أهم خمس تقنيات مطلوبة لمركبة فضائية للبقاء في الفضاء السحيق

عرض فني لمركبة أوريون الفضائية التابعة لوكالة ناسا وهي تسافر 40 ألف ميل بعد القمر خلال رحلة Artemis I ، وهي أول رحلة متكاملة لها مع صاروخ نظام الإطلاق الفضائي.
عندما تغامر مركبة فضائية صُنعت للبشر في الفضاء السحيق ، فإنها تتطلب مجموعة من الميزات لإبقائها وطاقم بداخلها آمنين. يتطلب كل من المسافة والمدة أن يكون للمركبة الفضائية أنظمة يمكنها العمل بشكل موثوق بعيدًا عن المنزل ، وتكون قادرة على إبقاء رواد الفضاء على قيد الحياة في حالات الطوارئ ، ولا تزال خفيفة بما يكفي لإطلاق صاروخ.

ستبدأ مهام Artemis بالقرب من القمر عندما تترك المركبة الفضائية Orion التابعة لناسا الأرض فوق أقوى صاروخ في العالم ، وهو نظام الإطلاق الفضائي التابع لناسا. بعد الإطلاق من مركز كينيدي للفضاء التابع للوكالة في فلوريدا ، سوف يسافر أوريون إلى ما وراء القمر إلى مسافة تزيد عن 1000 مرة عن المكان الذي تحلق فيه محطة الفضاء الدولية في مدار أرضي منخفض ، وأبعد مما تخاطر به أي مركبة فضائية مصممة للبشر. لإنجاز هذا العمل الفذ ، لدى Orion تقنيات مدمجة تمكن الطاقم والمركبة الفضائية من استكشاف بعيد في النظام الشمسي.

أنظمة للعيش والتنفس

نظرًا لأن البشر يسافرون بعيدًا عن الأرض لمهام أطول ، يجب أن تكون الأنظمة التي تبقيهم على قيد الحياة موثوقة للغاية مع تناول الحد الأدنى من الكتلة والحجم. سيتم تزويد Orion بأنظمة متقدمة للتحكم البيئي وأنظمة دعم الحياة المصممة لمتطلبات مهمة الفضاء السحيق. نظام عالي التقنية يجري اختباره بالفعل على متن المحطة الفضائية سيزيل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والرطوبة من داخل أوريون. تعد إزالة ثاني أكسيد الكربون والرطوبة أمرًا مهمًا لضمان بقاء الهواء آمنًا لتنفس الطاقم. ويتم التحكم في تكثيف المياه على أجهزة السيارة لمنع تسرب المياه إلى المعدات الحساسة أو التآكل في هيكل الضغط الأساسي.

كما يوفر النظام أيضًا حجمًا داخل المركبة الفضائية. بدون هذه التكنولوجيا ، سيتعين على Orion حمل العديد من العلب الكيميائية التي من شأنها أن تشغل مساحة 127 كرة سلة (أو 32 قدمًا مكعبًا) داخل المركبة الفضائية – حوالي 10 بالمائة من مساحة الطاقم الصالحة للعيش. سيكون لدى Orion أيضًا مرحاض صغير جديد ، أصغر من المرحاض الموجود في المحطة الفضائية. المهام طويلة المدى بعيدًا عن مهندسي Earth يقودون لتصميم أنظمة مضغوطة ليس فقط لزيادة المساحة المتاحة لراحة الطاقم ، ولكن أيضًا لاستيعاب الحجم اللازم لحمل المواد الاستهلاكية مثل ما يكفي من الطعام والماء لكامل المهمة التي تستغرق أيامًا أو أسابيع.

تعتبر الأنظمة الموثوقة للغاية مهمة للغاية عندما لا يستفيد الطاقم البعيد من شحنات إعادة الإمداد المتكررة لجلب قطع الغيار من الأرض ، مثل تلك التي يتم إرسالها إلى المحطة الفضائية. حتى الأنظمة الصغيرة يجب أن تعمل بشكل موثوق لدعم الحياة في الفضاء ، من المرحاض العامل إلى نظام إخماد الحرائق الآلي أو معدات التمرين التي تساعد رواد الفضاء على البقاء في حالة جيدة لمواجهة بيئة انعدام الجاذبية في الفضاء التي يمكن أن تسبب ضمور العضلات والعظام. تتطلب المسافة من المنزل أيضًا أن يكون لدى Orion بدلات فضائية قادرة على إبقاء رائد الفضاء على قيد الحياة لمدة ستة أيام في حالة خفض ضغط المقصورة لدعم رحلة طويلة إلى المنزل.

الدفع السليم

كلما ابتعدت المركبة عن الفضاء ، زادت قدرة أنظمة الدفع الخاصة بها على الحفاظ على مسارها في الرحلة بدقة وضمان عودة طاقمها إلى المنزل.

تمتلك Orion وحدة خدمة ذات قدرة عالية تعمل بمثابة مركز طاقة للمركبة الفضائية ، حيث توفر قدرات الدفع التي تمكن Orion من التجول حول القمر والعودة إلى مهام الاستكشاف. تحتوي وحدة الخدمة على 33 محركًا بأحجام مختلفة. سيوفر المحرك الرئيسي قدرات مناورة كبيرة في الفضاء طوال المهمة ، بما في ذلك إدخال Orion في مدار القمر وإطلاقه بقوة كافية للخروج من مدار القمر للعودة إلى الأرض. تُستخدم المحركات الـ 32 الأخرى لتوجيه Orion والتحكم فيه في المدار.

ويرجع ذلك جزئيًا إلى قدرات الدفع الخاصة بها ، بما في ذلك الدبابات التي يمكنها استيعاب ما يقرب من 2000 جالون من الوقود الدافع ونسخة احتياطية للمحرك الرئيسي في حالة حدوث عطل ، فإن وحدة الخدمة في Orion مجهزة للتعامل مع قسوة السفر للمهام البعيدة. وطويلة ، ولديه القدرة على إعادة الطاقم إلى المنزل في مجموعة متنوعة من حالات الطوارئ.

القدرة على صد الحرارة

الذهاب إلى القمر ليس بالمهمة السهلة ، وهو نصف الرحلة فقط. كلما ابتعدت المركبة الفضائية في الفضاء ، زادت الحرارة التي ستولدها عند عودتها إلى الأرض. تتطلب العودة بأمان تقنيات يمكن أن تساعد المركبة الفضائية على تحمل سرعات تبلغ 30 ضعف سرعة الصوت والحرارة ضعف سخونة الحمم البركانية المنصهرة أو نصف درجة حرارة الشمس.

عندما يعود Orion من القمر ، سوف يسافر ما يقرب من 25000 ميل في الساعة ، وهي سرعة يمكن أن تغطي المسافة من لوس أنجلوس إلى مدينة نيويورك في ست دقائق. درع الحرارة المتقدم ، المصنوع من مادة تسمى AVCOAT ، مصمم للتآكل مع ارتفاع درجة حرارته. درع أوريون الحراري هو الأكبر من نوعه على الإطلاق

ستساعد المركبة الفضائية على تحمل درجات حرارة تبلغ حوالي 5000 درجة فهرنهايت أثناء إعادة الدخول على الرغم من الغلاف الجوي للأرض.

قبل إعادة الدخول ، سيتحمل Orion أيضًا نطاق درجة حرارة 700 درجة من حوالي 150 إلى 550 درجة فهرنهايت تحت الصفر. سيحمي نظام الحماية الحرارية عالي القدرة من Orion ، المقترن بوحدات تحكم حرارية ، Orion خلال فترات ضوء الشمس المباشر والظلام الأسود القاتم بينما يتمتع أطقمها بشكل مريح بدرجة حرارة داخلية آمنة ومستقرة تبلغ حوالي 77 درجة فهرنهايت.

الحماية من الإشعاع

عندما تسافر المركبة الفضائية في مهمات تتجاوز حماية المجال المغناطيسي للأرض ، فإنها ستتعرض لبيئة إشعاعية أقسى من المدار الأرضي المنخفض مع كميات أكبر من الإشعاع من الجسيمات المشحونة والعواصف الشمسية التي يمكن أن تسبب اضطرابات في أجهزة الكمبيوتر الهامة وإلكترونيات الطيران و معدات أخرى. يمكن أن يعاني البشر الذين يتعرضون لكميات كبيرة من الإشعاع من مشاكل صحية حادة ومزمنة تتراوح من داء الإشعاع على المدى القريب إلى احتمال الإصابة بالسرطان على المدى الطويل.

تم تصميم Orion منذ البداية بميزات مضمنة على مستوى النظام لضمان موثوقية العناصر الأساسية للمركبة الفضائية أثناء أحداث الإشعاع المحتملة. على سبيل المثال ، تم تجهيز Orion بأربعة أجهزة كمبيوتر متطابقة يتم فحص كل منها ذاتيًا ، بالإضافة إلى جهاز كمبيوتر احتياطي مختلف تمامًا ، لضمان استمرار قدرة Orion على إرسال الأوامر في حالة حدوث اضطراب. اختبر المهندسون الأجزاء والأنظمة وفقًا لمعايير عالية لضمان بقاء جميع الأنظمة المهمة قابلة للتشغيل حتى في ظل الظروف القصوى.

يحتوي Orion أيضًا على مأوى مؤقت للعاصفة أسفل السطح الرئيسي لوحدة الطاقم. في حالة وقوع حدث إشعاع شمسي ، طورت ناسا خططًا للطاقم على متنها لإنشاء ملجأ مؤقت بالداخل باستخدام مواد على متنها. كما سيتم وضع مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار الإشعاع على المركبة الفضائية لمساعدة العلماء على فهم بيئة الإشعاع البعيدة عن الأرض بشكل أفضل. سيطير أحد التحقيقات المسمى AstroRad على Artemis I ويختبر سترة تجريبية لديها القدرة على المساعدة في حماية الأعضاء الحيوية وتقليل التعرض من أحداث الجسيمات الشمسية.

الاتصال المستمر والملاحة

تتجاوز المركبات الفضائية التي تغامر بعيدًا عن الوطن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الفضاء وفوق أقمار الاتصالات في مدار الأرض. للتحدث مع مركز التحكم في المهمة في هيوستن ، سيستخدم أوريون جميع شبكات الاتصالات الفضائية الثلاث التابعة لوكالة ناسا. مع صعوده من منصة الإطلاق إلى الفضاء القمري ، ستنتقل Orion من شبكة الأرض القريبة إلى شبكة الفضاء ، والتي أصبحت ممكنة بفضل أقمار التتبع وترحيل البيانات ، وأخيراً إلى شبكة الفضاء العميق التي توفر الاتصالات لبعض أكثر مواقع ناسا. مركبة فضائية بعيدة.

تم تجهيز Orion أيضًا بأنظمة اتصال وملاحة احتياطية لمساعدة المركبة الفضائية على البقاء على اتصال بالأرض وتوجيه نفسها إذا فشلت الأنظمة الأساسية. يستخدم نظام الملاحة الاحتياطية ، وهو تقنية جديدة نسبيًا تسمى التنقل البصري ، كاميرا لالتقاط صور للأرض والقمر والنجوم وتثليث موقع Orion بشكل مستقل من الصور. لا يستخدم نظام اتصالات الطوارئ الاحتياطية الخاص به النظام الأساسي أو الهوائيات لنقل البيانات بمعدل عالٍ.