تاریخچه فناوری‌های فضایی
انسان همیشه هدف جست و جو در آسمان را در سر داشته و رویای فضا را می‌دیده است. در نیمه دوم قرن بیستم، موشک‌های بسیاری ابداع شدند که به اندازه کافی قوی بودند تا بر جاذبه غلبه کنند و راه را برای اکتشافات فضایی فراهم سازند.آلمان نازی بین سال‌های ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰ دریافت که امکان استفاده از موشک‌ها به عنوان سلاح وجود دارد. پس از جنگ جهانی دوم، آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی نیز برنامه‌های موشکی خود را آغاز کردند.اتحاد جماهیر شوروی برای نخستین بار فناوری را به فضا وارد کرد. این کار با ورود ماهواره “اسپوتنیک۱”(Sputnik ۱) به فضا در روز چهارم اکتبر سال ۱۹۵۷ صورت گرفت. این ماهواره فضایی، از “پایگاه فضایی بایکونور”(Baikonur Cosmodrome) به مدار زمین پرتاب شد. پرتاب اسپوتنیک۱، آغازگر عصر فضا بود و از نظر علمی و هم از نظر سیاسی، یکی از رویدادهای مهم قرن بیستم به شمار می‌رفت. اسپوتنیک۱ به ارسال سیگنال‌های رادیویی می‌پرداخت و تحلیل این سیگنال‌های رادیویی، برای گردآوری اطلاعات به کار می‌رفت. امواج رادیویی ارسال شده از این ماهواره توانست اطلاعات بسیاری را در اختیار دانشمندان بگذارد.
نخستین پرواز فضایی موفقیت‌آمیز انسان، طی ماموریت “وستوک۱”(Vostok ۱) صورت گرفت که در آن، “یوری گاگارین”(Yuri Gagarin)، فضانورد روسی توانست به فضا پرواز کند. این ماموریت، یکی از مهم‌ترین ماموریت‌های صورت گرفته در تاریخ بشر بود که طی آن، فضاپیمای وستوک، از پایگاه فضایی بایکونور به مدار زمین پرتاب شد و گاگارین را به فضا برد. همه مراحل این ماموریت مهم یا توسط سیستم‌های خودکار و یا کنترل زمینی هدایت می‌شد؛ دلیل این امر، عدم اطمینان کادر پزشکی و مهندسان از نحوه واکنش انسان نسبت به بی‌وزنی بود؛ در نتیجه تصمیم گرفته شد که کنترل‌های دستی خلبان قفل شوند.نخستین ماهواره آمریکا، “اکسپلورر۱”(Explorer ۱) نام داشت که در ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ به مدار وارد شد. پرتاب این ماهواره، از “پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال”(Cape Canaveral Air Force Station) صورت گرفت. اکسپلورر۱ که ساخته “آزمایشگاه پیش‌رانش جت”(JPL) ناسا بود، از “پایگاه فضایی کیپ کاناورال” به فضا پرتاب شد. اطلاعات به دست آمده از اکسپلورر۱، به یک دستاورد اکتشافی مهم یعنی کشف “کمربند وان آلن”(Van Allen Radiation Belt) کمک کرد.
نخستین فضاپیمایی که به نزدیکی ماه رسید، “لونا۱”(Luna ۱) نام داشت که بخشی از برنامه لونا متعلق به روسیه بود. لونا۱، در چهارم ژانویه ۱۹۵۹ توانست به مدار خورشید مرکزی برسد اما به دلیل سوختن قسمت بالای بدنه آن طی مرحله پرتاب، به ماه نرسید. نقص فنی در سیستم کنترل زمینی طی مرحله پرتاب، اجازه نداد که لونا۱ به مدار ماه وارد شود و بدین ترتیب، لونا۱ فقط از کنار ماه عبور کرد. نخستین کاوشگری که بر سطح ماه تاثیر گذاشت، کاوشگر لونا۲ بود که در ۱۴ سپتامبر سال ۱۹۵۹ به سطح ماه برخورد کرد. لونا۲، نخستین شیء ساخت دست بشر به شمار می‌رود که به ماه رسید. طراحی لونا۲ و تجهیزات نصب‌شده روی آن، شباهت بسیاری با لونا۱ داشت.در ۲۴ دسامبر ۱۹۶۸، “فرانک بورمن”(Frank Borman)، “جیمز لاول”(جیمز لاول) و “ویلیام آندرس”(William Anders)، سرنشینان “آپولو۸”(Apollo ۸)، به نخستین انسان‌هایی تبدیل شدند که فراتر از مدار زمین رفتند و سمت پنهان ماه را به صورت مستقیم مشاهده کردند. آپولو۸، نخستین فضاپیمایی بود که توانست مدار زمین را ترک کند و به ماه برسد و سپس به سلامت روی زمین فرود بیاید.
بشر برای نخستین بار، در ۲۰ ژوئیه ۱۹۶۹ روی ماه قدم گذاشت. نخستین انسانی که روی سطح ماه قدم زد، “نیل آرمسترانگ”(Neil Armstrong)، فرمانده “آپولو۱۱”(Apollo ۱۱) بود. ماموریت آپولو۱۱، یکی از مهم‌ترین ماموریت‌های برنامه فضایی آپولو به شمار می‌رود زیرا طی آن، نخستین انسان توانست روی کره ماه قدم بگذارد. طی این ماموریت مهم، آپولو۱۱ از “مرکز فضایی کندی” به ماه پرتاب شد و نیل آرمسترانگ و “باز آلدرین”(Buzz Aldrin) را روی کره ماه فرود آورد.نخستین ماه‌نورد رباتیک که روی ماه فرود آمد، “لوناخود۱”(Lunokhod ۱) بود که به عنوان بخشی از برنامه لوناخود به ماه رسید. لوناخود۱، نخستین وسیله نقلیه رباتیک قابل بود که روی سطح ماه فرود آمد و توانست تجربیات اکتشافی بسیاری را در تاریخ فضا به نام خود ثبت کند.
یکی از برجسته‌ترین ماموریت‌های بیناسیاره‌ای، “وویجر۱”(Voyager ۱) بود که طی آن، یک کاوشگر فضایی با هدف بررسی منظومه شمسی، توسط ناسا به فضا پرتاب شد. وویجر۱، دورترین ساخته دست بشر از زمین به شمار می‌رود و همچنین نخستین ساخته دست بشر محسوب می‌شود که به فضای میان‌ستاره‌ای وارد شده است.
در آوریل ۱۹۸۱، پرتاب شاتل فضایی “کلمبیا”(Space Shuttle Columbia)، راه را برای استفاده از شاتل‌های فضایی در ماموریت های فضایی نظامی و غیرنظامی فراهم کرد. پرتاب‌های موفقیت‌آمیز شاتل توانست بسیاری از نیازهای علمی و نظامی را برآورده کند؛ تا این که در ۲۸ ژانویه ۱۹۸۶، شاتل فضایی “چلنجر”(Challenger)، ۷۳ ثانیه پس از پرتاب منفجر شد و سرنشینان آن کشته شدند.فضاپیمای “دیسکاوری”(Discovery)، یکی از سه شاتل فضایی بود که به ارسال فضانوردان و قطعات فنی “ایستگاه فضایی بین‌المللی”(ISS) می‌پرداخت. این فضاپیما در سال ۲۰۱۱ بازنشسته شد.
ابداع سیستم‌ها و فناوری‌های فضایی همچنان برای اهداف نظامی، نظارت بر آب و هوا، ارتباطات، تصویربرداری و سنجش از راه دور ادامه دارد. هدف از طراحی فناوری‌ها و سیستم‌های فضایی، این است که هزینه اکتشافات فضایی کاهش پیدا کند و ایمنی آنها افزایش یابد. بیشتر ماهواره‌های علمی و نظامی، برای کمک به ماموریت‌های گوناگون ابداع شده‌اند. رقابت تنگاتنگی میان ملل گوناگون برای طراحی و ابداع فناوری‌های فضایی وجود دارد.
چالش‌هایی که بر سر راه فناوری‌های فضایی قرار دارند
با پرتاب ماهواره اسپوتنیک در سال ۱۹۵۷ و آغاز عصر فضا، پیشرفت فناوری‌های فضایی از یک سو به توسعه برنامه‌هایی منجر شد که از داده‌های ماهواره‌ای استفاده می‌کردند و از سوی دیگر به پیشرفت علوم جوی، ستاره‌شناسی و اخترفیزیک انجامید. برخی از مهم‌ترین کمک‌های فناوری فضایی در این زمینه، بررسی‌های ماهواره‌ای بوده‌اند که میزان تخریب لایه ازن جو، وجود سیارات فراخورشیدی و سیاهچاله‌ها را نشان می‌دهند.
پیشرفت سریع فناوری فضایی، به دستاوردهای خارق‌العاده‌ای مانند فرود آمدن روی سطح ماه منجر شده است. فناوری‌های فضایی، این امکان را برای بشر فراهم کرده‌اند که تصاویر بسیار واضحی از زمین و محیط خارق‌العاده اطراف آن ثبت کند. پیشرفت‌های چشمگیر فناوری‌های فضایی، دستاوردهای مهمی را به همراه داشته است که توسعه ایستگاه فضایی بین‌المللی، اکتشافات رباتیک سیارات دیگر و اجرام آسمانی را شامل می‌شود.
فضا همیشه به عنوان یک محیط جدید، الهام‌بخش نویسندگان و کارگردانان سینما بوده است. این افراد، چشم‌اندازهایی را از آینده ارائه می‌دهند که تنها با تحولات خارق‌العاده فناوری‌های فضایی امکان‌پذیر می‌شود.
چالش توسعه و پیاده‌سازی فناوری‌های فضایی مانند موتور موشک، در مقیاس زمانی طولانی‌تر مشخص می‌شوند. وسایل نقلیه فضایی که قابلیت برخاستن و فرود دارند، باید توسعه یابند؛ بدون این که به خدمات گسترده و پرهزینه نیازی باشد.عملکرد سامانه‌های پیشران نیز برای برقراری امکان سفر سریع‌تر، انتقال بار بیشتر و ماموریت‌های دارای سرنشین عمدتا به دلیل طولانی بودن سفر است که با سامانه‌های پیشران، ارتباط مستقیم دارد. عملکرد سامانه‌های پیشران، قابلیت اکتشاف و بهره‌برداری را به خصوص برای فعالیت‌های رباتیک محدود می‌کند زیرا یک محدودیت قابل توجه برای جرم بار مفیدی به شمار می‌رود که می‌تواند با رعایت ایمنی، از سایر اجرام آسمانی به زمین و از زمین به سایر اجرام آسمانی منتقل شود.
اهمیت فناوری‌های فضایی در زندگی انسان
فناوری‌های فضایی، ارتباط زیادی با اکتشافات انسانی دارند و هدف آنها این است که بتوانند انسان را برای مدت بیشتری در برابر محیط فضا مقاوم سازند و همچنین به ایجاد زیستگاه‌های مصنوعی در سایر سیارات کمک کنند. بخشی از چالش‌های پیش رو در این زمینه، ایجاد سیستم‌های کارآمدی است که به بازیابی منابع کمک می‌کنند و میزان ضایعات فضایی را به حداقل می‌رسانند. هدف مشترک همه این تلاش‌ها، تولید یک اکوسیستم مصنوعی است که حمایت بلندمدت از زندگی بشر را فراهم می‌کند.
یکی دیگر از جنبه‌های نیاز ما به محافظت از زندگی انسان، موضوع دفاع از سیاره است. در نزدیکی زمین، اجرام آسمانی بسیاری مانند سیارک‌ها و دنباله‌دارها وجود دارند که می‌توانند تهدید قابل توجهی باشند. اجرام کوچکتری مانند شهاب‌سنگ‌ها ممکن است که روزانه با سیاره ما برخورد کنند. بیشتر این اجرام، در جو می‌سوزند اما برخی از اجرام بزرگتر می‌توانند نجات یابند و با سطح زمین برخورد کنند. بیشتر دهانه‌های سطح زمین، توسط اجرام بزرگتری شکل می‌گیرند که با آن برخورد می‌کنند. برخی از این دهانه‌ها هنوز هم قابل مشاهده هستند و این رخدادهای مهم را یادآوری می‌کنند.
برخورد این اجرام با زمین می‌تواند عواقب گوناگونی از خسارات جدی گرفته تا فاجعه‌های بزرگ را به همراه داشته باشد که زندگی را در مناطق وسیعی از زمین نابود می‌کنند. احتمال بروز چنین وقایعی بسیار کم است اما پیامدهای چشمگیری به همراه دارد؛ بنابراین باید راهبردهای مناسبی برای مقابلع با آنها ارائه شوند. همه سازمان‌های فضایی مهم از جمله ناسا و آژانس فضایی اروپا به این موضوع توجه نشان داده‌اند و تلاش کرده‌اند تا اقدامات خوبی را برای بهبود شرایط ارائه دهند. با وجود این، از آنجا که این موضوع یک تهدید جهانی به شمار می‌رود، برای ارائه یک واکنش موثر، به سطح بالاتری از هماهنگی و یکپارچه‌سازی نیاز است. در صورت بروز خطر فاجعه‌بار برخورد یک سیارک بزرگ، واکنش‌های بی‌نظم و پراکنده مناسب نخواهد بود؛ بنابراین برنامه‌ها باید آماده باشند تا واکنش به موقع صورت بگیرد و ماموریت‌های لازم انجام شوند.ابداع و آزمایش روش‌ها و فناوری‌های جدید برای منحرف کردن یک جرم بزرگ هنوز باید تا حدود زیادی پیشرفت کنند تا به موفقیت برسند.
