌بردار هیدروژن قطبی قمری» (LunaH-Map) که توسط پژوهشگران و دانشجویان «دانشگاه ایالتی آریزون» (ASU) طراحی شده است، فراوانی هیدروژن را در مناطق سایه‌دار ماه بررسی خواهد کرد.
کار این سیستم، شامل ایجاد نقشه‌ای از هیدروژن در مقیاس حدود ۱۰ کیلومتر و ارزیابی مقدار این عنصر محبوس‌شده در یخ آب است که در دهانه‌های سایه‌دار عمیق ماه قرار دارد.

به نقل از اسپیس، دستگاه اصلی LunaH-Map، یک آشکارساز نوترون است که از یک ماده موسوم به «CLYC» برای تشخیص نوترون‌های محبوس‌شده در هسته‌های اتمی استفاده می‌کند و به بررسی این موضوع می‌پردازد که آیا آنها با عنصر هیدروژن تعامل داشته‌اند یا خیر.
ناسا اعلام کرده است که طی عملیات دو ماهه LunaH-Map، محتوای هیدروژن کل قطب جنوب ماه را نقشه‌برداری می‌کند و همچنین، به اندازه‌گیری محتوای هیدروژن در یک متر زیر سطح ماه می‌پردازد.
کیوب‌ست موسوم به «لون‌آی‌آر»(LunIR) شرکت «لاکهید مارتین»(Lockheed Martin) که قبلا با نام «اسکای فایر» (SkyFire) شناخته می‌شد نیز نقشه‌برداری از سطح ماه را انجام خواهد داد.
لون‌آی‌آر توسط «آژانس فضایی اروپا» (ESA) که«مرحله پیشرانه برودتی موقت» (ICPS) را ارائه کرده است، مستقر خواهد شد و حاوی نوعی فناوری است که تصاویری را از سطح ماه می‌گیرد تا به توصیف ساختار ترکیبی آن و نحوه تعامل آن با فضا کمک کند. این داده‌ها می‌توانند به انتخاب مکان‌های فرود برای ماموریت‌های آینده ماه و ارزیابی خطرات احتمالی برای فضانوردانی که اقامت طولانی‌تری در سطح ماه دارند، کمک کنند.
لون‌آی‌آر پس از پرواز، مانورها و عملیاتی را انجام خواهد داد که می‌توانند به طراحی ماموریت‌های فضایی آینده، خواه سرنشین‌دار و خواه بدون سرنشین کمک کنند.
فناوری‌های برجسته اکتشاف ماه نشان‌ داده‌اند که فرودگرهای ماه می‌توانند در اندازه‌های مختلف و با هزینه‌های متفاوتی ساخته شوند.

«آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن» (JAXA)، نوعی کیوب ست موسوم به «OMOTENASHI»را ابداع کرده است که در مجموع ۱۲.۶ کیلوگرم وزن دارد و از یک موتور موشک حالت جامد یکبار مصرف به وزن شش کیلوگرم نیرو می‌گیرد تا یک نانوفرودگر را پرتاب کند که روی سطح ماه فرود می‌آید.
نانوفرودگر کمی قبل از برخورد، با سرعتی حدود ۳۰ متر در ثانیه حرکت می‌کند و موشک حالت جامد را پرتاب می‌کند و سپس، یک کیسه هوا را برای محافظت از آن هنگام فرود باز می‌کند.
کیوب‌ست OMOTENASHI که در زبان ژاپنی به معنای مهمان‌نوازی است، وقتی روی ماه قرار می‌گیرد، تابش سطح ماه را اندازه‌گیری می‌کند و مکانیک خاک را با استفاده از شتاب‌سنج‌ها مورد بررسی قرار می‌دهد.
این دستگاه‌ها، ارتعاش یا شتاب را با استفاده از تغییر جرم برای فشرده کردن یک ماده پیزوالکتریک و ایجاد بار الکتریکی متناسب با نیرویی که ماده تجربه می‌کند، اندازه‌گیری می‌کنند.

ماه تنها جرم اطراف زمین نیست که کیوب‌ست‌های آرتمیس ۱ قرار است به بررسی آن بپردازند. سیارک‌های نزدیک به زمین، هدف مشاهدات انجام‌شده توسط کیوب‌ست«NEA Scout» هستند که یک ماموریت شناسایی رباتیک برای پرواز در کنار زمین و بازگرداندن اطلاعات از یک سیارک خواهد بود.
کیوب‌ست NEA Scout پس از پرتاب فضاپیمای اوریون به سوی ماه، توسط سیستم پرتاب فضایی به کار گرفته خواهد شد و سفری دو ساله را برای بررسی سیارک مورد نظر آغاز خواهد کرد.
عنصر کلیدی این مأموریت، بادبان خورشیدی خواهد بود. بادبان خورشیدی، ماده‌ای نازک و سبک است که از فوتون‌های خورشید و حرکت آنها برای به حرکت درآوردن فضاپیمای کوچک استفاده می‌کند.

هنگامی که کیوب‌ست به فاصله بین ۴۰ هزار تا ۵۰ هزار کیلومتری هدف خود برسد، سیارک را شناسایی خواهد کرد. در فاصله بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ کیلومتری از سیارک، NEA Scout از دوربین خود موسوم به«NEACam » برای ثبت تصاویر و ارسال آنها به زمین‌ استفاده خواهد کرد.
به گفته ناسا، این کار می‌تواند به تعیین ویژگی‌های سیارک مانند موقعیت آن در فضا، شکل، چرخش و اندازه‌گیری میدان گرد و غبار و زباله اطراف آن کمک کند. این اطلاعات می‌توانند برای ماموریت‌های آینده نیز سودمند باشند.

کیوب‌ست EQUULEUS نیز توسط آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن و با همکاری «دانشگاه توکیو» (UTokyo)، برای ماموریت آرتمیس ۱ ابداع شده است. هدف آن، بررسی تابش در فضای اطراف زمین است.
کیوب‌ست EQUULEUS، روش‌های کنترل مسیر مانند سیستم رانش آب با رانش کم را به کار می‌برد که از مایع پیش‌ران بسیار کمی برای قرار دادن فضاپیما در مدار بین زمین و ماه استفاده می‌کند. کیوب‌ست از این منطقه، پلاسماسفر زمین را مشاهده خواهد کرد که ناحیه داخلی مگنتوسفر است و پلاسمای خنک را در بر دارد.
کیوب‌ست EQUULEUS علاوه بر کمک کردن به درک بهتر روش‌های کم‌انرژی کنترل مسیر و پروازهای ماه در منطقه زمین-ماه، می‌تواند اطلاعات حیاتی را ارائه دهد که به محافظت از وسایل الکترونیکی و فضانوردان طی ماموریت‌های فضایی طولانی‌مدت کمک می‌کنند.

یک کیوب‌ست دیگر آرتمیس ۱ نیز آماده جمع‌آوری اطلاعاتی است که شاید بتوانند از فضانوردان در برابر تشعشعات محافظت کنند.
«بیوسنتینل» (BioSentinel)، کیوب‌ستی است که به دانشمندان «مرکز تحقیقات ایمز»(Ames Research Center) ناسا امکان می‌دهد تا تأثیر تشعشع بر موجودات موجود در فضا را بهتر درک کنند.
در این ماموریت از مخمر، به عنوان یک ارگانیسم نمونه استفاده می‌شود تا دانشمندان بفهمند که تشعشعات پرانرژی چگونه می‌توانند باعث آسیب رسیدن به DNA شوند.
مخمر به این دلیل انتخاب شد که نه تنها پژوهشگران آن را به خوبی درک می‌کنند، بلکه نحوه ترمیم آسیب در DNA آن مشابه نحوه انجام شدن این فرآیند در انسان است.
وقتی بیوسنتینل خارج از مگنتوسفر زمین قرار بگیرد، دو سویه از مخمر «ساکارومایسس سرویزیه»(Saccharomyces cerevisiae) که یکی از آنها آسیب DNA را بسیار بهتر از دیگری ترمیم می‌کند، ترغیب می‌شوند تا از ما در برابر تشعشعات شدید خورشید محافظت کنند.
این کیوب‌ست با وزن ۱۳ کیلوگرم، ماموریت خود را طی حدود ۱۸ ماه انجام می‌دهد و در مسیر چرخش به دور خورشید، از کنار ماه عبور می‌کند. این پروژه، نخستین بار در ۴۰ سال گذشته است که در آن موجودات زنده به اعماق فضا فرستاده می‌شوند.

کیوب‌ست«CuSP»نیز پس از خارج شدن از جو زمین، برای مطالعه ذرات خورشیدی، به دور خورشید خواهد چرخید.
هدف CuSP، مطالعه تشعشعات ستاره‌ها، بادهای خورشیدی و رویدادهای خورشیدی خواهد بود که می‌توانند اثراتی بر زمین و محیط اطراف آن داشته باشند؛ از جمله تداخل در ارتباطات رادیویی، آسیب رساندن به تجهیزات الکترونیکی ماهواره و حتی آسیب رساندن به شبکه‌های برق ما.
این کیوب‌ست دارای سه دستگاه است که با کمک آنها می‌تواند آب و هوای فضایی را پیش از این که به زمین برسد، با مگنتوسفر آن برخورد داشته باشد و باعث ایجاد یک طوفان ژئومغناطیسی مضر شود، بررسی کند.
«طیف‌نگار یونی فوق گرمایی»(SIS)، ذرات پرانرژی خورشیدی را شناسایی و دسته‌بندی می‌کند. این درحالی است که «تلسکوپ الکترون و پروتون کوچک» (MERiT)، ذرات خورشیدی با انرژی بالا را مورد بررسی قرار می‌دهد و «مغناطیس‌سنج هلیوم برداری»(VHM)، به نظارت بر قدرت و جهت میدان‌های مغناطیسی می‌پردازد.

این سه دستگاه CuSP به همراه یکدیگر به دانشمندان امکان خواهند داد تا چگونگی تغییر فضای بین خورشید و زمین و تأثیر این تغییرات بر سیاره ما را بررسی کنند. همچنین CuSP، روشی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد تا عملکرد شبکه‌ای از کیوب‌ست‌های نظارت بر فضا را آزمایش کنند و به بررسی پتانسیل بسیاری از کیوب‌ست‌های نظارت بر آب و هوای فضایی بپردازند.
کیوب‌ست«تیم مایلز» (Team Miles)، یکی از جالب‌ترین سفرها را به سکوی پرتاب همه محموله‌های ثانویه آرتمیس ۱ داشته است و سفر پس از پرتاب آن نیز احتمالا به همان اندازه هیجان‌انگیز خواهد بود.
این پروژه پس از این که طراحان آن در شرکت‌های «Miles Space» و «Fluid & Reason LLC»، آن را به چالش «CubeQuest» ناسا وارد کردند، برای پیوستن به اوریون و سیستم پرتاب فضایی انتخاب شد.
کیوب‌ست تیم مایلز، از رانشگرهای ابتکاری ید پلاسما استفاده خواهد کرد که امواج الکترومغناطیسی با فرکانس پایین را به عنوان نیروی محرکه به کار می‌گیرند. این کیوب‌ست برای سفر در فاصله حدود ۶۰ میلیون کیلومتر از زمین برنامه‌ریزی شده است.
تیم مایلز که با کمک یک سیستم رایانه‌ای پیشرفته پرواز می‌کند، نرم‌افزار ارتباطات رادیویی با زمین را نیز آزمایش خواهد کرد.

کیوب‌ست«آرگو مون» (ArgoMoon)، توسط «آژانس فضایی ایتالیا» (ASI) طراحی شده و توسط آژانس فضایی اروپا برای پرواز طی ماموریت آرتمیس ۱ انتخاب شده است. این کیوب‌ست پس از استقرار، به یکی از نخستین کیوب‌ست‌های اروپایی تبدیل خواهد شد که مدار زمین را ترک می‌کند.

آرگو مون نه تنها توانایی انجام عملیات را نشان می‌دهد، بلکه هنگام ارسال اوریون به ماه و پرتاب محموله ثانویه، داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند.
مشارکت آرگو مون در آرتمیس ۱ می‌تواند یکی از مهم‌ترین مأموریت‌های تاریخ اکتشاف فضا و گام بعدی بشریت در جهان را تعریف کند.