محطة البوابة: المرور إلى خط القمر ، والوصول إلى محطة المريخ

من المحتمل ألا يهدأ النقاش حول كيف من الأفضل التوسع في الفضاء حتى عندما تتقن البشرية النظام الشمسي ، ولكنها ستنتقل إلى مستوى تاريخ بديل: "في بداية القرن الحادي والعشرين ، كان من الضروري بناء قاعدة قمرية! لا ، المحطة المدارية! لا ، كل الجهود كانت لابد من طرحها على المريخ! "وبقدر ما يكون الأمر كذلك ، فإن الاتجاه الرئيسي للحركة الآن هو المحطة المدارية القمرية Lunar Orbital Platform - Gateway والهبوط على القمر منذ عام 2024.


بوابة الفنان

المخطط

لقد تم تعميم فكرة "العودة إلى القمر" في دوائر الفضاء الأمريكية لفترة طويلة. كما يقولون ، لن يكون هناك سعادة ، ولكن سوء الحظ ساعد. تحطم المكوك كولومبيا في عام 2003 محكوما على البرنامج ليغلق ، والسؤال الواضح الذي يطرح نفسه هو أين يذهب بعد ذلك. في عام 2004 ، تحدى الرئيس الأمريكي آنذاك ناسا لتوسيع وجودها في النظام الشمسي. وكانت النتيجة برنامج "كوكبة" (كوكبة) ، الذي كان من المفترض أن يعود إلى القمر ، وكان الهدف النهائي هو السفر إلى المريخ. لم يستطع البرنامج البقاء في نهاية فترة ولاية بوش الثانية وتم إغلاقه بعد فترة قصيرة من انتخاب باراك أوباما. كانت النسخة الجديدة من البرنامج موجهة على الأرجح إلى المريخ ، وقد اقترح "التدريب" قبل الرحلة في مهمة لسحب كويكب في مدار حول القمر. قام الرئيس الجديد ، ترامب ، أيضًا بتحويل تركيز البرنامج - والهدف الآن هو العودة إلى القمر ، وستكون الوسيلة هي المحطة القريبة من القمر ، بعد عدة عمليات إعادة تسميتها ، تسمى "Lunar Orbital Platform - Gateway" أو Gateway فقط. ولكن بشكل عام ، كان يسمى البرنامج "ارتميس". الاسم رمزي لأن أرتميس هي أخت أبولو وإلهة القمر ، وكذلك لأن الهدف من البرنامج هو "هبوط المرأة الأولى والرجل القادم على القمر".


تكوين المحطة ، ربيع 2019 ، صورة ناسا

حتى الآن ، تم التعاقد على وحدتين وهما في الإنتاج. نشأ عنصر القدرة والدفع (PPE) عن مهمة لإعادة توجيه كويكب. إنه ، في الواقع ، جرار بألواح شمسية كبيرة ومحرك نفاث كهربائي. وستكون مهمته هي الحفاظ على البوابة في مدار هالة (شكل بيضاوي ممدود للغاية بارتفاع يتراوح بين 3000 و 70،000 كيلومتر فوق سطح القمر). تستند وحدة الحد الأدنى للسكن (MHM) ، والمعروفة باسم Habitation and Logistics Logistics (HALO) ، إلى الحلول التكنولوجية لسفينة الشحن Cygnus (التي تطير إلى محطة الفضاء الدولية) وستكون مقصورة صغيرة مختومة يمكنك العيش والعمل فيها. مفهوم المحطة قيد التطوير ، لذلك يمكن أن تذهب إلى القمر أو تبقى على الورق عدة وحدات - لوجستية (مستودعات) ، مأهولة بالسكان ، قفل.

لأول مرة ، أدخلت ميزانية ناسا لعام 2019 بند الإنفاق على البوابة التي خصص الكونغرس لها 450 مليون دولار (من المهم الإشارة إلى أنه تم تخصيص أربعة مليارات لصاروخ SLS الداعم وسفينة أوريون ، والتي سوف تطير إلى هذه المحطة ، لعام 2019 ، وإجمالاً لقد أنفقوا بالفعل 30 مليار دولار).

في الآونة الأخيرة ، تم التخطيط لهبوط القمر في عام 2028. ولكن في مايو 2019 ، أعلن نائب الرئيس مايك بينس تأجيل "اليسار" لمدة أربع سنوات ، والآن يعتبر عام 2024 هو الهدف ، وتجدر الإشارة إلى أن هذا سيكون عام الانتخابات الأمريكية ، التي جرت تقليديًا في نوفمبر ، سواء تمكنت ناسا من الوفاء بالمواعيد النهائية ، فإن الهبوط سيكون إما نهاية جميلة لولاية الفائز في انتخابات عام 2020 ، أو بالنظر إلى أن مشاريع الفضاء المعقدة تسعى باستمرار إلى "الذهاب إلى اليمين" ، فسيكون ذلك في بداية فترة الفائز في انتخابات 2024. بعد أن ألغى أوباما المنتخب حديثًا "كوكبة" في عام 2009 ، يمكن اعتبار تغيير الرئيس في البيت الأبيض مخاطرة إضافية ، ولكن مع كل دولار جديد يتم إنفاقه ، تقل احتمالية الإلغاء أو حدوث تغيير كبير في المشروع.

في الوقت نفسه ، في الوقت نفسه مع الهياكل الصلبة المعتادة ، يتم أيضًا اعتبار الوحدات القابلة للنفخ (القابلة للنفخ). وصلت شركتان إلى أعلى درجات الاستعداد: Bigelow Aerospace ، التي اجتازت وحدتها اختبارًا أرضيًا لمدة أسبوعين في NASA ، و Sierra Nevada Corporation ، التي أكملت بنجاح اختبارات لمدة ثلاثة أيام. على الرغم من الشكوك المفهومة حول سلامة الوحدات القابلة للنفخ في الفراغ في الفضاء ، فإن سنوات عديدة من الاختبارات تتحدث عن مصلحتها. في عامي 2006 و 2007 ، دخلت طائرة Bigelow Aerospace inflatable Genesis 1 و 2 ، التي طارت بنجاح حتى الآن ، إلى المدار. في عام 2016 ، تم تركيب وحدة نفخ BEAM على محطة الفضاء الدولية ، والتي تعمل بالفعل كمستودع إضافي ، على الرغم من حقيقة أنه كان من المفترض في الأصل اختبارها لمدة عامين فقط.

بالتوازي مع الوحدات ، يجري تطوير المعدات الضرورية الأخرى. سيتعين على الحساب النظري لمدار محطة المستقبل التحقق من المكعبات 12U (بحجم الميكروويف) ، والتي يمكن أن تطير في رحلة بالفعل في ديسمبر 2020. ومن 2021 ، من المفترض أن تطلق مركبات هبوط صغيرة بدون طيار تابعة لثلاث شركات إلى القمر: Astrobotic ، Intuitive Machines and Orbit Beyond ، والتي ستختبر حلول تقنية جديدة وستقدم تجارب علمية لوكالة ناسا إلى سطح القمر. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه عند الإشارة إلى مركبات الإطلاق لوحدات PPE و HALO ، يُشار إلى "الناقلات التجارية" ، والتي قد تكون Falcon Heavy أو Vulcan أو New Glenn أو Omega قيد الإنشاء ، ولكن المركبات الفضائية المأهولة "Orion" سيتم عرضها قيد التطوير منذ عام 2011 ، مركبة إطلاق نظام الإطلاق الفضائي (SLS) فائقة الثقل ، والتي استخدمت على نطاق واسع تكنولوجيا الفضاء المكوكية.


يتم إرسال الوحدة المركزية المجمعة (المرحلة الثانية) SLS للاختبار إلى مركز الفضاء المسمى بعد جون ستينس ، صورة ناسا

يتم الآن إعداد مهام غير مأهولة ، والتي يخططون لتنفيذها باستخدام Gateway. سيتعين على مركبة الهبوط HERACLES غير المأهولة التي اقترحتها وكالة الفضاء الأوروبية تخزين عينات من سطح القمر في المحطة ، حيث يمكن لرواد الفضاء بعد ذلك التقاطها. سيكون من الممكن حتى إعادة استخدام مرحلة الإقلاع من خلال توفير مرحلة هبوط جديدة وإمدادات الوقود من الأرض. من المفترض أن يتم التحكم في روفر المتضمنة في المهمة من الأرض (مع تأخير لمدة ثانية واحدة) مباشرة من قبل رواد الفضاء من البوابة. كما تتم دراسة مسألة إمكانية التزود بالوقود وإعادة استخدام الوحدات المأهولة.

وقالت وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا في اليابان إن الاجتماع الأخير للجنة التنسيق المتعددة الأطراف لمحطة الفضاء الدولية ، والذي تضمن العمل على البوابة ، تم عقده في 6 أغسطس 2019. وفيه ، أعلنت ناسا عن اختيار مقاول لإنتاج معدات الوقاية الشخصية. البحث عن طرق لتوفير فرص السكن والخدمات اللوجستية. قالت وكالة الفضاء الكندية إنه بعد الإعلان عن مشاركتها في مشروع Gateway في فبراير 2019 ، بدأت عملية بحث رسمية عن موردي Canadarm3 manipulator (النسخة الأولى من مناور تعمل على المكوكات ، والثانية على ISS). أبلغت وكالة الفضاء الأوروبية بأنها تسعى للحصول على موافقة رسمية من الدول المشاركة لإنشاء وحدة I-HAB دولية مأهولة بالسكان ، وقدرات اتصال متقدمة ، وبوابة علمية ووحدات خدمة المركبة الفضائية Orion التالية (يتم تصنيع وحدة القيادة بواسطة وكالة ناسا ، ووحدة الخدمة هي وكالة الفضاء الأوروبية). وقال روسكوسموس إنه سينتج وحدة بوابة متعددة الأغراض للمحطة. في ديسمبر 2019 ، ظهرت أخبار تؤكد Roscosmos استعدادها للمشاركة في مزيد من المفاوضات حول مشروع المحطة.

ميزات جديدة

المحطة في مدار القمر سوف تحل مشاكل جديدة. بادئ ذي بدء ، محطة الفضاء الدولية ، على الرغم من أنها في الفضاء وتعرضت للإشعاع الكوني ، إلا أنها في ظروف الإضاءة - وهي مغطاة بأحزمة إشعاع الأرض. من المتوقع أن تستمر أول رحلة مأهولة إلى المحطة مع هبوط على سطح القمر لمدة شهر تقريبًا ، وسيكون هذا رقمًا قياسيًا جديدًا طوال مدة وجود شخص خارج أحزمة الإشعاع - استغرقت مهمات Apollo أقل قليلاً من أسبوعين ، أطولها ، Apollo 17 "، قضى 147 ساعة في مدار القمر. في الوقت نفسه ، كان رواد الفضاء محظوظين - لم تحدث التوهجات الشمسية خلال المهمات. حتى الآن ، لا يمكن التنبؤ بدقة بزمن وطرد القذف إلى الشمس ، بحيث تصطدم التحولات الطويلة في المحطة القريبة من القمر بها. في هذه الحالة ، سيتعين على رواد الفضاء على الأرجح استخدام أقصى مقصورة محمية ، أوريون ، كملجأ. تقول الحسابات التي تم إجراؤها لبرنامج Apollo أنه في وحدة القيادة ذات الجدران السميكة ، حتى في حالة حدوث عاصفة شمسية قوية للغاية ، سيتمكن رواد الفضاء من العمل واستكمال المهمة بأمان. لكن التجربة الحقيقية يمكن أن تجلب بيانات مهمة لتوضيح الحسابات.


رواد الفضاء من الفرقة 22 (التوظيف 2017) في حفل التخرج يوم 10 يناير من هذا العام. هم الذين لديهم الفرصة للعمل على بوابة.

علاوة على ذلك ، مع كل مزاياها ، يختلف عمل المحطة الفضائية الدولية اختلافًا كبيرًا عما سيحدث على متن سفينة بين الكواكب. تستقبل المحطة عددًا كبيرًا من الإمدادات من الأرض ولا تنفقها اقتصاديًا جدًا. يتناول رواد الفضاء والرائد طعامًا جاهزًا في عبوات يمكن التخلص منها ، ويغيرون الملابس ، ويرميون الأطعمة المستعملة ، ويستخدمون منتجات النظافة التي يمكن التخلص منها. في عام 2018 ، سلمت سفن الشحن أكثر من 28 طناً من الإمدادات إلى محطة الفضاء الدولية وحرقت كميات مماثلة من الحطام في الجو. حتى في حالة وقوع أسوأ حادث ، يمكنك ركوب السفينة بسرعة والعودة إلى المنزل في ذلك اليوم. يمكن أن تصبح المحطة القريبة من القمر أرضًا اختبارًا للتقنيات الهزيلة وأنظمة دعم الحياة المقفلة إلى أقصى حد. بعد التمرين في ظروف مريحة إلى حد ما ، عندما لا يزال من الممكن العودة إلى الأرض في غضون ثلاثة أيام ، ستكون التطورات التكنولوجية قادرة على إيجاد حلول للرحلات الجوية بين الكواكب ، عندما يكون هناك أشهر من الرحلة إلى الأرض. من الغريب أنهم الآن سوف يضعون القمامة في بوابة في وحدات لوجستية ، مما يثير الحاجة إلى حل مشكلة التخزين على المدى الطويل (تشير المتطلبات إلى فترات تصل إلى ثلاث سنوات). لكن البدائل ممكنة - في برنامج Apollo ، تم دفع المرحلة الثالثة من صاروخ Saturn V عمداً ضد القمر من أجل تسجيل التأثير بواسطة أجهزة استشعار زلزالية مثبتة في الحملات السابقة. من الناحية النظرية ، لا يوجد شيء يمنع إسقاط سفن الشحن بالقمامة إلى القمر ، ليس فقط التخلص منها بشكل موثوق ، ولكن أيضًا جمع البيانات العلمية.

على الرغم من حقيقة أن محطات الكواكب الأوتوماتيكية تطير إلى القمر ليس نادرًا ، فإن ظهور شخص في المدار سيزيد من عدد المعدات والتجارب العلمية بأوامر من الحجم الضخم لمجرد أنه يتم إنفاق المزيد من الأموال على البرامج المأهولة. حتى الآن ، من المفترض أن تتم زيارة المحطة ، على عكس محطة الفضاء الدولية المأهولة بشكل دائم ، ستصل الطواقم لمدة 30-60 يومًا مرة واحدة في السنة ، لكن هذا سيظل يسبب إحياءًا خطيرًا في البرامج العلمية. بالإضافة إلى البحث الجيولوجي ، تم التخطيط للتجارب بالفعل باستخدام مواد (يتم تسليمها من مواقع الهبوط) تتيح إجراء تجارب على تقنيات إنشاء وتشغيل قاعدة على سطح القمر. كما أنه من المنطقي إعداد تجارب نباتية وعلم الحيوان والطب. وحقيقة أن المحطة ستكون بعيدة عن التداخل الأرضي سوف تسمح بالبحث الفلكي.


المدار واستهلاك الوقود للتحولات ، المصدر

وأخيراً ، في المستقبل البعيد ، يمكن أن تعمل المحطة كنقطة انطلاق لسفينة المريخ. له مدار مناسب جدًا - في مركز المرتفعات (النقطة البعيدة عن القمر) ، وهو يقع بعيدًا عن البئر الجاذبية لكل من القمر والأرض ، ولا توجد حاجة لمحركات قوية واستهلاك مرتفع للوقود للذهاب إلى المريخ. وإذا أصبحت المحطة مأهولة بشكل دائم ، فسيكون هذا مكانًا رائعًا لبناء سفينة بين الكواكب - يمكن استلام وحدات جديدة وفحصها ، وسيكون على الطاقم فقط شغل مقاعد في المركبة الفضائية المعدة والمختبرة للرحلة. ولكن هذه هي مسألة المستقبل ، في البعثات المقترحة حتى عام 2028 فقط الهبوط على سطح القمر.

المواد المعدة لمجلة "الكون ، الفضاء ، الزمن" ، التي نشرت في طبعة المؤلف.