چرا فرود روی ماه همچنان دشوار است؟

در سال جاری میلادی، شرکت خصوصی اسپیسل و سازمان فضایی هند، هردو هنگامی که در تلاش برای فرود آوردن فضاپیماهایشان روی سطح ماه بودند، با فرجام غم‌انگیزی مواجه شدند. با وجود جهش‌های حیرت‌انگیزی که در دهه‌های اخیر در حوزه‌ی رایانش، هوش مصنوعی و دیگر فناوری‌ها انجام شده است، به‌نظر می‌رسد که اکنون فرود روی ماه باید آسان‌تر شده باشد؛ اما ناکامی‌های اخیر نشان می‌دهد که ما با فرود مطمئن و بی‌دردسر روی سطح تنها قمر زمین همچنان راه درازی در پیش داریم.

۵۰ سال پس از ارسال نخستین انسان به سطح ماه، این سؤال مطرح می‌شود که چرا نشاندن آرام یک فضاپیما روی نزدیک‌ترین همسایه‌ی کیهانی زمین، کماکان امر دشواری برای سازمان‌های فضایی و شرکت‌های خصوصی فضایی است. برای بررسی پاسخ این سؤال با زومیت همراه باشید.

چرا فرود قمری با ۱۵ دقیقه هراسناک همراه است

با وجود پیچیدگی‌های هر نوع مأموریت فضایی، ارسال یک جسم از زمین به مدار پیرامون ماه امروزه امر آسانی است. کریستفر رایلی، کارگردان فیلم مستند در سایه‌ی ماه محصول سال ۲۰۰۷ و نویسنده‌ی کتاب آنجا که روزی ایستاده بودیم (۲۰۱۹) که مضمون هر دو اثر درباره‌ی تاریخچه‌ی مأموریت آپولو ۱۱ است، در گفت‌وگو با خبرگزاری دیجیتال ترندز، دلایل دشواری فرود روی ماه را شرح داده است. به‌گفته‌ی او: «امروزه مسیرهای بین زمین و ماه به‌خوبی شناخته‌شده هستند و پیش‌بینی آن‌ها و پرواز درونشان به آسانی انجام می‌شود.»

پرتاب مأموریت چاندریان ۲

با این حال چالش واقعی، خارج کردن فضاپیما از مدار و فرود آوردن آن روی سطح ماه است؛ زیرا در ارتباطات بین زمین و ماه تأخیر وجود دارد و افراد حاضر در اتاق کنترل که روی زمین حضور دارند، نمی‌توانند به‌منظور فرود ایمن فضاپیما روی ماه آن را به‌طور دستی کنترل کنند. درنتیجه، فضاپیما باید به‌طور خودکار فرود آید و برای این کار، موتورهای نزولش را روشن می‌کند تا سرعتش از هزاران کیلومتر بر ساعت به تقریبا یک متر برثانیه کاهش یابد و بتواند فرودی ایمن را روی سطح ماه انجام دهد.

به همین دلیل، مدیر سازمان پژوهش‌های فضایی هند (ISRO) که ماه گذشته در تلاش برای فرود سطح‌نشین ویکرام بود، نزول نهایی فضاپیما را با عنوان «۱۵ دقیقه‌ی هراسناک» توصیف کرد؛ زیرا به محض آنکه فضاپیما وارد مرحله‌ی فرود شود، کنترل وضعیت آن از دست اعضای کنترل مأموریت خارج می‌شود. آن‌ها صرفا می‌توانند فرود فضاپیما را تماشا کنند و امیدوار باشند که همه‌چیز طبق برنامه پیش برود و صدها فرمان به‌درستی اجرا شود و سامانه‌های خودکار فرود، فضاپیما را به‌آرامی به سطح ماه نزدیک کنند.

ناشناخته بزرگ: سطح محل فرود

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در مرحله‌ی نزول نهایی، شناسایی نوع سطح محل فرود است. با وجود دراختیارداشتن ابزارهایی نظیر مدارگرد شناسایی ماه (LRO) که می‌تواند نماهایی شگفت‌انگیز را از سطح ماه شکار کند، همچنان به‌سختی می‌توان دریافت که فضاپیما هنگام فرود روی ماه با چه نوع سطحی مواجه خواهد شد.

چپ: محل سقوط برشیت. راست: نسبت تصاویر قبل و بعد، وقوع تغییرات جزئی در روشنایی سطح را برجسته می‌کند.

لئونارد دیوید، نویسنده‌ی کتاب تب ماه: مسابقه‌ی فضایی جدید (۲۰۱۹) و گزارشگر فضایی کهنه‌کار می‌گوید:

مدارگرد شناسایی ماه دارایی بسیار باارزشی است که در طول سال‌ها واقعا عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داده است؛ اما هنگامی که به ارتفاع چند متری از سطح ماه می‌رسید، عوارضی پدیدار می‌شوند که بررسی آن‌ها حتی با دوربین بسیار قدرتمند LRO نیز امکان‌پذیر نیست.

رایلی می‌گوید، حتی امروزه با وجود داده‌های تصویری موجود، «برخی محل‌های فرود همچنان دارای بقایایی ناشناخته هستند.» او خاطرنشان می‌کند که مأموریت آپولو ۱۱ دربردارنده‌ی مزیتی بود که سطح‌نشین‌های غیرنشین‌دار امروزی فاقد آن هستند و آن وجود چشمان نظاره‌گر فضانوردی است که می‌تواند سطح محل فرود فضاپیما را از نزدیک مشاهده کند. همان‌طور که احتمالا می‌دانید، در مأموریتی که به فرود نخستین انسان روی سطح ماه منجر شد، رایانه‌ی سطح‌نشین ایگل در حال هدایت فضاپیما به محلی مملو از تخته‌سنگ بود؛ اما آرمسترانگ برای اجتناب از برخورد با سطح سنگی ماه، خود کنترل فضاپیما را در دست گرفت و آن را در محلی صاف فرود آورد.

سطح ناهموار محل فرود، مشکلات متعددی را در مأموریت‌های پیشین قمری نظیر آپولو ۱۵ به وجود آورده بود. در این مأموریت به فضانوردان گفته شده بود که به محض تماس فضاپیما با سطح ماه، باید موتورها را خاموش کنند تا از مکیده شدن گرد و خاک به داخل و خطر انفجار برگشتی ممانعت شود. اما فضاپیمای آپولو ۱۵ درون یک دهانه فرود آمد و به همین علت یکی از پایه‌های آن زودتر از بقیه با سطح تماس پیدا کرد. هنگامی که خدمه موتورها را خاموش کردند، فضاپیمای در حال حرکت با سرعت ۲/۱ متر بر ثانیه با فرودی سخت مواجه شد. سطح‌نشین در زاویه‌ای کج فرود آمد و هرچند درنهایت به‌طور ایمن مستقر شد، نزدیک بود واژگون شود و فاجعه‌ای مرگبار را رقم بزند.

فرود دشوار آپولو ۱۵ عامل پیچیده‌ی دیگری را در فرودهای قمری مطرح کرد: گرد و خاک ماه. قمر زمین پوشیده از گرد و خاک ریزی است که به‌واسطه‌ی هر نوع حرکت به درون هوا پرتاب می‌شوند و به هر چیز که با آن تماس پیدا کنند، می‌چسبند. وقتی فضاپیما به سطح ماه نزدیک شود، ستون‌های عظیمی از گرد و خاک به پا می‌شود که میدان دید را محدود می‌کند و ابزارهای الکترونیکی و دیگر سامانه‌های فضاپیما را در معرض خطر قرار می‌دهد. ما هنوز برای مواجهه با مشکل گرد و خاک، راهکاری دراختیار نداریم.

دستاوردی که پیش‌تر به‌دست آمده است

دلیل دیگری که باعث می‌شود فرود روی ماه همچنان با چالش مواجه باشد، این است که جلب حمایت و پشتیبانی عموم از پروژه‌های قمری دشوار به‌نظر می‌رسد. دیوید با اشاره به نیل آرمسترانگ و باز آلدرین، دو فضانوردی که طی مأموریت آپولو ۱۱ روی ماه قدم زدند، می‌گوید: «ما خودمان را متقاعد کرده‌ایم که نیل و باز را [به سطح ماه] فرستاده‌ایم؛ درنتیجه هنگامی که بحث مأموریت‌های قمری پیش می‌آید، مردم ممکن است بگویند ما قبلا آنجا بوده‌ایم و به این موفقیت دست یافته‌ایم.»

اما در واقعیت شناخت ما از ماه به‌خصوص در رابطه با مأموریت‌های بلندمدت همچنان بسیار اندک است. اکنون با وجود فاصله‌ی ۵۰ ساله بین مأموریت‌های آپولو و پروژه‌ی پیش‌روی آرتمیس ناسا، دانش به‌دست‌آمده با بازنشستگی مهندسان و مختصصان از دست رفته است. دیوید می‌گوید:

ما باید توانایی‌مان در سفر به اعماق فضا را بازیابی کنیم. ما از زمان آپولو ۱۷ و از سال ۱۹۷۲ تاکنون از مدار نزدیک زمین فراتر نرفته‌ایم. ناسا اکنون همان سازمانی نیست که انسان را روی ماه قرار می‌داد و نسل کاملا جدیدی از گردانندگان مأموریت وجود دارد.

اهمیت افزونگی

پروژه‌ی اسپیسل به‌عنوان نخستین فضاپیمای خصوصی واردشده به مدار پیرامون ماه از اهمیت درخورتوجهی برخوردار بود؛ اما ناکامی آن در فرود آرام روی سطح ماه، موجب شد تا دستاورد نشستن بر سطح قمری همچنان در انحصار دولت‌ها باقی بماند. با این حال، می‌توان انتظار داشت که شرکت‌های خصوصی بیشتر نظیر بلو ارجین جف بزوس که درحال توسعه‌ی سطح‌نشین قمری اختصاصی خود است، در آینده ماه را هدف قرار دهند. حتی فضاپیمای غول‌پیکر استارشیپ اسپیس‌ایکس که با هدف نهایی ارسال مأموریت انسانی به مریخ درحال ساخت است، به‌گفته‌ی ایلان ماسک می‌تواند روی ماه نیز فرود بیاید.

به‌گفته‌ی دیوید، مشارکت شرکت‌های خصوصی در انجام فرودهای قمری حاوی مزایایی نظیر افزایش نوآوری است. با این حال، شرکت‌ها تحت فشار برای صرفه‌جویی در مصرف پول هستند و این می‌تواند به فقدان افزونگی و سامانه‌های پشتیبانی منجر شود که وجود آن‌ها در صورت بروز خطا و عملکردهای ناصحیح ضروری است. سطح‌نشین‌های قمری به‌طور معمول دربردارنده‌ی دو یا حتی سه لایه سامانه‌ی پشتیبان هستند. دیوید نگران است که شرکت‌های خصوصی به‌منظور کاهش هزینه‌ها و صرفه‌جویی در مخارج به حذف این افزونگی‌ها ترغیب شوند.

کپسول مسافربری کرو دراگون اسپیس‌ایکس

دیوید با اشاره به حادثه‌ی انفجار فضاپیمای اسپیس‌ایکس در ماه آوریل که هیچ سرنشینی نداشت، می‌گوید: «ما شاهد بودیم که کپسول مسافربری دراگون ایلان ماسک بر اثر شکست آزمایش روی جایگاه دچار آتش‌سوزی شد. این سانحه به نوعی زنگ خطری در این باره بود که چگونه عملکرد فضاپیماها می‌تواند دور از انتظار باشد.» دیوید حادثه‌ی کرو دراگون را با فاجعه‌ی آپولو ۱ مقایسه کرد که طی آن، جان سه فضانورد ناسا در جریان آزمایش پرتاب فضاپیما در سال ۱۹۶۷ گرفته شد.

معضل دیگر در رابطه با فقدان سامانه‌های افزونگی، نبود اطلاعات مورد نیاز هنگام بروز خطا است. در مورد اقدام به فرودهای اخیر، به‌نظر می‌آید که سقوط اسپیسل دراثر خطای انسانی اتفاق افتاد؛ اما مشخص نیست که چه عاملی موجب ناکامی چاندریان ۲ در فرود آرام شد و احتمال دارد که بدون وجود سامانه‌های لازم برای ضبط و ارسال اطلاعات در سطح‌نشین، هرگز به‌علت اصلی ناکامی این مأموریت پی نبریم. بدون داده‌های مورد نیاز، جلوگیری از بروز مجدد مشکلات در آینده بسیار دشوارتر می‌شود.

آینده فرودهای قمری

در حال حاضر، پروژه‌های بسیاری با هدف آسان‌سازی فرودهای آتی روی ماه در دست انجام است. درنهایت، ما برای اقامت بلندمدت روی ماه باید بتوانیم زیرساخت‌های لازم را در آنجا ایجاد کنیم.

طرح مفهومی از فناوری Moonrise روی ماه. در سمت چپ ماژول قمری آلینا قرار دارد و در سمت راست، ماه‌نورد مجهز به فناوری مونرایز به کمک لیزر خاک ماه را ذوب می‌کند

اگر ما بتوانیم اقامت طولانی‌مدت روی ماه را امکان‌پذیر کنیم یا حتی پایگاهی دائمی را در آنجا بسازیم، فرود آوردن فضاپیما روی سطح قمری بسیار آسان‌تر خواهد شد. با ساخت جایگاه‌های فرود می‌توان سطحی مسطح، ایمن و عاری از بقایای ناشناخته را برای فرود سطح‌نشین‌ها ایجاد کرد. به‌عنوان مثال، پژوهشگران هم‌اکنون در مرکز فضایی کندی ناسا پژوهشی را انجام می‌دهند تا امکان‌پذیری استفاده از ریزموج‌ها را برای ذوب خاک ماه (رگولیت) و تبدیل آن به پی سخت بررسی کنند تا بتوان از آن به‌عنوان جایگاه فرود و پرتاب استفاده کرد. سازمان فضایی اروپا نیز چگونگی به‌کارگیری چاپ سه‌بعدی را برای ایجاد جایگاه‌های فرود و همچنین دیگر زیرساخت‌ها روی ماه بررسی می‌کند.

دیگر ایده‌ها شامل استفاده از سامانه‌های سنجش از دور لیدار است که به سامانه‌ی رادار شباهت دارد؛ اما درعوض به‌جای امواج رادیویی از لیزر برای فرود فضاپیما استفاده می‌کند. فناوری لیدار قرائت‌های دقیق‌تر را ارائه می‌دهد و از شبکه‌ای از ماهواره‌های جی‌پی‌اس استفاده می‌کند تا به هدایت فضاپیما حین فرود کمک کند.

مشکل حمایت عمومی

به همان اندازه که فناوری اهمیت دارد، وجود علاقه و حمایت عمومی برای موفقیت برنامه‌ی فرود قمری نیز ضرورت دارد. رایلی می‌گوید: «آپولو منابع عظیمی دراختیار داشت که شاید امروزه تنها با برنامه‌ی فضایی چین قابل مقایسه باشد. به یاد بیاورید که آپولو بهترین رایانه‌های قابل تصور یعنی مغز انسان را حمل می‌کرد.» لازم به اشاره نیست که عنصر شانس نیز در هر فرودی دخیل است.

مایک پنس، معاون رئیس‌جمهور آمریکا درحال سخنرانی در مراسم ۵۰امین سالگرد مأموریت آپولو ۱۱

درنهایت این سؤال مطرح است که چه نوع شکستی برای مردم قابل قبول است. دیوید می‌گوید:

تصور می‌کنم ما باید درباره‌ی این حقیقت جدی باشیم که احتمالا افرادی را از دست خواهیم داد. این احتمال به‌طور جدی وجود دارد که سطح‌نشین قمری سرنشین‌دار سقوط کند و فضانوردان داخلش را به کشتن دهد. مردم آمریکا با وجود شکست‌ها و بدبیاری‌های برنامه‌ی آپولو به پشتیبانی از ناسا ادامه دادند؛ اما در آن زمان فشار بسیار زیادی برای رقابت با اتحاد جماهیر شوروی وجود داشت. بدون وجود فضای دوقطبی جنگ سرد و مسابقه‌ی فضایی، آیا مردم با درمیان بودن جان انسان‌ها، باز هم از مأموریت‌ها حمایت خواهند کرد؟