نتطلع دائمًا إلى المهمات المأهولة في الفضاء ، لكننا سنتحدث اليوم عن سبب استمرار تحدي عودة الأطقم إلى الأرض.
لطالما اجتذب الفضاء الناس ، كان شيئًا غامضًا لم يتم استكشافه. الفجر ، والكواكب البعيدة تغرينا ، وتشجعنا على البحث والتجربة والرحلات الجوية بين الكواكب. تجدر الإشارة إلى أن الرحلات الفضائية الأخيرة ، على الرغم من أننا ما زلنا لا نسافر بالدرجة الأولى ، يبدو أنها تتقن في الحجم الأساسي. كان من المفترض بالفعل أن تطير مهمة Artemis 1 إلى القمر ، ولكن بسبب الظروف الجوية ، تم تأجيل الإطلاق حتى 2 سبتمبر. وبينما ننتظر بفارغ الصبر الإطلاق ، يجب أن نفهم أن العودة ستكون أيضًا لحظة حرجة ، على الرغم من حقيقة أنها مهمة بدون طيار.
يمكن تقسيم البعثات الفضائية إلى فئتين. تلك التي ستعود فيها المركبة الفضائية يومًا ما إلى الأرض هي في الغالب مهام مأهولة ، وتلك التي تحصل على تذكرة ذهاب فقط. هنا يمكننا أيضًا أن نذكر المهام المأهولة المستقبلية ، على سبيل المثال ، إلى المريخ بواسطة Elon Musk ، والتي لن تعود بالضرورة إلى الأرض. لكن في الواقع ، يجب أن تهبط مثل هذه الطائرة في مكان ما. اتضح أن مرحلة الهبوط هي أصعب جزء في مثل هذه المهام. اليوم سنحاول معرفة ذلك.
اقرأ أيضا:
- 100 عام من فيزياء الكم: من نظريات العشرينيات إلى أجهزة الكمبيوتر
- 5 مهمات فضائية مستقبلية يجب التفكير فيها
سلامة الطاقم والمعدات
منذ أن طار الإنسان لأول مرة إلى الفضاء ، كنا قلقين بشأن صحته ونجاح الرحلة بشكل عام. في حالة الرحلات الجوية المأهولة ، يمكن أن تكون أي لحظة حرجة. لطالما كانت سلامة الطاقم والمعدات على متن الطائرة ، إذا كانت مهمة غير مأهولة ، أولوية. لقد فهم مهندسو وقادة مثل هذه البعثات ، وكذلك رواد الفضاء أو رواد الفضاء أنفسهم ، جميع مخاطر مثل هذه الرحلات. لم تكن كل هذه المهمات ناجحة ، خاصة الأولى منها ، لكن كان من المهم استخلاص النتائج وتصحيح الأخطاء وعدم تكرارها في المستقبل.
على سبيل المثال ، خلال المهمة الأولى لمركبة أبولو الفضائية ، انتهى كل شيء بشكل مأساوي في مرحلة اختبارات ما قبل الإطلاق. في مهمة أبولو 13 الشهيرة ، وقع حادث أثناء الرحلة ، ونتيجة لذلك أصبح الهبوط على سطح القمر مستحيلًا. من الجيد أنه كان من الممكن إنقاذ الطاقم وإحضار السفينة بنجاح على بعد 7,5 كم من حاملة الطائرات Iwo Jima. تم التوصل إلى استنتاجات ، وأرسلت سفينة المهمة التالية إلى الفضاء بعد 5 أشهر فقط. حتى أنجح مهمة أبولو 11 كانت مليئة باللحظات المتوترة أثناء هبوط رواد الفضاء على سطح القمر والإقلاع اللاحق والعودة إلى الأرض. كما تعرضت المركبة الفضائية السوفيتية سويوز للعديد من الحوادث. هذا ، للأسف ، كان ولا يزال هو القاعدة في صناعة الفضاء.
نعم ، هذه في الغالب حالات فردية لا يمكن التنبؤ بها. ومع ذلك ، في أي مهمة فضائية مأهولة تتضمن العودة إلى الأرض ، هناك لحظة مذهلة دائمًا. ربما تعرف المشاكل غير المتوقعة التي تنشأ عند هبوط المركبات غير المأهولة على المريخ ، ولكن في حالة المهمات المأهولة ، فإن أرواح البشر معرضة للخطر. نتذكر جميعًا كارثة عام 2003 - أثناء الهبوط ، احترق مكوك "كولومبيا" ببساطة في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ، وتوفي الطاقم بأكمله المكون من سبعة أشخاص بشكل مأساوي.
يوجد أدناه جزء من فيلم "أبولو 13" ، الذي يوضح عملية هبوط رواد الفضاء على الأرض. بالطبع ، هذا فيلم له قواعده الخاصة ، ولا يعكس بالضرورة الواقع بدقة ، لكنه لا يختلف كثيرًا عنه أيضًا.
اقرأ أيضا: تلسكوب جيمس ويب الفضائي: 10 أهداف يجب مراقبتها
لماذا تمثل العودة بأمان إلى الأرض من الفضاء مثل هذه المشكلة؟
يبدو أن الجاذبية يجب أن تساعد هنا ، لذلك ليست هناك حاجة للكفاح لإبطاء الصاروخ. لكن سرعته تبلغ عشرات الآلاف من الكيلومترات في الساعة - هذه هي السرعة اللازمة للجهاز إما للدخول في مدار حول الأرض (ما يسمى بالسرعة الكونية الأولى ، أي 7,9 كم / ث) ، أو حتى تجاوزها ( السرعة الكونية الثانية ، أي 11,2 كم / ث) وحلقت ، على سبيل المثال ، إلى القمر. وهذه السرعة العالية هي المشكلة.
النقطة الأساسية عند العودة إلى الأرض أو عند الهبوط على كوكب آخر هي الكبح. هذا أمر مزعج مثل تسريع السفينة أثناء الإقلاع. بعد كل شيء ، لم يتحرك الصاروخ بالنسبة للأرض قبل الإقلاع. ولن يكون الأمر كذلك بعد أن تهبط. كما هو الحال مع الطائرة التي استقلناها في المطار. على الرغم من أنها تصل إلى سرعة 900 كم / ساعة (سرعة إبحار طائرة ركاب متوسطة الحجم) في الرحلة ، إلا أنها تتوقف مرة أخرى بعد الهبوط.
هذا يعني أن صاروخًا على وشك الهبوط على الأرض يجب أن يخفض سرعته إلى الصفر. يبدو الأمر بسيطًا ، لكنه ليس كذلك. الطائرة التي يجب أن تبطئ سرعتها من 900 كم / ساعة إلى 0 كم / ساعة بالنسبة إلى الأرض مهمة أسهل بكثير من صاروخ يسافر بسرعة 28 كم / ساعة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يطير الصاروخ بسرعة جنونية فحسب ، بل يدخل أيضًا الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي عموديًا تقريبًا. ليس بزاوية مثل الطائرة ، ولكن بشكل عمودي تقريبًا بعد مغادرة مدار الأرض.
الشيء الوحيد الذي يمكن أن يبطئ الطائرة بشكل فعال هو الغلاف الجوي للأرض. وهو كثيف جدًا ، حتى في الطبقات الخارجية ، ويسبب احتكاكًا على سطح الجهاز النازل ، والذي قد يؤدي في ظل ظروف غير مواتية إلى ارتفاع درجة حرارته وتدميره. لذلك ، بعد أن تتباطأ سفينة الفضاء إلى سرعة أقل بقليل من سفينة الفضاء الأولى ، تبدأ في الهبوط ، وتسقط على الأرض. من خلال اختيار مسار الرحلة المناسب في الغلاف الجوي ، من الممكن ضمان حدوث أحمال لا تتجاوز القيمة المسموح بها. ومع ذلك ، أثناء الهبوط ، يمكن ويجب أن ترتفع درجة حرارة جدران السفينة إلى درجة حرارة عالية جدًا. لذلك ، فإن الهبوط الآمن في الغلاف الجوي للأرض ممكن فقط إذا كان هناك جهاز حماية حراري خاص على الغلاف الخارجي.
حتى الغلاف الجوي للمريخ ، وهو أرق بمئة مرة من الغلاف الجوي للأرض ، يمثل عقبة خطيرة. هذا ما تشعر به جميع الأجهزة التي تنزل على سطح الكوكب الأحمر. غالبًا ما تحدث معهم حوادث ، أو ببساطة تحترق في الغلاف الجوي للمريخ.
في بعض الأحيان يكون هذا الكبح مفيدًا ، كما يتضح من المهام التي كان الغلاف الجوي يعمل فيها بمثابة مكابح إضافية ، مما يساعد المركبات على دخول المدار المستهدف للكوكب. لكن هذه استثناءات إلى حد ما.
مثير للاهتمام أيضًا:
الكبح في الغلاف الجوي فعال ، لكن له عيوب كبيرة
نعم ، الكبح في الغلاف الجوي فعال للغاية ، لكن له عيوبًا كبيرة ، على الرغم من أنه ضروري للفرملة الفعالة.
مثل هذا التباطؤ في حالة الرحلات المدارية إلى الكواكب الأخرى لم يكتمل ، والعودة إلى الأرض مرتبطة بالتباطؤ الكامل. الأمر نفسه ينطبق على هبوط المركبة على المريخ. يجب ألا يتوقف المسبار الذي يدخل مداره تمامًا ، وإلا فإنه سيسقط على سطح الكوكب الأحمر.
الأجهزة في الفضاء ، التي تدور حول الأرض أو عائدة من القمر ، تتحرك بسرعات هائلة تم إعطاؤها لها وقت الإقلاع. لذلك ، على سبيل المثال ، تقوم محطة الفضاء الدولية بضبط المدار من وقت لآخر ، وترفعه ، لأنه كلما كان أعلى ، يجب أن تكون السرعة اللازمة للبقاء في المدار أقل.
نظرًا لأن توفير هذه السرعات يتطلب إنفاقًا مقابلًا للطاقة ، يجب أن يرتبط الكبح بإنفاق مماثل للطاقة. لذلك ، إذا كان من الممكن إبطاء الجهاز قبل دخول الغلاف الجوي ، أو الطيران بسرعة منخفضة أو حتى السقوط ببطء على الأرض ، فلن ترتفع درجة حرارته كثيرًا وسيكون الخطر على الطاقم ضئيلًا.
هذا هو المكان الذي يكمن فيه المصيد. تتطلب الرحلات الفضائية تكاليف طاقة ضخمة. تشكل كتلة حمولة الصاروخ جزءًا صغيرًا من إجمالي كتلة إقلاع الصاروخ. بالنسبة للجزء الأكبر ، يوجد وقود في منتصف الصاروخ ، يتم حرق معظمه في المرحلة الأولى من المرور عبر الطبقات السفلية من الغلاف الجوي. من الضروري إرسال المعدات أو طاقم السفينة إلى الفضاء. الوقود ضروري أيضًا للخروج من مدار الأرض أثناء الهبوط ، وكمية كبيرة جدًا منه. لذلك ، عند الكبح ، هناك خطر من أن يتسبب الوقود في اشتعال النيران في السفينة. في معظم الحالات ، تنفجر خزانات الوقود من ارتفاع درجة الحرارة أثناء الهبوط.
مثير للاهتمام أيضًا:
- أغرب 10 أشياء تعلمناها عن الثقوب السوداء في عام 2021
- إعادة تشكيل المريخ: هل يمكن أن يتحول الكوكب الأحمر إلى أرض جديدة؟
الهبوط ، مشابه للإقلاع ، فقط في الاتجاه العكسي
من أجل إبطاء السيارة بشكل شبه كامل قبل دخول الغلاف الجوي ، سيكون من الضروري استخدام نفس كمية الوقود المستخدمة أثناء الإقلاع ، على افتراض أن كتلة السيارة لا تتغير بشكل كبير أثناء المهمة. ومع ذلك ، عندما نضيف الوقود اللازم لرفع السفينة ومن أجل الكبح اللاحق لوزن السفينة ، يتضح أنه يتضاعف عدة مرات. وهذه الحسابات الاقتصادية المحزنة بالتحديد هي التي تعني أنه لا يزال من الضروري الاعتماد على منع الغلاف الجوي للأرض.
على سبيل المثال ، عند هبوط صواريخ SpaceX Falcon 9 ، يتم استخدام الوقود ، لكن الصاروخ نفسه خفيف جدًا (غالبًا ما يعود خزان الوقود إلى الأرض) ، ولا يتم العودة من مدار بعيد.
حسب المهندسون أن الهبوط على الأرض يتطلب نفس موارد الوقود لكل كيلوغرام مثل الإقلاع إلى المدار. أي أنه يشبه الإقلاع تقريبًا ، فقط في الاتجاه المعاكس.
وربما يستمر الأمر على هذا النحو لفترة طويلة. ليس فقط خلال مهمات Artemis 1 ، ولكن أيضًا بعد وصول الإنسان إلى الكوكب الأحمر. عندما يتم التغلب على هذه العقبة إلى حد ما ، سيكون من الممكن القول أننا قد أتقننا أخيرًا الرحلات الفضائية. لأنه يمكن للجميع الإقلاع ، ولكن قد تكون هناك مشاكل في الهبوط.
لكن التاريخ يعرف العديد من الأمثلة عندما تمكن علماؤنا ومهندسونا من حل المشكلات المعقدة. نأمل ألا تكون الرحلة إلى القمر أو المريخ في القريب العاجل أكثر صعوبة من رحلة من نيويورك إلى كييف. مع هبوط لطيف وآمن.
إذا كنت ترغب في مساعدة أوكرانيا في محاربة المحتلين الروس ، فإن أفضل طريقة للقيام بذلك هي التبرع للقوات المسلحة لأوكرانيا من خلال الحفاظ على الحياة او من خلال الصفحة الرسمية NBU.
اقرأ أيضا:
لماذا لا يستخدمون سيناريوهات عودة المركبة الفضائية الهجينة. ليست "أجنحة" مقاومة للحرارة وليست دروع اجتثاث حراري + مظلة.
الانزلاق مع الفرملة في الغلاف الجوي ، "القفز بالمظلة" النهائي المتحكم به على "الترامبولين" المرتجل. ولست بحاجة إلى حرق الوقود ، ربما المخلفات غير المنتجة. نترك الهيكل على الأرض ، ونأخذ فقط نظام التحكم.
إن رأي العبقرية الرياضية غير المعترف بها والمؤثر العملي مثير للاهتمام بشكل خاص.