کاوشگر افق‌های نو(new horizons) | هوافضای جوان

کاوشگر افق‌های نو(new horizons)

حدودا ۸ ماه قبل از اینکه پلوتو از لیست سیارات منظومه شمسی حذف و به عنوان یک سیاره کوتوله شناخته شود، یعنی در ژانویه ۲۰۰۶ یک کاوشگر به نام افق‌های نو(New Horizones) زمین را به مقصد این سیاره کوتوله ترک کرد. این کاوشگر زیر مجموعه برنامه “مرزهای نو”(New Frontiers)ناسا بود. افق‌های نو در اواسط سال ۲۰۱۵ یعنی بعد از حدود ۹ سال به مقصد رسید و با کمک آن بشر توانست پلوتو را از فاصله ۱۲۵۰۰ کیلومتری تماشا کند. ناگفته نماند که این سفر ۹ ساله( از ساخت ماهواره گرفته تا پرتاب و تحلیل اطلاعات به دست آمده و …) حدودا ۷۰۰ میلیون دلار خرج روی دست ناسا گذاشت!!

شکل(۱) نماد طراحی شده برای این ماموریت را نشان می‌دهد.

newhorizones-mission-patche

شکل(۱)

ساختار فضاپیما

این کاوشگر ساختمانی قوی با وزن کم دارد. افق‌های نو با وزن ۴۷۰ کیلوگرم(در هنگام پرتاب)تقریبا شبیه یک مثلث به ضخامت ۰.۷ متر می‌باشد. در شکل زیر ابعاد این کاوشگر در مقایسه با انسان قابل مشاهده است.

مقایسه ابعاد نیوهرایزن و انسان

شکل (۲) مقایسه ابعاد افق‌های نو با انسان

سیستم پیشران

وقتی اسم سیستم پیشران را می‌شنوید، اولین وظیفه‌ای که برای آن به ذهنتان می‌رسد، افزایش سرعت فضاپیما برای رسیدن به مقصد است، اما جالب است بدانید که در فضاپیمای افق‌های نو این وظیفه کاملا برعهده وسیله پرتاب است و مسئولیت سیستم پیشران عبارت است از اصلاح مداری و یا تغییر وضعیت ماهواره. این سیستم از ۱۶ تراستر با سوخت هیدرازین تشکیل شده است. در هنگام پرتاب حدود ۷۷ کیلوگرم هیدرازین در تانک‌هایی از جنس تیتانیوم در این فضاپیما جاسازی شد.

هدایت و کنترل

افق‌های نو برای اینکه بتواند اطلاعات را جمع آوری و به زمین مخابره کند باید در جهت خاصی قرار بگیرد. دوربین‌های ردیاب ستاره مسئولیت مشخص کردن جهت فضاپیما را برعهده دارند. مکان حدودا ۳۰۰۰ ستاره در حافظه این دوربین‌ها ذخیره شده. ده بار در هر ثانیه یک دوربین عکسی با میدان دید وسیع از آسمان می‌گیرد و این عکس را با نقشه‌های موجود در حافظه مقایسه می‌کند و به این صورت انحراف فضاپیما از جایی که باید باشد معلوم می‌شود. در مرحله بعد، جهت فضاپیما به وسیله تراسترها اصلاح می‌شود؛ همچنین سنسورهای خورشیدی جایگزینی برای سنسورهای ردیاب ستاره هستند. در صورتی که در یک موقعیت اضطراری این سنسورها قادر به پیدا کردن وضعیت فضاپیما نباشند، سنسورهای خورشیدی با کمک پیدا کردن خورشید، موقعیت فضاپیما را محاسبه می‌کنند.

سیستم تولید توان الکتریکی

سفینه‌هایی مثل ایستگاه فضایی بین المللی برای تامین توان الکتریکی خود از پنل‌های خورشیدی استفاده می‌کنند اما با توجه به فاصله‌ی زیاد افق‌های نو از خورشید، استفاده از این ایده برای این فضاپیما ممکن نبود بنابراین این مسئله باید به شکل دیگری حل می‌شد. توان الکتریکی مورد نیاز برای ابزارآلات این فضاپیما توسط یک ژنراتور رادیوایزوتوپ ترموالکتریکی تامین می‌شود. حتما از اسم طولانی و پیچیده این ژنراتور تعجب کرده‌اید. اگر بخواهیم عملکرد این ژنراتور را به زبان ساده توضیح دهیم باید بگوییم که انرژی الکتریکی به وسیله فروپاشی طبیعی پلاتینیوم دی اکسید، تولید می‌شود. قبل از شروع ماموریت، حدودا ۱۱ کیلوگرم سوخت( پلاتونیوم دی اکسید) در این فضاپیما جاسازی شده بود. در ابتدای سفر این ژنراتور حدود ۲۴۰ وات توان تولید می‌کرد. پیش بینی شده بود که توان تولیدی این ژنراتور هر سال ۳.۵ وات کاهش یابد. جالب است بدانید که توان مورد نیاز هر یک از ابزارآلات به کار رفته در این فضاپیما( برای مثال ابزارهایی که در بخش بعد توضیح داده شده‌اند) کمتر از ۱۰ وات است.( یک لامپ کم مصرف حدود ۲۰ وات توان مصرف می‌کند!!)

ابزارهایی برای آزمایش‌های علمی

20150406_nh-full-payload

شکل(۳) ابزارهای علمی افق‌های نو

هر فضاپیما با توجه به اهداف ماموریت و اینکه دانشمندان می‌خواهند چه چیزهایی را در مورد سیاره یا جرم آسمانی مورد بررسی بدانند، ابزارآلاتی را با خود حمل می‌کند. دانشمندان سوال‌های بی‌جواب زیادی در مورد پلوتو داشتند. مثلا اینکه جو این سیاره از چه چیزهایی ساخته شده؟ سطح آن چه شکلی دارد؟ بادهای خورشیدی چه تاثیری بر جو پلوتو گذاشته‌اند و … . افق‌های نو با کمک ابزارهای زیر به این سوال‌ها جواب داد:

Ralph: این وسیله وظیفه تهیه عکس‌هایی در محدود نور مرئی و فروسرخ و نقشه‌های حرارتی را برعهده داشت. شکل(۳) یکی از عکس‌هایی است که توسط این وسیله ثبت شده است.

171795main_leisa_500

شکل(۳) عکسی از مشتری که توسط Ralph گرفته شده است.

Alice: وظیفه عکس‌برداری در محدود فرابنفش، آنالیز ساختار اتمسفر پلوتو و همچنین بررسی اینکه اجرام کمربند کوییپر اتمسفر دارند یا نه را برعهده داشت.

REX:اندازه‌گیری دما و ترکیبات اتمسفر با کمک REX انجام می‌شد.

LORRI: این وسیله که یک دوربین تلسکوپی است برای عکس‌برداری از نقاط دوردست مورد استفاده قرار می‌گرفت.

SWAP: این وسیله یک طیف سنج بادهای خورشیدی و پلاسما بود که تاثیر بادهای خورشیدی بر اتمسفر را بررسی می‌کرد.

PEPSSI: این وسیله وظیفه اندازه‌گیری ترکیبات و چگالی پلاسمایی که از پلوتو فرار می‌کند را برعهده داشت.

SDC: این وسیله که توسط تیمی از دانشجویان طراحی و ساخته شده، وظیفه اندازه‌گیری گرد و غبار موجود در مسیر حرکت فضاپیما را برعهده داشت.

فازهای مختلف ماموریت افق‌های نو

در این قسمت فازهای مختلف سفر فضاپیمای افق‌های نو را با هم مرور می‌کنیم.

فاز اول: پرتاب

فضاپیمای افق‌های نو در ۲۴ سپتامبر ۲۰۰۵ یعنی حدودا ۵ ماه قبل از تاریخ در نظر گرفته شده برای پرتاب، به وسیله یک هواپیمای بوئینگ به مرکز فضایی “کندی” آورده شد. برای انتخاب زمان پرتاب فضاپیماها به جز شرایط روی زمین و آماده بودن فضاپیما لازم است شرایط بقیه سیارات هم در نظر گرفته شود چون برای مثال قرار بود که افق‌های نو از گرانش سیاره مشتری برای شتابدهی به حرکت خود استفاده بکند و در صورتی که این اتفاق نمی‌افتاد رسیدن به مقصد به اندازه ۲ تا ۴ سال به تاخیر می‌افتاد! برای اینکه افق‌های نو در زمان مناسب به مشتری برسد لازم بود که در ۲۳ روز اول سال ۲۰۰۶ پرتاب انجام شود. به همین خاطر تاریخ ۱۱ ژانویه برای پرتاب در نظر گرفته شده بود اما به دلایلی تاریخ پرتاب به ۱۷ام منتقل شد. بعد از آن به دلایل دیگری از جمله شرایط جوی، پرتاب دو روز دیگر به تعویق افتاد و در نهایت در ۱۹ام ژانویه پرتاب انجام شد. فضاپیمای افق‌های نو لقب سریع‌ترین فضاپیمایی که تا کنون از زمین پرتاب شده است را به خود اختصاص داد، زیرا با سرعت ۱۶ کیلومتر بر ثانیه(۳۶۰۰ مایل بر ساعت) زمین را ترک کرد. تصویر متحرک زیر به شما کمک می‌کند که درک بهتری از سرعت بالای این فضاپیما داشته باشد. در این تصویر سرعت یک هواپیمای بوئینگ ۷۴۷، جنگنده پرنده سیاه و فضاپیمای افق‌های نو با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

1405483165095695138-1

فاز دوم: تست‌های پروازی

حتما تاکنون چیزهایی در مورد تست‌های پروازی که قبل از مجوز پرواز گرفتن هر هواپیما انجام می‌شود شنیده‌اید. با توجه به اینکه از هر فضاپیما فقط یکبار استفاده می‌شود و نمی‌توان فضاپیما را به زمین بازگرداند، تست‌های حین پرواز در سفر اصلی فضاپیما انجام می‌شود؛ برای مثال در فوریه سال ۲۰۰۶ تعدادی از ابزارآلات افق‌های نو مانند ALICE و LORRI مورد آزمایش قرار گرفتند.

فاز سوم: سیارکی در کمربند سیارکی

حتما می‌دانید که در فاصله بین مدارهای سیارات مریخ و مشتری یک کمربند سیارکی وجود دارد. با توجه به اینکه سوخت قرار داده شده در فضاپیما باید آن را تا کمربند کوییپر می‌رساند، دانشمندان بنا نداشتند که کمربند سیارکی را در این سفر مطالعه کننده، اما بعد از پرتاب افق‌های نو با بررسی مسیر حرکت آن به این نتیجه رسیدند که این فضاپیما به صورت اتفاقی از کنار یکی از سیارک‌ها می‌گذرد، بنابراین تصمیم بر این شد که با کمک Ralph عکسی از این سیارک بگیرند و به این ترتیب هم عملکرد Ralph را چک کنند و هم اطلاعاتی در مورد ترکیبات سازنده این سیارک به دست آوردند.

فاز چهارم: کمک گرفتن از گرانش مشتری

بعد از گذشت ۹ ماه از پرتاب یعنی در سپتامبر ۲۰۰۶ افق‌های نو اولین عکس از مشتری را ثبت کرد و توانست با کمک گرفتن از گرانش این سیاره سفر خود را حدودا سه سال کوتاه‌تر کند. سرعت این فضاپیما قبل از مانور گرانش یاری، ۴ کیلومتر بر ثانیه و بعد از این مانور به ۲۴ کیلومتر بر ثانیه رسید.

فاز پنجم: در اعماق فضا

بعد از گذشتن از مشتری، افق‌های نو در بیشتر مسیر به حالت hibernate درآمد. این کار باعث می‌شد که هزینه سفر کاهش پیدا کرده و عمر ابزارآلات بیشتر شود. در حالت hibernate کامپیوتری که بر فضاپیما سوار شده بود، وضعیت آن را بررسی می‌کرد. در صورتی که همه چیز مرتب بود یک کد “سبز” و در صورتی که اشکالی در کار وجود داشت یک کد”قرمز” به زمین مخابره می‌شد. البته ناگفته نماند که هر چند ماه یکبار اپراتورها از روی زمین فضاپیما را بیدار کرده و عملکرد آن را بررسی می‌کردند و سپس دوباره آن را در حالت hibernate قرار می‌دادند.

فاز ششم: پلوتو و کمربند کوییپر

در نهایت در جولای ۲۰۱۳ LORRI توانست برای اولین بار عکس‌هایی به زمین مخابره کند که در آن‌ها پلوتو و قمرش شارون به صورت جدا از هم قابل رویت بودند. از این تاریخ تا ۱۴ جولای ۲۰۱۵ -که افق‌های نو به نزدیک‌ترین فاصله از پلوتو رسید- عکس‌های زیادی این سیاره گرفته و به زمین مخابره شد. هنوز سفر این فضاپیما تمام نشده بود که ماموریت آن را تا سال ۲۰۲۱ تمدید کردند و قرار بر این شد که افق‌های نو اجرام کمربند کوییپر را نیز بررسی کند.

منابع:

www.nasa.gov

www.wikipedia.com

 

 


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.