فرودگاهی را تصور کنید که باند پرواز ندارد. نه پایانه‌ای، نه محوطه آسفالتی پرواز. فضاپیماها روی بزرگراه‌هایی نامرئی می‌لغزند که گرانش زمین و ماه آنها را شکل داده است. آنها توقف نمی‌کنند. در مدار می‌چرخند. منتظر می‌مانند. و کسی باید مراقب باشد که با هم برخورد نکنند.
این همان مسئله‌ای است که مهندسان دانشگاه تگزاس اِی‌اند‌اِم، پژوهشگران دانشگاه پردو و گروه‌هایی در مرکز فضایی جانسون ناسا برای حل آن دست به کار شدند: چگونه می‌توان حرکت ده‌ها وسیله فضایی، از کپسول‌های سرنشین‌دار و کشتی‌های باری گرفته تا ماه‌نشین‌ها را پیرامون دروازه، بندر فضایی برنامه‌ریزی‌شده ماه در مدار هاله‌ای نزدیک به راست‌خط، هماهنگ کرد. این مدار عجیب، کشیده و تقریبا نمایشی است: در یک لحظه دروازه تا فاصله‌ای نزدیک به ۱۰۰۰ مایلی قطب شمال ماه پایین می‌آید و کمی بعد، تا حدود ۴۰ هزار مایل آن‌سوی قطب جنوب دور می‌شود. زیباست. اما هیچ خطایی را نمی‌بخشد.
چرا این مدار اهمیت دارد؟ چون مدار هاله‌ای نزدیک به راست‌خط شبیه مدار پایین زمین نیست. این مدار میدان کشمکش گرانشی زمین و ماه است و همین باعث می‌شود مسیرها به شکلی ظریف و پیوسته تغییر کنند. خطاهای کوچک روی هم جمع می‌شوند. یک پالس پیشران که کمی از زمان مناسب عقب افتاده است. کمی عدم قطعیت در ناوبری. ناگهان، دو وسیله بازدیدکننده که قرار بود همسایگانی منظم باشند، در مسیر ناخوشایند برخورد قرار می‌گیرند.
پژوهشگران با استفاده از هزاران شبیه‌سازی رایانه‌ای بررسی و آزمایش کردند که فضاپیماها چگونه می‌توانند پیرامون دروازه ناسا جای‌گیری ایمن داشته باشند و میان ناوبری دقیق، بهره‌وری سوخت و چالش‌های ماموریت‌های آینده ماه تعادل برقرار کنند.
برای جلوگیری از این وضعیت، پژوهشگران مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های ریاضی را در مجله اکتا آستروناتیکا منتشر کردند. اینها قوانین پرزرق‌وبرق نیستند، نه لباس متحدالشکل در کار است و نه بی‌سیم، بلکه الگوریتم‌هایی هستند که تعیین می‌کنند یک فضاپیما کجا باید در حالت انتظار بماند، با چه دقتی جایگاه خود را حفظ کند و چه زمانی برای ایمن ماندن باید سوخت مصرف کند. می‌توان آن را کنترل ترافیک هوایی برای فضای میان زمین و ماه دانست: بدون برج مراقبت، فقط با فیزیک و ریاضیات.
انتظار مداری ایده‌ای به ظاهر ساده اما فریبنده است. یک وسیله فضایی به جای آنکه به شکلی غیرقابل پیش‌بینی سرگردان شود، در بخشی از مدار که با دقت انتخاب شده منتظر می‌ماند. همچنان در حرکت است، همیشه، اما موقعیت آن نسبت به دروازه حفظ می‌شود تا برنامه‌ریزان بدانند یک ساعت، یک روز یا یک هفته بعد کجا خواهد بود. همین پیش‌بینی‌پذیری، آشوب را به یک رقص هماهنگ تبدیل می‌کند. انتظارهای کوتاه قابل مدیریت می‌شوند. انتظارهای طولانی، پیشران ارزشمند را حفظ می‌کنند.
این گروه هزاران شبیه‌سازی انجام داد که آشفتگی‌های دنیای واقعی را نیز در نظر می‌گرفت: نویز ناوبری، شلیک‌های ناقص پیشران‌ها و اختلالات بیرونی بسیار کوچک. نتیجه امیدوارکننده بود. افزایش‌های محدود در حفظ موقعیت، یعنی احتراق‌های کوچک و به‌موقع، بدون مصرف سنگین ذخایر سوخت، بهبودهای بزرگی در دقت مکانی ایجاد می‌کند. به زبان ساده: می‌توان فضاپیماها را نزدیک‌تر به جایگاه‌های تعیین‌شده نگه داشت و در عین حال در مصرف پیشران صرفه‌جویی کرد.
در فاصله‌ای نزدیک به ۲۴۰ هزار مایل از زمین، ماه در حال دریافت نخستین بندر فضایی خود، یعنی دروازه است و مهندسان، راهنمای پرواز ریاضی و «قوانین عبور و مرور» مداری را طراحی کرده‌اند تا چندین فضاپیما بتوانند یکی از دشوارترین محیط‌هایی را که تاکنون برای اکتشاف انسانی در نظر گرفته شده، به شکلی ایمن با هم به اشتراک بگذارند.
یکی از الگوهای ظریف این پژوهش، با نامی تصویرسازانه «رشته مروارید» شناخته می‌شود. به جای آنکه فضاپیماهای بازدیدکننده به طور مستقل در اطراف پراکنده شوند، آنها در یک ردیف، جلوتر یا عقب‌تر از دروازه، مانند دانه‌های مروارید روی یک گردنبند قرار می‌گیرند. هر «مروارید» جایگاه خود را نسبت به ایستگاه حفظ می‌کند و احتمال سرگردانی و مانورهای اجتنابی لحظه آخری را کاهش می‌دهد. این هندسه‌ای ساده است که در رقص مداری به کار گرفته شده و با رشد ترافیک قمری مقیاس‌پذیر می‌ماند.
دکتر دایان دیویس، که بخش بزرگی از این کار را زمانی که در ناسا بود هدایت کرد و اکنون اختر دینامیک و طراحی ماموریت تدریس می‌کند، می‌گوید: «آینده اکتشاف ماه به همان اندازه که به علم موشک وابسته است، به مدیریت ترافیک هم بستگی دارد.» رویکرد گروه او دهه‌ها برنامه‌ریزی ماموریت را به چارچوبی عملی برای عصر آرتمیس و پس از آن پیوند می‌دهد.
از کاوش جهان‌های تازه تا ساخت فناوری لازم برای زندگی و پیشرفت فراتر از زمین، مهندسان فضایی دانشگاه تگزاس اِی‌اند‌اِم با چالش‌های عصر بعدی اکتشافات فضایی روبه‌رو هستند. پژوهش‌های آنها رباتیک فضایی، ماموریت‌های بلندمدت، فناوری ماه و حوزه‌های دیگر را در بر می‌گیرد و کمک می‌کند ایده‌های بلندپروازانه آینده فضا به واقعیت تبدیل شوند.
در این میان، موازنه‌های عملیاتی وجود دارد. هر احتراق، پیشران مصرف می‌کند و هر دقیقه حضور بیش از حد نزدیک به یک فضاپیمای دیگر، ریسک را بالا می‌برد. اما وقتی ماموریت‌ها بدانند هر وسیله فضایی کجا خواهد بود، پنجره‌های اتصال دقیق‌تر می‌شوند، مانورهای ملاقات مداری پیش‌بینی‌پذیرتر می‌شوند و حاشیه خطا به شکلی مطلوب کوچک‌تر می‌شود، یعنی از نظر عدم قطعیت کمتر می‌شود، نه از نظر ایمنی.
ما هنوز در ابتدای این داستان هستیم. مدار هاله‌ای نزدیک به راست‌خط دروازه میزبان ماموریت‌های سرنشین‌دار، تدارکات رباتیک و ماه‌نشین‌هایی خواهد بود که انسان‌ها را به سطح ماه می‌برند. هماهنگی‌ای که در شبیه‌سازی‌ها تمرین شده، باید در عملیات واقعی اعتبارسنجی شود. رویه‌های فرماندهی، به‌روزرسانی‌های ناوبری و هماهنگی بین‌المللی از ریاضیات پیروی خواهند کرد، اما انسان‌ها هستند که تصمیم‌های قضاوتی را می‌گیرند.
اگر رفت‌وآمد انسان به ماه به کاری معمول تبدیل شود، مسئله فقط موشک‌ها نخواهد بود. موضوع قوانین است، قوانین خاموش و ریاضی که تعیین می‌کنند چه کسی منتظر بماند، چه کسی حرکت کند و چگونه وسایل فضایی در فاصله‌ای نزدیک به ۲۴۰ هزار مایل از خانه با ایمنی از هم جدا بمانند.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.