برنامه‌های بلندپروازانه برای ساخت سکوی پرتاب و فرود روی ماه

به گزارش گروه دانش و فناوری،اگر آینده همان طور باشد که برخی از کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند، ماه به یک پایگاه فضایی شلوغ تبدیل خواهد شد.

به نقل از اسپیس، وسایل نقلیه قمری معمولا روی سطح ماه فرود می‌آیند و موشک‌ها از سطح ماه خارج می‌شوند. این بخشی از یک زنجیره تامین برای سکونتگاه‌های انسانی است که امکانات علمی را فراهم می‌کند و تجهیزات را برای عملیات حفاری در محیط فرازمینی فرود می‌آورد.

«ائتلاف نوآوری سطح ماه»(LSIC) در ۲۳ ژوئیه ۲۰۲۴ یک کارگاه آموزشی را برای پرتاب و فرود روی ماه برگزار کرد. این ائتلاف توسط «آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز»(APL) در مریلند اداره می‌شود. دولت، دانشگاه و متخصصان بخش خصوصی به منظور ایجاد حضور پایدار در ماه، ایده‌هایی را درباره طراحی، تحلیل و ساخت تاسیسات پرتاب و فرود و همچنین شناسایی شکاف‌های موجود در فناوری به اشتراک گذاشتند.

اگر شریک آسمانی زمین به گذرگاه اصلی تبدیل شود و از سکونت بلندمدت انسان در آنجا پشتیبانی کند، باید تصمیمات مهمی درباره چگونگی ایجاد زیرساخت مورد نیاز اتخاذ شود. «ایان جن»(Ian Jehn) دانشجوی مقطع دکتری «مدرسه معادن کلرادو»(Mines) و مهندس سازه که بر ایجاد زیرساخت‌های ایمن و سالم برای ماه تمرکز دارد، گفت: ایجاد حضور انسان روی سطح ماه یک تلاش گروهی است. این احتمال وجود دارد که پیش از هرگونه حضور برجسته انسانی روی ماه لازم باشد تا جرم قابل توجهی پرتاب شود و به سطح ماه برسد. برای تولید زیرساخت‌های قمری موفق و کارآمد، به متخصصانی از همه حوزه‌های صنعتی نیاز داریم.

جن، وسایل نقلیه بزرگتری را برای پرتاب و فرود روی ماه پیش‌بینی می‌کند. این رفت‌وآمدها به معنای پرتاب موشک‌های بزرگ‌تر است که با چشم‌انداز ماه در تعامل خواهند بود. جن ادامه داد: در حال حاضر کاهش اثرات نیروی موشک یک حوزه مطالعاتی پرطرفدار است، زیرا پتانسیل زیادی را در ایجاد دهانه روی سطح ماه و پرتاب کردن سنگ با سرعت بالا دارد که می‌تواند به ساختار وسایل نقلیه قمری یا هر چیزی در مجاورت منطقه فرود آسیب برساند.

برای مهار این اثرات انفجار، ساخت و استفاده از «سکوهای پرتاب و فرود»(LLPs) در فهرست موضوعات مورد بحث است. هر طراح باید بداند که یک فرودگر قمری در چه سطحی از صنایع قرار می‌گیرد.

استفاده مجدد و تعمیر آسان

جن گفت: برای اطمینان از حمل‌ونقل ایمن و کارآمد افراد، تجهیزات و مواد از زمین به سطح ماه و از سطح ماه به زمین، سکوهای پرتاب و فرود باید قابل استفاده مجدد یا به راحتی قابل تعمیر باشند. در سیستم سکوهای پرتاب و فرود می‌توان از برخی شیوه‌های طراحی و ساخت‌وساز تثبیت‌شده در مهندسی عمران روی زمین استفاده کرد.

مهندسان عمران و سازه در حال طراحی سیستم‌های مشابهی هستند که در حال حاضر برای فرود موشک «فالکون ۹»(Falcon 9) شرکت «اسپیس‌ایکس»(SpaceX) و «نیو شپرد»(New Shepard) شرکت «بلو اوریجین»(Blue Origin) استفاده می‌شود.

جن گفت: سیستم هر سازه‌ای برای فعال شدن به دو مؤلفه متکی است که شرایط پیش‌بینی‌شده بارگیری و ویژگی‌های مواد را شامل می‌شود. تلاش قابل توجهی به منظور توسعه مواد ساختاری برای زمین ماه در حال انجام شدن است که به مرور پیشرفت می‌کند.

جن خاطرنشان کرد: موضوع مهم، اختصاصی بودن معیارهای بارگیری موشک است. با وجود این، در حال حاضر این معیارها توسط «سرویس‌های بارگیری تجاری ماه»(CLPS) ناسا و سازندگان سیستم فرود انسانی نادیده گرفته می‌شوند و تنها از طریق توافق‌نامه‌های الزام‌آور قانونی قابل دسترسی هستند.

برای این منظور، جن با انجمن مهندسان عمران آمریکا همکاری می‌کند. این گروه، توسعه دستورالعمل‌های مهندسی، طراحی، تحلیل و ساخت‌وساز قمری را آغاز کرده‌اند.

منشا حدس و گمان

با توجه به شش ماموریت «آپولو»(Apollo) بین سال‌های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۲ که دهها ماه‌نورد را به ماه فرستادند و به زمین بازگرداندند، چرا این همه هیاهو درباره فرود آمدن روی ماه و خروج از آن وجود دارد؟

«جان کانولی»(John Connolly) استاد مهندسی هوافضا در «دانشگاه ای اند ام تگزاس»(Texas A&M) معتقد است فرودهای آپولو بیشتر از اینکه پاسخ بدهند، پرسش ایجاد کردند. سابقه ۳۵ ساله او در ناسا شامل کار کردن روی برنامه سیستم فرود انسانی ماموریت «آرتمیس»(Artemis) است که در آن با پیمانکاران تجاری فرودگر ماه نیز همکاری داشت.

کانولی گفت: دانستن اینکه خواص ژئوتکنیکی سطح ماه به سرعت تغییر می‌کند، تلاش‌های ما را برای مدل‌سازی سطح ماه پیچیده‌تر خواهد کرد زیرا باید تغییر چگالی، چسبندگی، تخلخل و مقاومت را در نظر بگیریم. موتور یک فرودگر قمری به طرق گوناگون با رگولیت ماه تعامل دارد. مدل‌سازی تحلیلی کار آسانی نیست. مدل‌سازی جریان گاز موتور و نحوه تعامل گاز با رگولیت ماه باید به درستی انجام شود.

کانولی ادامه داد: بنابراین تقریبا باید هر ذره رگولیت را به ‌صورت جداگانه مدل‌سازی کنیم زیرا از ماتریس خاک خارج می‌شود، شتاب می‌گیرد، به ذرات دیگر برخورد می‌کند و در نهایت به یک مسیر بالستیک قدم می‌گذارد. مدل‌سازی این فرآیند به زمان زیادی برای اجرای پویایی سیالات روی یک ابررایانه نیاز دارد.

اسپری استحکام‌بخش

آیا باید یک سکوی پرتاب/فرود آماده کنیم تا فرودگرها به جست‌وجوی رگولیت ماه ادامه دهند و از پرتاب سریع آن به سوی سخت‌افزارهای باارزش روی سطح ماه خودداری کنند؟

کانولی گفت: من معتقدم که پاسخ مثبت است اما شاید نه به این زودی. در ابتدا می‌توان از توپوگرافی خود ماه برای محافظت از دارایی‌های روی سطح آن استفاده کرد. باید فقط یک محل فرود انتخاب شود. اما اگر بخواهیم به فرود آمدن در همان محل ادامه دهیم، ممکن است لازم باشد تغییراتی اعمال شود تا اثر موشک‌ها را از بین ببرد.

«راینو اسنات»(Rhino Snot) یک پلیمر تجاری برای اسپری کردن روی مناطقی است که در نواحی مستعد گرد و غبار استفاده می‌شود و با متصل کردن ذرات خاک به یکدیگر، استحکام خاک را افزایش می‌دهد. کانولی گفت: ارتش آمریکا پلیمرهای مایع را برای تثبیت سریع جاده‌های خاکی و سکوهای فرود بالگرد اسپری می‌کند. از نسخه پیشرفته این فناوری می‌توان برای سکوهای فرود ماه استفاده کرد.

«راب مولر»(Rob Mueller) پژوهشگر مرکز فضایی کندی ناسا در فلوریدا گفت: فرودهای ایمن و قابل اعتماد و در نهایت پرتاب‌ روی ماه برای موفقیت ماموریت ضروری هستند. داده‌های خروجی فرودگرهای قمری ناسا، اطلاعات جدیدی را درباره نحوه برخورد موشک با مواد سطح ماه ارائه می‌کنند. با در دست داشتن این اطلاعات، آنچه در آینده رخ خواهد داد روشن است.

مولر اضافه کرد: در آینده شاهد توسعه فضاپیماها روی سطح ماه و سایر مقاصد مداری و سطحی منظومه شمسی خواهیم بود. آنها از پیشرانه به‌دست‌آمده در محل مانند هیدروژن و اکسیژن آب استفاده خواهند کرد. این‌ برنامه‌ها اولین گام‌ها برای باز کردن مسیرهای حمل‌ونقل منظومه شمسی به روی بشریت و ربات‌های استخراج‌کننده منابع هستند.