مشکل عجیب ناسا در راه سفر دوباره به ماه : سرویس GPS کار نمی‌کند!

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از گجت نیوز، موفقیت ماموریت آرتمیس ۱ ناسا در پاییز گذشته، نشان داد که بشر برای سفر دوباره به ماه آماده است. ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA)، قصد دارند تا سال 2025 قدم روی ماه بگذارند و یک پایگاه دایمی در آنجا بسازند. چین و روسیه هم روی برنامه مشترکی برای اعزام فضانوردان به ماه در سال 2036 و احداث پایگاه کار می‌کنند.

فعلا اما یک مانع بزرگ وجود دارد: از جی پی اس محروم هستیم. فضانوردان در عمق فضا قادر به مسیریابی خودکار نیستند و هر ماموریتی، به مهندسان متخصص و آموزش دیده‌ای متکی است که اجرای آن را از مرکز کنترل زمینی، هدایت کنند. ولی در ماموریت‌های بلندمدت و پر رفت و آمد، این نوع هدایت عملیات، کارایی و ثبات لازم را ندارد.

از این رو، سازمان‌های فضایی درصدد قرار دادن سیستم رهیاب ماهواری یا satnav روی راکت‌هایی هستند که فاصله 385 هزار کیلومتری بین زمین و ماه را خواهند پیمود.

نحوه فعلی مسیریابی فضایی؛ پیچیده و پرهزینه

در حال حاضر، تنها یک روش برای رفتن از نقطه A به B در فضا وجود دارد: انجام محاسبات پیچیده بر پایه فیزیک که برحسب هر ماموریت، فرق می‌کند. وقتی فضاپیمایی به فضا پرتاب می‌شود، تنها نقطه مرجع، زمین است؛ بنابراین باید سیگنالی به زمین بفرستند تا موقعیت مکانی‌اش مشخص شود.

در ماموریت‌های آپولو، صدها نفر وظیفه مسیریابی و رساندن فضانوردان به ماه را بر عهده داشتند (مرکز کنترل آپولو ۱۱)

اما نقاط کور بسیاری در فضا وجود دارد. به‌عنوان مثال، وقتی فضاپیمای اوریون در حین انجام ماموریت آرتمیس ۱ به پشت ماه رفت، ناسا ارتباطش را با آن کاملا از دست داد. برای چند دقیقه، هیچ کاری از دست مهندسان برنمی‌آمد؛ جز اینکه نفس خود را حبس و دعا کنند که اوریون بدون آسیب از پشت ماه بیرون بیاید.

پس این روش، پاسخگو نیست. چیزی که ماموریت‌های فضایی امروزی نیاز دارند، ایجاد سازوکاری است که فضاپیماها بتوانند بدون اتکا به مسیردهی زمینی، راه خود را پیدا کنند.

ماهواره‌های زمین می‌توانند به‌کار بیایند

ارزان‌ترین راه برای راه‌اندازی satnav در فضا، استفاده از ماهواره‌های اطراف زمین است؛ این را الیزابت رونی، مهندس ارشد شرکت Surrey Satellite Technology می‌گوید که در حال همکاری با آژانس فضایی اروپاست.

اما مشکلاتی در این رویکرد وجود دارد، از جمله اینکه ماهواره‌ها به سمت زمین نشانه رفته‌اند. این یعنی بیشتر سیگنال‌های ماهواره‌ای، بلوکه می‌شوند و فقط سیگنال‌های ضعیفی به عمق فضا می‌رسند که با دورتر شدن از زمین، ضعیف‌تر هم می‌شوند.

با این تفاصیل، شاید استفاده از این سیگنال‌ها برای مسیریابی خودکار به‌سمت ماه، غیر ممکن به‌نظر برسد. اما مهندسان دهه‌هاست روی گیرنده‌های حساسی کار می‌کنند که می‌توانند سیگنال‌های ضعیف را در فضا دریافت کنند. موفقیت‌هایی هم حاصل شده است.

مثلا در سال 2019، چهار ماهواره توانستند موقعیت مکانی خود را با استفاده از سیگنال‌های GPS زمین، تعیین کنند؛ آن هم وقتی که در فاصله 187 هزار کیلومتری بودند، تقریبا نصف فاصله زمین تا ماه!

مسیریابی خودکار، شرط لازم برای سفر دوباره به ماه

ناسا و آژانس فضایی اروپا قصد دارند طوری گیرنده‌های خود را تقویت کنند تا قادر به دریافت سیگنال ماهواره‌های زمینی باشند.  چند ماموریت آزمایشی هم در پیش است که شماتیک یکی از آن‌ها در تصویر زیر می‌بینید. در این عملیات، ESA گیرنده‌ای را به یک ماهواره در حال چرخش دور ماه (موسوم به Pathfinder) نصب خواهد کرد تا امکان مسیریابی خودکار را بررسی کند.

گیرنده مورد اشاره، NaviMoon نام دارد و سوار بر ماهواره، در سال 2025 یا 2026 به فضا پرتاب می‌شود. طبق پیش‌بینی ESA، این گیرنده باید بتواند موقعیت مکانی ماهواره را با دقت حدود 60 متری، مشخص کند. وزن کمی هم دارد (حدود 4 کیلوگرم) و می‌تواند جایگزین تجهیزات سنگین‌تر نصب شده روی فضاپیماها شود.

گیرنده سیگنال NaviMoon

ناسا نیز همراه با سازمان فضایی ایتالیا، روی گیرنده‌های خودش کار می‌کند و برای پرتاب آن‌ها به سمت ماه طی سال 2024، در قالب ماموریت Lunar GNSS Receiver Experiment برنامه‌ریزی کرده است. جیمز جوزف میلر، یکی از مدیران ناسا ضمن اشاره به این رقابت دوستانه بین ESA و NASA می‌گوید: بسیاری از کشورهای دیگر هم روی مسیریابی ماهواره‌ای در فضا، سرمایه‌گذاری کرده‌اند؛ چون این یک فناوری آینده‌دار است.

لزوم وجود یک شبکه رهیاب ماهواره‌ای حول ماه

سیگنال ماهواره‌های زمینی، شاید بتوانند فضاپیماها را به سمت ماه رهنمود کنند؛ ولی به‌محض نشستن روی ماه، این سیگنال‌ها فایده چندانی نخواهند داشت. زیرا قطب‌ها و نیمه پنهان ماه، نقاط کوری هستند که اصلا چنین سیگنال‌هایی را دریافت نمی‌کنند.

راهکار آژانس فضایی اروپا، راه‌اندازی یک ناوگان ارتباطی و شبکه‌‌ای از ماهواره‌ها در اطراف ماه است؛ چیزی که Moonlight initiative نامگذاری شده است. برای این منظور، ESA یک تست زیرساختی پایه‌ای را در سال 2027 انجام خواهد داد و تجهیزات پیشرفته‌تر در سال 2030 مورد آزمایش قرار خواهند گرفت.

سیستم ماهواره‌ای تحت توسعه ناسا هم LunaNet نام دارد که می‌تواند بخشی از این بار را بر دوش بکشد.

نیاز ساکنان ماه به اینترنت پرسرعت

در بلند مدت، فضانوردانی که به ماه سفر می‌کنند، نیازمند وجود کمپ‌هایی هستند که بتوانند آب و مواد معدنی استخراج، و از آن‌ها به‌عنوان سوخت راکت برای رسیدن به مریخ استفاده کنند. اصلا یکی از اهداف سفر دوباره به ماه پس از پنج دهه، هموار کردن راه رسیدن به مریخ است.

ماهواره‌های زمین می‌توانند به‌کار بیایند

ارزان‌ترین راه برای راه‌اندازی satnav در فضا، استفاده از ماهواره‌های اطراف زمین است؛ این را الیزابت رونی، مهندس ارشد شرکت Surrey Satellite Technology می‌گوید که در حال همکاری با آژانس فضایی اروپاست.

اما مشکلاتی در این رویکرد وجود دارد، از جمله اینکه ماهواره‌ها به سمت زمین نشانه رفته‌اند. این یعنی بیشتر سیگنال‌های ماهواره‌ای، بلوکه می‌شوند و فقط سیگنال‌های ضعیفی به عمق فضا می‌رسند که با دورتر شدن از زمین، ضعیف‌تر هم می‌شوند.

با این تفاصیل، شاید استفاده از این سیگنال‌ها برای مسیریابی خودکار به‌سمت ماه، غیر ممکن به‌نظر برسد. اما مهندسان دهه‌هاست روی گیرنده‌های حساسی کار می‌کنند که می‌توانند سیگنال‌های ضعیف را در فضا دریافت کنند. موفقیت‌هایی هم حاصل شده است.

مثلا در سال 2019، چهار ماهواره توانستند موقعیت مکانی خود را با استفاده از سیگنال‌های GPS زمین، تعیین کنند؛ آن هم وقتی که در فاصله 187 هزار کیلومتری بودند، تقریبا نصف فاصله زمین تا ماه!

مسیریابی خودکار، شرط لازم برای سفر دوباره به ماه

ناسا و آژانس فضایی اروپا قصد دارند طوری گیرنده‌های خود را تقویت کنند تا قادر به دریافت سیگنال ماهواره‌های زمینی باشند.  چند ماموریت آزمایشی هم در پیش است که شماتیک یکی از آن‌ها در تصویر زیر می‌بینید. در این عملیات، ESA گیرنده‌ای را به یک ماهواره در حال چرخش دور ماه (موسوم به Pathfinder) نصب خواهد کرد تا امکان مسیریابی خودکار را بررسی کند.

گیرنده مورد اشاره، NaviMoon نام دارد و سوار بر ماهواره، در سال 2025 یا 2026 به فضا پرتاب می‌شود. طبق پیش‌بینی ESA، این گیرنده باید بتواند موقعیت مکانی ماهواره را با دقت حدود 60 متری، مشخص کند. وزن کمی هم دارد (حدود 4 کیلوگرم) و می‌تواند جایگزین تجهیزات سنگین‌تر نصب شده روی فضاپیماها شود.

گیرنده سیگنال NaviMoon

ناسا نیز همراه با سازمان فضایی ایتالیا، روی گیرنده‌های خودش کار می‌کند و برای پرتاب آن‌ها به سمت ماه طی سال 2024، در قالب ماموریت Lunar GNSS Receiver Experiment برنامه‌ریزی کرده است. جیمز جوزف میلر، یکی از مدیران ناسا ضمن اشاره به این رقابت دوستانه بین ESA و NASA می‌گوید: بسیاری از کشورهای دیگر هم روی مسیریابی ماهواره‌ای در فضا، سرمایه‌گذاری کرده‌اند؛ چون این یک فناوری آینده‌دار است.

لزوم وجود یک شبکه رهیاب ماهواره‌ای حول ماه

سیگنال ماهواره‌های زمینی، شاید بتوانند فضاپیماها را به سمت ماه رهنمود کنند؛ ولی به‌محض نشستن روی ماه، این سیگنال‌ها فایده چندانی نخواهند داشت. زیرا قطب‌ها و نیمه پنهان ماه، نقاط کوری هستند که اصلا چنین سیگنال‌هایی را دریافت نمی‌کنند.

راهکار آژانس فضایی اروپا، راه‌اندازی یک ناوگان ارتباطی و شبکه‌‌ای از ماهواره‌ها در اطراف ماه است؛ چیزی که Moonlight initiative نامگذاری شده است. برای این منظور، ESA یک تست زیرساختی پایه‌ای را در سال 2027 انجام خواهد داد و تجهیزات پیشرفته‌تر در سال 2030 مورد آزمایش قرار خواهند گرفت.

سیستم ماهواره‌ای تحت توسعه ناسا هم LunaNet نام دارد که می‌تواند بخشی از این بار را بر دوش بکشد.

نیاز ساکنان ماه به اینترنت پرسرعت

در بلند مدت، فضانوردانی که به ماه سفر می‌کنند، نیازمند وجود کمپ‌هایی هستند که بتوانند آب و مواد معدنی استخراج، و از آن‌ها به‌عنوان سوخت راکت برای رسیدن به مریخ استفاده کنند. اصلا یکی از اهداف سفر دوباره به ماه پس از پنج دهه، هموار کردن راه رسیدن به مریخ است.