10 دقیقه
یک مداخله زمان‌بندی‌شده برای نجات یک رصدخانهٔ قدیمی
به ندرت پیش می‌آید که یک ماهوارهٔ دولتی که برای سرویسدهی آماده نشده است، در آخرین لحظات با کمک یک یدککش رباتیک مدت عمر عملیاتی‌اش تمدید شود. با این حال، ناسا دقیقاً برای چنین کاری در اواسط سال ۲۰۲۶ برنامهریزی کرده است: یک مداخلهٔ افزایش مدار برای رصدخانهٔ نیل گرهلز سویفت، تلسکوپی از دورهٔ ۲۰۰۴ که ابتدا برای مطالعهٔ انفجارهای پرتو گاما طراحی شد و اکنون با شتاب گرفتن فروپاشی مداری روبه‌رو است. این اقدام نه تنها اقدامی فنی بلکه یک تست مهم سیاستی و اقتصادی برای سرویسدهی ماهواره‌ها به‌حساب می‌آید.
این تلسکوپ که با نام Swift Gamma-Ray Burst Explorer راه‌اندازی شد، خیلی زود به دارایی چندمنظوره‌ای در نجوم حوزهٔ زمان تبدیل شد و در رصد منابع گذرا نقش کلیدی ایفا کرد؛ از رصد انفجارهای پرتو گاما گرفته تا پایش جرمی مانند دَخیل بین‌ستاره‌ای 3I/ATLAS در دوره‌های اخیر. سویفت در یک مدار زمین‌مرکزی پایین (LEO) قرار دارد که ارتفاع حداکثری آن حدود ۳۷۵ مایل (۶۰۴ کیلومتر) است. این مدار در حال فروپاشی سریع‌تری نسبت به برآوردهای اولیه است که بخشی از آن ناشی از افزایش فعالیت خورشیدی است؛ خورشید با گرم‌تر کردن و گسترش لایه‌های بالایی جو، چگالی هوا در ارتفاعات بالاتر را افزایش میدهد و در نتیجه نیروی پسای جوی روی ماهوارههای LEO افزایش می‌یابد که سرعت سقوط مدار را بالا میبرد.
چرا یدککش فضایی ضروری است
اکثر ماهواره‌ها و تلسکوپ‌های در مدار برای سرویسدهی طراحی نشده‌اند. آن‌ها پورت‌های اتصال اختصاصی، گیرنده‌های مهاری استاندارد یا رابط‌های ازپیش‌تعریف‌شده‌ای ندارند که اجازه دهد یک فضاپیما به‌طور ایمن به آن‌ها متصل شود. سویفت یکی از همین سامانه‌هاست. بدون هیچ مداخله‌ای، ناسا احتمال برخورد با یک بازخورد کنترل‌نشده و فرود نامنظم را تا اواسط ۲۰۲۶ حدود ۵۰٪ و تا پایان همان سال حدود ۹۰٪ تخمین می‌زند. بنابراین پنجرهٔ عمل بسیار تنگ است و هر تأخیری میتواند ریسک از دست رفتن دائمی یک دارایی علمی ارزشمند را افزایش دهد.
برای مقابله با این خطر، ناسا یک قرارداد SBIR (پژوهش نوآورانهٔ کسب‌وکارهای کوچک) را به شرکت آریزونایی Katalyst Space Technologies اعطا کرده است تا یک یدککش رباتیک ساخته و تحویل دهد که قابلیت انجام دیدار و نزدیکشدن خودکار، گرفتن ایمن و افزایش مدار را داشته باشد. هرچند آژانس نام دقیق فضاپیما را اعلام نکرده، Katalyst نسخهٔ اولیهٔ پلتفرم Nexus خود را به‌عنوان دارایی محتمل برای این مأموریت توصیف کرده است. این تصمیم علاوه بر بعد عملیاتی، نشان‌دهندهٔ اعتماد ناسا به ظرفیت‌های نوآوران خصوصی در حوزهٔ سرویسدهی مداری است.
برنامهٔ مأموریت و فناوریهای توانمندساز
نجات برنامه‌ریزی‌شده متکی بر عملیات نزدیکی و دیدار خودکار (RPO) خواهد بود. RPO مجموعه‌ای از مانورها و فرایندهای ناوبری دقیق است که اجازه میدهد یک سرویس‌دهنده به‌طور ایمن به ماهوارهٔ هدف نزدیک شود، مدار و چرخش آن را همسان کند و سپس عملیات گرفتن را انجام دهد. برای ماهوارههای «غیرآماده» مانند سویفت، گرفتن نیازمند سخت‌افزار ویژه‌ای است: مکانیزمی رباتیک که میتواند به یک عضو ساختاری سازهٔ هدف متصل شود بدون این‌که به ابزارهای حساس یا صفحه‌های خورشیدی آسیب برساند یا بار اضافی دینامیکی وارد کند.
Katalyst اعلام کرده است که سامانهٔ خودمختار آن توانایی شناسایی و نزدیکشدن به یک نقطهٔ اتصال سازهای مناسب روی سویفت را دارد و سپس یک گرفتن غیرتهاجمی را انجام خواهد داد. پس از ایمن‌سازی اتصال، یدککش با استفاده از پیشرانش درونی خود چندین سوزش برنامه‌ریزی‌شده انجام میدهد تا سویفت را به مدار بالاتر و پایدارتر منتقل کند؛ این افزایش مدار باعث کاهش مواجهه با چگالی بالاتر جو و دردسترس‌بودن زمان بیشتری برای عملیات علمی میشود و عملاً عمر مفید تلسکوپ را افزایش میدهد. شرکت پیش‌تر برنامه‌هایی برای نمایش آزمایشی در فضا از فناوریهای مشابه داشته که به نظر می‌رسد موجب تسریع اعتماد ناسا و تخصیص بودجهٔ تقریبی ۳۰ میلیون دلاری برای این عملیات شده است.
عناصر فنی کلیدی شامل موارد زیر است: ناوبری نسبی با دقت بالا (با استفاده از حسگرهای نوری و احتمالاً LIDAR برای نقشه‌برداری فاصله و هندسه)، الگوریتمهای هدایت مقاوم در برابر خطا برای عملیات RPO، و یک ابزار انتهایی گرفتن (end-effector) طراحی‌شده برای برقراری رابط با ماهواره‌هایی که اصلاً انتظار سرویسدهی را نداشته‌اند. همهٔ این‌ها برای جلوگیری از خطاهای تماس که میتواند به سویفت آسیب زده یا آوار فضایی جدید تولید کند، حیاتی‌اند. علاوه بر این، برنامهریزی مأموریت شامل سنجش دینامیک برخورد بالقوه، مدلسازی جنبش‌های نسبی و اجرای مانورهای کوچک آزمایشی برای کاهش ریسک در هر مرحله است.
زمینهٔ علمی و برنامه‌ای
سویفت دهه‌ها دادهٔ ارزشمند دربارهٔ انفجارهای پرتو گاما، گذراهای ایکس و فرابنفش و طیف گسترده‌ای از پدیده‌های اخترفیزیکی فراهم کرده است. تمدید عمر عملیاتی آن از طریق بالا بردن مدار میتواند سال‌ها دادهٔ علمی را حفظ کند در حالی که هزینهٔ بسیار کمتری نسبت به توسعه و پرتاب یک مأموریت جایگزین صرف خواهد شد. برای ناسا، این عملیات همچنین به‌عنوان یک نمایش فناوری برای توانایی‌های گسترده‌تر سرویسدهی ماهوارهای عمل میکند که برای پایداری ماهواره‌ها، مدیریت ترافیک فضایی و لجستیک اکتشاف منظومهٔ شمسی اهمیت فزاینده‌ای دارد.
سرویسدهی ماهوارهای موجب کاهش پسماند در مدار، جلوگیری از از دست رفتن زیرساخت‌های علمی حیاتی و خلق فرصت‌های تجاری جدید برای تمدید عمر و ارتقای ماهواره‌ها در مدار میشود. نشان دادن قابلیت نجات یک ماهوارهٔ دولتی و غیرآماده میتواند بازار خدمات سرویسدهی به سفینه‌های میراثی را تحریک کند؛ به‌ویژه برای دارایی‌هایی که پورت‌های سرویسدهی استاندارد ندارند اما ارزش علمی یا تجاری بالایی دارند. این رویکرد میتواند انگیزۀ اقتصادی برای توسعهٔ استانداردهای اتصال در نسل‌های بعدی ماهواره‌ها نیز فراهم آورد.
پیامدها برای مأموریت‌های آینده
اگر Nexus یا یک سرویس‌دهندهٔ معادل بتواند سویفت را با موفقیت به مدار بالاتر منتقل کند، روش‌هایی را که می‌توانند به دارایی‌های دیگر در LEO اعمال شوند تأیید خواهد کرد و استراتژی‌هایی برای عملیات پرریسک‌تر در فضای نزدیک ماه (cislunar)، مدار ماه و لجستیک مریخ ارائه خواهد داد. توانایی اجرای نجات‌های سریع برای دارایی‌های حیاتی، مخصوصاً آن‌هایی که از مأموریت‌های سرنشین‌دار یا روباتیک به ماه و مریخ پشتیبانی می‌کنند، بسیار باارزش خواهد بود؛ در آن محیط‌ها مداخلهٔ به‌موقع میتواند از شکست مأموریت جلوگیری کرده یا هزینه‌های بازیابی را به‌شدت کاهش دهد.
Katalyst برنامه‌های دیگری نیز دارد: مأموریتی در ۲۰۲۷ برای پرتاب یک فضاپیمای کامل Nexus چندماموریتی تحت قرارداد نیروی فضایی ایالات متحده. هدف آن نمایش سرویسدهی عملیاتی در مدار زمین‌آهنگ (GEO) با متصل کردن سخت‌افزار به یک ماهوارهٔ نظامی و سپس ادامهٔ مأموریت برای سرویسدهی به یک شریک تجاری است. اگر این مأموریت موفق شود، نشان خواهد داد که یک پلتفرم رباتیک واحد میتواند به مشتریان دولتی و تجاری خدمات ارتقا و تمدید عمر در مدار ارائه دهد؛ این امر میتواند بازار بزرگی برای نگهداری و به‌روزسانی سخت‌افزاری در مدار ایجاد کند و رفتارهای تجاری جدیدی را شکل دهد.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا مورالس، مهندس سامانه‌های هوافضا با دو دهه تجربه در مفاهیم سرویسدهی مداری، اظهار داشت: "این عملیات یک گام حیاتی به‌سوی سرویسدهی ماهوارهای عادی و قابل‌اعتماد است. چالش فنی فقط ناوبری دقیق نیست؛ بلکه تضمین این است که تماس‌ها برای ماهواره‌هایی که هرگز برای دست‌کاری طراحی نشده‌اند، مخرب نباشد. افزایش مدار موفق سویفت میتواند ریسک و هزینهٔ مأموریت‌های آینده را کاهش دهد و نشان دهد چگونه نوآوران تجاری می‌توانند با آژانسهای دولتی همکاری کنند تا زیرساخت‌های فضایی حیاتی را حفظ کنند." این نظر نشان‌دهندهٔ ترکیب دانش فنی و چشم‌انداز برنامه‌ای است که مأموریت‌های آینده را شکل خواهد داد.
خطرات، جدول زمانی و نتایج مورد انتظار
جدول زمانی مأموریت فشرده است. ناسا و Katalyst انتظار دارند نجات را در اواسط ۲۰۲۶ اجرا کنند، که تنها چند ماه برای یکپارچه‌سازی سخت‌افزار پروازی، آزمایش‌های محیطی، شبیه‌سازی نهایی و آماده‌سازی برای پرتاب باقی می‌گذارد. مخاطرات اصلی شامل تلاشهای ناموفق برای گرفتن، ضعفهای سازهای غیرمنتظره در هدف و ناهنجاریهای پیشرانش در طول سوزشهای افزایش مدار است. استراتژی‌های کاهش ریسک شامل حسگرهای ناوبری افزونه، مدلسازی دقیق دینامیک گرفتن، و رویههای مرحلهای نزدیکشدن است که در صورت عبور پارامترها از محدودهٔ ایمن، امکان قطع و بازگشت ایمن را فراهم میکند.
برای مثال، نمونهٔ اقدامات کاهش‌دهندهٔ ریسک عبارت‌اند از: اجرای مانورهای آزمایشی با فاصلهٔ زیاد به‌منظور اعتبارسنجی مدل‌های نوری و لایدار؛ تدارک فرامین ابِر-ایمن برای لحظات تماس تا نیروهای اعمال‌شده در محدودهٔ ایمن بمانند؛ و قرار دادن منابع افزونگی مانند دو یا سه حسگر LIDAR و چندین دوربین دید نسبی برای جلوگیری از قطع اطلاعات به‌دلیل خطای یک حسگر. این نوع تدابیر باعث افزایش احتمال موفقیت عملیاتی در محیطی میشود که هر خطا میتواند منجر به خسارت یا تولید آوار فضایی شود.
اگر مانور موفق شود، سویفت در مداری قرار خواهد گرفت که مواجههٔ آن با نیروی پسای جوی کمتر شده و احتمال ادامهٔ عملیات علمی برای چندین سال افزایش می‌یابد. از لحاظ برنامه‌ای، نجات موفق میتواند سرمایه‌گذاری SBIR را توجیه کند و بازار سرویسدهی تجاری ماهواره‌ها را تسریع بخشد؛ این نتیجه میتواند موجب جذب سرمایهٔ خصوصی بیشتر، تدوین استانداردهای فنی جدید و تشویق اهداف بلندپروازانه‌تر در سرویسدهی فضایی شود.
نتیجه‌گیری
نجات برنامه‌ریزی‌شدهٔ ناسا برای تلسکوپ سویفت در ۲۰۲۶ یک نقطهٔ عطف در سرویسدهی مداری است: اولین تلاش برای نجات یک ماهوارهٔ دولتی که برای سرویسدهی آماده نشده با استفاده از یک یدککش رباتیک تجاری. فراتر از حفظ توان علمی ارزشمند، این عملیات فناوری‌ها و رویه‌هایی را آزمایش خواهد کرد که ممکن است به ابزارهای روزمره‌ای برای نگهداری و تمدید عمر زیرساخت‌های فضایی در مدار پایین زمین و فراتر از آن تبدیل شوند. موفقیت این مأموریت میتواند مسیر را برای عملیات گسترده‌تر، مقرون‌به‌صرفه‌تر و ایمن‌تر در آینده هموار کند، و نشان دهد که ترکیب تخصص دولتی و نوآوری تجاری میتواند چالش‌های عملیاتی و اقتصادی فضا را مدیریت کند.
منبع: autoevolution
ارسال نظر