عصر نوین صنعت فضایی؛ چالش‌ها و فرصت‌های آینده

در بسیاری از صنایع برای ایجاد تحولات چشمگیر، به زمانی بیش از یک دهه نیاز است؛ مگر اینکه یک عامل غیرمنتظره مانند تکنولوژی جدید، مدل کسب‌وکار یا طراحی خدماتی نوین در آن صنعت ظهور پیدا کند. اخیراً صنعت فضایی از مزایای هر سه عامل ذکرشده بهره‌‌مند بوده است.

اما شاید باور کردنش سخت باشد که تا ده سال پیش هیچ یک از این نوآوری‌ها وجود نداشتند. در روز ۲۸ سپتامبر ۲۰۰۸، یک شرکت نوپای فضایی بی‌‌صبرانه منتظر بود که نتیجه‌‌ی پرتاب نهایی مهم‌ترین دستاورد خود را پس از سه پرتاب ناموفق نظاره کند. بودجه‌‌ی پروژه رو به اتمام بود و این آخرین شانس برای پرتاب موفق محسوب می‌‌شد. با اشتعال بیش از ۲۱ هزار کیلوگرم نفت سفید و اکسیژن مایع، نیروی رانشی مورد نیاز بوستر دومرحله‌‌ای فراهم شد.

ماهواره‌‌ی اسپوتنیک ۱ محصول شوروی در ۹ اکتبر ۱۹۵۷؛ این ماهواره، ۵۸ سانتی‌‌متر قطر و ۸۳/۶ کیلوگرم وزن داشت. عصر فضا زمانی آغاز شد که اتحاد جماهیر شوروی، اسپوتنیک را به‌‌عنوان اولین ماهواره‌‌ی ساخت بشر در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ به فضا پرتاب کرد.

هنگامی که راکت فالکون ۱ با موفقیت در مدار قرار گرفت، این شرکت توانست قرارداد بعدی خود را با ناسا تضمین کند و بدین ترتیب شرکت اسپیس ایکس (SapceX) از این آزمون سربلند بیرون بیاید. در مدار قرار گرفتن اولین موشک بخش خصوصی با سوخت مایع، به‌‌منزله‌‌ی سر آغاز یک صنعت جدید فضایی بود که زمین و حتی دنیای فراتر از آن را متحول کرد. در این چند سال گذشته چه اتفاقاتی رخ داده و چه آینده‌‌ای پیش روی این صنعت است؟

در حالی که بسیاری از دانشمندان مشغول توسعه‌‌ی فناوری‌‌های جدید برای حل مشکلات فنی بی‌شماری هستند که در فضا با آن‌‌ها مواجه‌ایم؛ بخش دیگری از پژوهشگران نیز به بررسی زوایای تجاری و مسائل عملیاتی پیش رو در این صنعت می‌‌پردازند. در مقاله‌‌ای که اخیراً با همکاری جو ولتن و کریستوفر تانگ از اساتید علم مدیریت در دانشگاه کارولینای جنوبی نگاشته شده، به بررسی این پرسش پرداخته شده است که چگونه می‌‌توانیم یک صنعت فضایی پایدار را بنیان‌گذاری کرده و اقدام به احداث پایگاه‌های فرازمینی، استخراج از سیارک‌‌ها و توسعه‌‌ی سفرهای فضایی کنیم. در شرایطی که نقش دولت‌ها در سرمایه‌گذاری‌‌های شرکت‌های فضایی روز به روز کمرنگ‌‌تر می‌‌شود، این دو پژوهشگر معتقدند که این راه‌حل‌های تجاری می‌تواند برای حل مشکلات پیش‌‌رو، کارگشا باشد.

صنعت فضایی نوین

زمانی که اتحاد جماهیر شوروی برنامه‌‌ی اسپوتنیک خود را آغاز کرد و در سال ۱۹۵۷ اولین ماهواره‌‌ را به مدار زمین فرستاد، درواقع اولین مسابقه‌‌ی فضایی جهان آغاز شد که چاشنی اصلی آن، رقابت بین‌المللی و ترس از جنگ سرد بود. اتحاد جماهیر شوروی و آمریکا نقش‌های اصلی را بازی کردند و زنجیره‌‌ای از افتخارات را برای اولین‌‌بار در کتاب رکوردها ثبت کردند. فصل اول این مسابقه‌‌ی فضایی، با فرود تاریخی نیل آرمسترانگ و باز آلدرین روی سطح کره‌‌ی ماه (در مأموریت آپولو ۱۱) به اوج خود رسید؛ مأموریتی که با صرف سرمایه‌گذاری عظیم عمومی در حدود ۲۵/۴ میلیارد دلار (معادل ارزش فعلی ۲۰۰ میلیارد دلار) به ثمر نشست.

مشخصه‌‌ی اصلی فصل اول تاریخ فضایی جهان، رقابت بود. سرانجام این رقابت شکل همکاری به خود گرفت و ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) به‌‌عنوان نمونه‌‌ای از همکاری دولت‌ها برای رسیدن به اهداف مشترک فضایی تأسیس شد. هم‌‌اکنون، ما وارد فاز جدیدی از این عصر فضا شده‌‌ایم که شرکت‌های خصوصی و تجاری، رهبری آن را به عهده دارند.

از ابتدای سال ۲۰۱۸ تا به امروز، ۷۲ پرتاب مداری از سکوهای پرتاب در چین، روسیه، هند، ژاپن، گینه‌‌ی فرانسوی، نیوزیلند و آمریکا انجام گرفته است؛ این میزان معادل متوسط دو پرتاب در هر هفته‌ است.

همزمان با افزایش پرتاب فضاپیماها، پرتاب‌‌ راکت‌‌های مداری نیز شدت گرفته است؛ این پرتاب‌‌ها که شامل ارسال ماهواره‌‌ها و کاوشگرهاست، در عصر نوین صنعت فضایی رونق فراونی یافته است. امروزه تعداد بیشتری از دولت‌ها، شرکت‌ها و حتی آنان که پیش از این تجربه‌‌ای هم نداشته‌اند، در پرتاب فضاپیماهای مختلف مشارکت می‌‌کنند. با افزایش تعداد نهادهای درگیر، نوآوری نیز ظهور کرده است. همان‌طور که رابرسون در وب‌‌سایت دیجیتال ترندز اشاره می‌‌کند:

امروزه طرح یک‌‌باره‌‌ی مباحثی نظیر سفرهای فضایی خصوصی و تجاری، اکتشافات قمری، استخراج معادن و کلونی‌‌سازی باعث شده‌‌ است که مسابقه‌‌ی فضایی بسیار جدی‌‌تر از آن‌‌چیزی شود که در سال‌‌های قبل به نظر می‌رسید.

نمودار تعداد پرتاب‌های انجام‌شده در سراسر جهان؛ نمودار سمت چپ، نشان‌دهنده‌ی تعداد پرتاب‌های مداری شامل فضاپیماهای سرنشین‌دار یا بدون سرنشینی است که از زمین به مدار زمین ارسال شده‌اند و نمودار سمت راست، نشان‌دهنده‌ی کلیه‌ی پرتاب‌های فضایی شامل فضاپیماها، ماهواره‌ها و کاوشگرهای ارسال‌شده از زمین یا فضاست.

شما می‌توانید این شور و شعف را آشکارا در اخبار منتشرشده ببینید. ژاپن در ۲۱ سپتامبر اعلام کرد که دو کاوشگر بدون سرنشین به نام Minerva-II-1 روی یک سیارک کوچک در نقطه‌‌ای دور از زمین فرود آمده‌‌‌اند. برای داشتن دیدگاهی بهتر، مقیاس چنین فرودی مشابه با نشانه‌‌گیری یک هدف با ابعاد ۶ سانتیمتر از فاصله‌‌ی ۲۰ هزار کیلومتری است. در اوایل سال جاری، مردم سراسر جهان با حیرت شاهد پرتاب موفقیت‌‌آمیز راکت فالکون هوی از سوی شرکت اسپیس ایکس بودند و شگفت‌‌انگیزتر از آن، بازگشت بی‌نقص دو بوستر این راکت روی سکوی پرتاب بود.

چالش‌ها و فرصت‌ها

در بحبوحه‌‌ی رشد سرمایه، شرکت‌ها و دانش، پژوهشگران و متخصصان باید دریابند که چگونه نهادها باید عملیات‌ روزانه‌‌ی خود را مدیریت کنند، زنجیره‌‌ی تأمین خود را سازمان‌دهی کرده و عملیاتی پایدار را در فضا پیاده‌‌سازی کنند. این امر با برخی موانع در صنعت فضایی روبروست: مسافت، جاذبه، شرایط محیطی نامساعد و البته کمبود اطلاعات.

یکی از بزرگ‌ترین این چالش‌ها، درواقع فراهم کردن مایحتاج افراد در فضا است. ساخت همه‌‌ی ابزارها در زمین و سپس ارسال آن با راکت، فرآیندی بسیار هزینه‌‌بر و دست‌‌وپاگیر است. شرکتی که با نام Made In Space، با راه‌‌اندازی بخشی از خط تولید مواد در ایستگاه فضایی بین‌المللی و همچنین چاپ سه‌بعدی در فضا، رویکردی متفاوت در پیش گرفته است. ابزارها، قطعات یدکی و وسایل پزشکی برای خدمه می‌توانند براساس نیاز تولید شوند. در نتیجه‌‌ی این رویکرد جدید، می‌‌توان انعطاف‌پذیری بیشتر و همچنین مدیریت بهتر موجودی در ایستگاه‌های فضایی را انتظار داشت. به‌علاوه، محصولات ویژه‌ای مانند فیبر نوری خالص هستند که حتی امکان تولید بهتر آن‌‌ها تنها در فضا میسر خواهد بود.

چگونه شرکت‌ها می‌‌توانند ارزش تولید در فضا را تعیین کنند؟ محل احداث این ساختگاه باید کجا باشد و چگونه باید تولید انبوه را آغاز کرد؟ شکل زیر، مبدأ و مقصد کالاهای بین زمین و فضا را به تفکیک نشان داده و محصولات را در ۴ دسته‌‌ی مختلف دسته‌‌بندی می‌‌کند. ربع چپ پایین به محصولاتی اختصاص دارد که به‌‌منظور ساخت و استفاده روی زمین طراحی شده‌‌اند. با حرکت در جهت عقربه‌های ساعت، در هر ربع با چالش‌‌های جدیدتری مواجه می‌‌شویم که مسلما تخصص ما در آن کمتر است.

چارچوب عملیات‌های زمینی-فضایی

به‌‌عنوان مثال، فرآیند ساختن یک کلونی در مریخ (در ربع سوم) را در نظر بگیرید. شما نمی‌توانید ساختارهای لازم را اینجا روی زمین بسازید و سپس به‌‌آسانی آن‌‌ها را به مریخ بفرستید؛ بنابراین باید آن‌‌ها را روی مریخ تولید کنید. اما مستقر کردن نیروهای انسانی برای فرآیند ساخت در محیط مریخ بسیار دشوار است. پس در این مورد ممکن است اساساً یک شیوه‌‌ی کاملاً جدیدی از تولید با به‌‌کارگیری روبات‌ها و اتوماسیون مورد نیاز باشد.

منابع در فضا

ممکن است از خود بپرسید که چگونه می‌‌توان مواد اولیه‌‌ی لازم را برای شروع فرآیند تولید در فضا به دست آورد. در حقیقت، فضا منابع سرشاری دارد. فلزات مورد نیاز را می‌توانند درون سیارک‌‌ها یافت؛  آب مورد نیاز برای تولید سوخت موشک به‌‌شکل یخ در سیارات و اقمار آن‌‌ها وجود دارد و نهایتاً برای تولید انرژی نیز می‌‌توان از عناصر نایابی نظیر هلیوم-۳ بهره برد که در پوسته‌‌ی ماه فراوان است. اگر تصمیم کشورهایی نظیر چین در استخراج و انتقال این ایزوتوپ به زمین محقق شود، وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی کاملاً از بین خواهد رفت.

موارد یادشده چگونه می‌‌توانند اقتصاد را در صنعت فضایی متحول کنند؟ هم‌‌اکنون شرکت‌هایی مانند Planetary Resources، Moon Express،  Deep Space Industries و Asterank در حال بررسی این فرصت‌ها هستند و پژوهشگران نیز بررسی مسائل مربوط به حقوق مالکیت، بهره‌برداری و مشارکت در این نوع عملیات را آغاز کرده‌‌اند.

خطرات ناشی از زباله‌‌های فضایی

اگر فیلم «جاذبه» یا Gravity را دیده باشید؛ به خاطر دارید که صحنه‌‌ی اول فیلم با انفجار ماهواره‌‌ی روسی آغاز می‌‌شود که با یک واکنش زنجیره‌‌ای از برخورد‌‌های زباله‌‌های فضایی، به نابودی شاتل فضایی، تلسکوپ هابل و بخشی از ایستگاه فضایی بین‌المللی ختم می‌‌شود. این زنجیره از اتفاقات، با اینکه آن‌‌چنان که در فیلم می‌بینید، چندان محتمل نیست؛ ولی یک پدیده‌‌ی کاملاً واقعی است. در حقیقت، در سال ۲۰۱۳ یک ماهواره‌‌ی روسی در اثر برخورد با بقایای حاصل از انفجار یک ماهواره‌‌‌‌ی چینی متلاشی شد. این پدیده که به‌‌عنوان اثر کسلر شناخته می‌شود، یادآور خطر برخورد با بیش از ۵۰۰ هزار زباله‌‌ی فضایی در مدار زمین بوده و به‌‌تازگی مورد توجه سیاست‌‌های هواوفضای کشورها نیز قرار گرفته است. چگونه می‌‌‌توان این خطر را کاهش داد؟ بررسی اثرات زیست‌محیطی صنعت فضایی و نیز اعمال روش‌‌های عملیات پایدار همچنان موضوعاتی هستند که نیاز به بررسی بیشتری دارند.

مدل رایانه‌ای مربوط به مکان اشیا معلق در مدار زمین؛ ۹۵ درصد از این اشیا درواقع زباله‌های فضایی هستند. نقاط سفیدی که در تصویر می‌بینید، درواقع موقعیت فضایی اشیا را نشان می‌دهد که برای دید بهتر، اندازه‌ی آن‌ها بزرگنمایی شده است.

قدم بعدی چیست؟

فضا در حال تبدیل‌شدن به محل جدیدی برای شروع کسب‌وکارهای نو است. امروزه شرکت‌هایی وجود دارند که تدارکات لازم برای بارگیری ماژول‌‌های سفارشی شما را روی یک راکت فضایی فراهم می‌کنند؛ شرکت‌هایی وجود دارند که موشک‌ها را به مقصد ایستگاه فضایی بین‌المللی پرتاب می‌‌کنند و نیز شرکت‌‌های دیگری نیز آماده‌‌اند تا بعد از رسیدن ماژول‌ها به مقصد، عملیات جایگزینی محموله را انجام دهند.

قدم بعدی چیست؟ همان‌‌طور که هر کسی ممکن است حدس بزند؛ همه‌‌ی نشانه‌ها حاکی از آن است که این صنعت جدید به حرکت خود ادامه خواهد داد و مسلما یک پیشرفت بزرگ در تکنولوژی می‌تواند سرعت این حرکت را چند برابر کند؛ اما قدم بعدی این صنعت به نظر می‌‌رسد کاوش در نقاط دورتر از زمین (شامل ماه، سیارک‌‌ها یا مریخ) باشد. به‌‌سختی می‌‌توان باور کرد که اسپیس ایکس تنها طی ۱۰ سال توانسته به این پرتاب‌‌های موفق دست یابد. امروزه یک بخش خصوصی فعال متشکل از مجموعه‌‌ای از شرکت‌هاست که در همه‌‌ی زمینه‌‌ها از سفینه‌‌ی تجاری و نیروی محرکه راکت گرفته تا استخراج‌‌های فضایی و تولید مواد غذایی فعالیت می‌کنند. مرحله‌‌ی بعدی، احتمالا تلاش برای یکپارچه کردن شیوه‌های این کسب‌وکار و بلوغ صنعت فضایی خواهد بود.

در حالی که امروز می‌‌توانیم یک عینک واقعیت مجازی به چشم بزنیم و با نگاه به اطراف، جزئیات سطح مریخ را از دریچه‌‌ی این فناوری ببینیم؛ کسی چه می‌داند، شاید ۱۰ سال دیگر در چنین روزی روی سطح واقعی مریخ ایستاده باشیم و این سیاره‌ی سرخ را از دریچه‌‌ی چشمان واقعی خود نظاره کنیم.