مساعي لإنقاذ تلسكوب هابل الفضائي Hubble Space Telescope

مقدمة

 

يعتبر تلسكوب هابل الفضائي أحد أهم البرامج الفضائية التي نفذتها وكالة ناسا، وهو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا NASA ووكالة الفضاء الأوروبية ESA . أُطلق علىه اسم هابل Hubble تكريماً للفلكي الأمريكي الشهير (إدوين هابل)، وتم إطلاقه علي متن مكوك الفضاء ديسكفري Discovery يوم 24 إبريل/نيسان عام 1990 م أي أن عمره الآن 32 عام، رغم أنه تمّ تصميم تلسكوب هابل ليكون العمر الافتراضي له 20 عامًا يتم خلالها عمل خمس عمليات صيانة له وتزويده ببعض المعدات الحديثة. وتمّ تصميمه بحيث يمكن زيارته دورياً من قبل فريق من رواد الفضاء لإجراء عمليات الإصلاح والتطوير والصيانة، ولقد قامت فرق الصيانة بزيارة التلسكوب خمس مرات منذ إطلاقه كان آخرها في عام 2009 م.

 

كانت عمليات الخدمة والصيانة للتلسكوب تتم عبر استخدام مكوك الفضاء الأمريكي لكنه تقاعد عام 2011 م بعد تكرار حوادث المكوك. وقال مدير مشروع “هابل” باتريك كراوس Patrick Crouse إنه من المقرر حالياً أن يبقى التلسكوب في الخدمة حتى نهاية العقد الجاري، وأن هناك احتمال بنسبة 50 ٪ في إعادة دخول هابل إلى الغلاف الجوي واحتراقه بحلول عام 2037 م.

 

وكما نعلم أن تباطئ سرعة دوران الجسم المداري حول الأرض تجعله يبدوا وكأنه يتساقط ناحية الأرض ، حيث ينخفض ارتفاع المدار مع مرور الوقت. وتباطئ سرعة الدوارن ينتج عن عدة عوامل أهمها سحب جاذبية الأرض Earth’s Gravitational Pull والسحب الديناميكي الهوائي من الغلاف الجوي Atmospheric Drag الناتج عن احتكاك الجسم المداري مع جزيئات الهواء في الطبقات العليا للغلاف الجوي. ويزيد تأثير هذا العامل كلما انخفض ارتفاع المدار ، حيث تزيد كثافة الهواء كلما اقتربنا من سطح الأرض وتنخفض الكثافة كلما ارتفعنا عن سطح الأرض.

 

انخفض ارتفاع تلسكوب هابل بحوالي 30 كيلومترًا (18 ميلاً) منذ آخر مهمة لخدمة المكوك في عام 2009 م. ويقدر الخبراء أن زيادة ارتفاع مدار هابل إلى أكثر من 600 كيلومتر (تقريبا 370 ميلاً) ، من شأنه أن يبقي التلسكوب في مداره لمدة من 15 إلى 20 عامًا إضافية.

 

لحل مشكلة التباطئ يتم عمل ما يسمي بعملية تعزيز ارتفاع المدار Boost Altitude ، حيث يتم دفع المركبة المدارية بمحركات تكون علي متنها مثل ما يحدث مع الأقمار الصناعية، وعند انتهاء وقودها تسقط تلك الأقمار. وقد يتم دفع المركبة المدارية بواسطة مركبة مدارية أخري مثل ما يحدث مع محطة الفضاء الدولية التي يتم رفع مدارها باستخدام مركبات الشحن بروجريس الروسية. لا تتوافر أي وسيلة للدفع الذاتي في “هابل”، وكانت بعثات مكوكات الفضاء الأمريكية هي التي تتولى تصحيح ارتفاعه في الماضي.

 

وعلي الموقع الإلكتروني لوكالة ناسا يوم 29 سبتمبر 2022 م تم الإعلان عن توقيع ناسا وسبيس إكس اتفاقية قانون الفضاء Space Act Agreement غير الممولة (هذه الدراسة لا يترتّب عليها أي تكلفة مالية علي ناسا) يوم الخميس 22 سبتمبر 2022 م، لدراسة جدوى فكرة شركة سبيس إكس SpaceX و برنامج بولاريس Polaris Program لتعزيز مدار تلسكوب هابل الفضائي التابع للوكالة إلى مدار أعلى مع مركبة دراجون الفضائية ، دون أي تكلفة على الحكومة.

 

قال توماس زوربوشن Thomas Zurbuchen ، رئيس إدارة المهمات العلمية في ناسا: “قبل بضعة أشهر ، عرضت شركة سبيس إكس علي ناسا فكرة إجراء دراسة عما إذا كان بإمكان طاقم تجاري المساعدة في إعادة دفع مركبتنا الفضائية هابل إلى مدار أعلى ، وهو مدار من شأنه أن يطيل عمرها الإضافي. اليوم ، نعلن أننا وقعنا اتفاقية قانون الفضاء مع SpaceX لإنتاج دراسة جدوى عن ذلك بالضبط”.

.

برنامج بولاريس Polaris Program

 

برنامج بولاريس Polaris Program ، وهو مبادرة لرحلات فضائية بشرية خاصة بقيادة رجل الأعمال الملياردير جاريد إيزاكمان Jared Isaacman ، يعد جزءًا من دراسة مهمة هابل مع شركة SpaceX ووكالة ناسا NASA .

 

وتبعا لما ورد علي موقع Spaceflightnow ، قال إيزاكمان الخميس 29 سبتمبر 2022 م: “إن برنامج بولاريس Polaris متحمس للمساعدة في هذه الدراسة ، ونأمل أن تقودنا إلى الطريق الذي يضمن قدرة هابل على الاستمرار في خدمة العلم لعقود في المستقبل”.

 

إيزاكمان Isaacman ، وهو طيار طائرة نفاثة ومقاتل متمرس ، حلّق في الفضاء لمدة ثلاثة أيام في سبتمبر 2022 م على متن المركبة الفضائية المأهول دراجون التابعة لشركة سبيس إكس. وقاد مهمة Inspiration4 مع ثلاثة من زملائه في الطاقم ، وهي أول مهمة طاقم خاص بالكامل تتجه إلى مدار أرضي منخفض LEO دون أي تدخل حكومي.

 

برنامج بولاريس Polaris Program ، الذي تم الإعلان عنه في وقت سابق من هذا العام ، سيشمل ثلاث مهمات تجارية أخرى لرواد الفضاء Commercial Astronaut Missions تحلق على صواريخ شركة سبيس إكس SpaceX . من المقرر إطلاق المهمة الأولى ، المسماة Polaris Dawn ، في موعد لا يتجاوز مارس المقبل (2023 م) ، بطاقم مكون من أربعة أشخاص سيحاول تنفيذ أول عملية سير تجاري في الفضاء Commercial Spacewalk في المدار باستخدام مركبة دراجون معدلة لهذا الغرض.

 

وصلت مهمة Isaacman Inspiration4 العام الماضي (2022 م) إلى ارتفاع 590 كيلومترًا (366 ميلاً) ، وهو أعلى ارتفاع قام به أي شخص منذ رحلات مكوك الفضاء التي كانت تذهب إلى تلسكوب هابل. وللمقارنة تحلق محطة الفضاء الدولية على ارتفاع أقل عند حوالي 420 كيلومترًا (260 ميلاً) فوق سطح الأرض.

 

من المخطط أن تذهب مهمة Polaris Dawn إلى مستوى أعلى من رحلة Inspiration4 ، وتستهدف الوصول إلي ذروة ارتفاع Peak Altitude يبلغ حوالي 1400 كيلومتر (870 ميلاً). سيتجاوز ذلك الارتفاع الذي وصلت إليه مهمة جيمني Gemini 11 التابعة لناسا في عام 1966 م، والتي سجلت ارتفاعًا قياسيًا لرحلة ينفذها رائد فضاء في مدار حول الأرض عند 1،372 كيلومترًا (853 ميلًا) ، وفقًا لوكالة ناسا.

 

لم يكشف كل من إيزاكمان Isaacman وسبيس إكس SpaceX عن تفاصيل حول مهمة بولاريس Polaris الثانية ، سوي أنها ستطير على مركبة دراجون Dragon أخرى. ستكون مهمة بولاريس الثالثة عبارة عن رحلة طاقم Crew Flight على متن صاروخ ستارشيب الضخم من الجيل التالي التابع لسبيس إكس.

 

بافتراض أن دراسة جدوى NASA-SpaceX أظهرت إمكانية تنفيذ مهمة خدمة تلسكوب هابل Hubble باستخدام المركبة دراجون Dragon ، قال Isaacman إنها ستكون “مهمة منطقية ثانية” لبرنامج بولاريس Polaris .

 

قال إيزاكمان: “عندما كنا نفكر في ما يمكن أن ننجزه في مهمة بولاريس الأولى ، وما يمكن أن يقودنا إليه ذلك في مهمة ثانية ، كانت فكرة مهمة خدمة هابل إحدى الأفكار المطروحة للنظر فيها”.

.

تقييم الإمكانيات المتوفرة والعقبات

 

تقوم شركة SpaceX ووكالة ناسا NASA بتمويل عملهما الخاص في دراسة الجدوى المشتركة ، وهذه الدراسة ستقيم أيضًا تكلفة مهمة خدمة شركة سبيس إكس SpaceX لتلسكوب هابل Hubble ، وستدرس كل الصعوبات الفنية التي تنطوي عليها هذه المهمة وستحدد الوقت الذي قد يكون متاحا للإطلاق.

 

من أبرز العقبات عدم توافر ذراع آلية Robotic Arm في المركبة دراجون خلافاً لما كان الحال مع المكوكات الفضائية، مما يستدعي إجراء تعديلات عليها. وهل ستحتاج كبسولة دراجون SpaceX’s Dragon إلى تعديل لتلتحم بمدار التلسكوب وترفعه ، وكذلك ما إذا كان هناك حاجة لوجود رواد الفضاء على متن المركبة.

 

في الغالب ، ستدرس شركة سبيس إكس SpaceX إمكانات مركبتها دراجون Dragon وكيف ستحتاج إلى تعديل لتلتقي Rendezvous بأمان وتلتحم Dock بتلسكوب هابل. قالت جيسيكا جنسن Jessica Jensen ، نائبة رئيس شركة سبيس إكس SpaceX لعمليات العملاء والتكامل: “الهدف الرئيسي من هذه الدراسة سيكون تقنيًا. فهل من الممكن تقنيًا القيام بذلك باستخدام مركبة دراجون الفضائية؟. وأضافت أن تفاصيل كيفية القيام بذلك بالضبط بالمكونات المادية للمركبة ، وكذلك كيف نقوم بذلك بأمان من وجهة نظر المسار Trajectory ، كل هذا يجب أن يتم التوصل إليه “.

.

هل هناك حاجة لرواد فضاء في المهمة؟

 

في حالة وجود رواد فضاء داخل المركبة، فيجب تأمين حياة هؤلاء الرواد ضد فقدان الضغط الجوي المناسب لفتح باب الكبسولة والخروج منها لتنفيذ عمليات سير في الفضاء، وسابقا كان للمكوك الفضائي غرفة معادلة الضغط Airlock التي تتيح الخروج الآمن للفضاء والحفاظ علي ضغط المقصورة الداخلية للطاقم Crew Cabin ، بالإضافة لامتلاك المكوك لحجرة حمولة Payload Bay كبيرة بحجم حافلة مدرسية ، مما يسمح له بنقل أطنان من البضائع لخدمة هابل. لم يتم تصميم المركبة دراجون Dragon لتحتوي علي غرفة معادلة للضغط Airlock ، لذا البديل هو خفض ضغط مقصورة الطاقم بالكامل أثناء إجراء عمليات السير في الفضاء مثل ما سيحدث أثناء مهمة Isaacman’s Polaris Dawn في عام 2023 م. سيرتدي رواد الفضاء التجاريون في مهمة Polaris Dawn بدلات فضاء جديدة صممتها شركة SpaceX لإبقاء أفراد الطاقم على قيد الحياة أثناء السير في الفضاء.

 

إذا تم المضي قدمًا في مهمة صيانة هابل Hubble التجارية تلك ، وتبعا لكم المسئوليات وطبيعة الأنشطة التي تحتاج لرواد لتنفيذها ، سيكون علي وكالة ناسا وشركة سبيس إكس اختيار الأشخاص المأهلين لتنفيذ المهمة بنجاح، فقد تجد الدراسة أن طاقم الرواد التجاري سيفي بالغرض أو أنه يجب وجود رواد مدربين من وكالة ناسا بين أفراد الطاقم التجاري.

 

أيضا هناك حل آخر يكمن في الإستغناء عن وجود بشري في تلك المهمة لتصبح مهمة روبوتية تدار عن بعد. في هذا الإطار قالت جيسيكا جنسن Jessica Jensen ، نائبة رئيس شركة سبيس إكس ، إن إحدى النتائج المحتملة لدراسة مهمة خدمة تلسكوب هابل هي أن المركبة الفضائية الروبوتية قد تكون مناسبة بشكل أفضل لتنفيذ المهمة. وأضافت : “يمكن أن يكون هناك شيء يخرج من هذه الدراسة يقول ،” مرحبًا ، ليس من المنطقي أن تكون هناك مهمة بشرية للقيام بذلك “. “لذلك سننظر في جميع الخيارات المختلفة.

 

إذا تم تنفيذ تلك المقترحات الحالية بمركبة دراجون أو لم يتم ، فلا استغناء عن مهمة روبوتية مستقبلا في نهاية عمر التلسكوب، ويقول عن ذلك مدير مشروع “هابل” باتريك كراوس Patrick Crouse إنه إذا لم يتم تعزيز مدار هابل ، فستحتاج ناسا إلى البدء في التفكير في مهمة روبوتية للتخلص من التلسكوب في أواخر هذا العقد والتي يمكن أن تكون جاهزة للإطلاق بحلول عام 2030 تقريبًا. يمكن لتلك المهمة إرفاق نظام دفع Propulsion System بتلسكوب هابل ، الذي لا يمتلك محركات دفع خاصة به للتحكم في المدار Orbit Control .

.

أين تُنقل قطع الغيار في حالات الصيانة؟

 

تحتوي كبسولة Dragon من SpaceX على قسم الصندوق Trunk Section الذي يشبه حقيبة أو شنطة أو صندوق السيارة Car Trunk التي يتم تخزين الأغراض والأمتعة فيها ، ويطلق أيضا علي هذا الجزء من مركبة دراجون وحدة الخدمة Service Module أسطوانية وذات الزعانف وتمتلك مصفوفات شمسية وعلي غيرها من المعدات اللازمة لاستمرار رحلاتها المعتادة إلى محطة الفضاء الدولية.

 

صندوق دراجون الذي يحمل البضائع غير المضغوطة Unpressurized Cargo يظل مرتبطًا بدراجون حتى قبل وقت قصير من عودتها إلى الغلاف الجوي للأرض. أثناء إعادة الدخول ، تتخلى المركبة Crew Dragon عن صندوقها Trunk تمامًا.

 

قسم الصندوق Trunk Section يتيح للمركبة نقل حمولة محدودة وإيصالها إلى هابل. لكن في حالة تعزيز ورفع مدار التلسكوب فقط لا غير، لن يكون هناك حاجة لتخزين قطع غير ، والحاجة غالبا ما ستكون في زيادة حجم الوقود الخاص بمحركات المركبة لاستهلاك تلك الزيادة في دفع التلسكوب وزيادة سرعة دورانه حول الأرض.

.

الذراع الآلية

 

سابقا في مهمات خدمة تلسكوب هابل عبر مكوك الفضاء، بمجرد أن يصبح المكوك بالقرب من التلسكوب ، يمكن لرواد الفضاء استخدام الذراع الروبوتية Robotic Arm للمكوك والتي يبلغ طولها 15 متر للإمساك بتلسكوب هابل الذي يبلغ وزنه 11 طنًا ووضعه على منصة في الجزء الخلفي من حجرة الحمولة Payload Bay الخاصة بالمكوك. ويتم تثبيت هابل إلي المنصة بثلاثة مزالج ، على حلقة يمكن تدويرها 360 درجة للسماح لرواد الفضاء بالوصول الكامل إلى جميع جوانب التلسكوب.
مركبة دراجون لا تملك ذراع آلية مثل المكوك للإمساك به، لكن ولحسن الحظ يمتلك التلسكوب آلية التحام فضائي قد تساعد في ذلك.

 

في آخر رحلة مكوكية إلى هابل قام رواد الفضاء بتركيب حلقة التقاط Capture Ring تسمي أيضا حلقة الالتقاط السلسل Soft Capture Ring ، وتم تركيبها على الحاجز الخلفي Aft Bulkhead للمرصد للمساعدة في المستقبل في التحام مركبة فضائية بالتلسكوب وإخراجه من مداره والتخلص منه بأمان في نهاية مهمته. وهدف ناسا من ذلك هو التأكد من أن حطام تلسكوب هابل ، الذي يبلغ طوله 13.3 مترًا (43.5 قدمًا) ، لن يسقط فوق المناطق المأهولة بالسكان أثناء إعادة الدخول.

 

حلقة الالتقاط السلسل Soft Capture Ring والتي يبلغ قطرها 1.8 متر (6 أقدام) يمكن أن تساعد في إرساء مركبة دراجون ويوفر مكان للكبسولة المقتربة لتلتصق بالتلسكوب. ورغم أن تصميم آلية الآلتحام تلك قديم قليلاً عما تستخدمه ناسا الآن في آليات الالتحام، إلا أنها ستوفر فرصة لإجراء التحام مباشر بالتلسكوب دون الحاجة إلي ذراع آلية Grapple Arm للإمساك به.

.

التكلفة

 

مبدئيا كما ذكرنا سابقا ، فالدراسة التي تعدها سبيس إكس لا تكلف وكالة ناسا أية نفقات، وذكرت الوكالة علي موقعها أنه لا توجد خطط لوكالة ناسا لإجراء أو تمويل مهمة صيانة أو التنافس في هذه الفرصة ؛ وتم تصميم الدراسة لمساعدة الوكالة على فهم الاحتمالات التجارية. إما بالنسبة للتنفيذ بمركبة دراجون في حالة التوصل لإمكانية ذلك فتكلفة رحلة المركبة دراجون SpaceX Dragon أقل من تكلفة رحلة مكوكية سابقة. وقد يكون الإستغلال المزدوج لمهمة سياحية تصل بالقرب من موقع هابل وتحتوي ضمن برنامجها علي عملية سير في الفضاء هو المحفز لبدء تلك الدراسة وخاصة ما قد ينتج عن ذلك من تكلفة منخفضة جدا تتحملها وكالة ناسا حيث ستكون مهمة خدمة التلسكوب مهمة ثانوية داخل مهمة أخري أساسية.

 

بالنسبة لشركة سبيس إكس ستكون كعهدها قد افتتحت فصلا جديدا ولأول مرة في الخدمات المدارية التجارية لصيانة المركبات المدارية ومنعها من الإنهيار.

.

التعاون مع القطاع الخاص

 

بالنسبة للبدائل المتاحة أمام ناسا لحل مشكلة التلسكوب ، وكثمرات للتعاون مع القطاع الخاص، بينت الوكالة أن الدراسة مع سبيس إكس “غير حصرية” ، والوكالة منفتحة لاقتراحات الشركات الأخرى لتقديم دراسات مماثلة تنفذ عبر صواريخ أو مركبات فضائية تابعة لتلك الشركات.

 

في حالة نجاح تلك الدراسة الحالية في التوصل لعملية قابلة للتطبيق ، فيمكن تكرارها مع المركبات الفضائية الأخرى التابعة لوكالة ناسا ، لا سيما تلك الموجودة في مدار قريب من الأرض مثل هابل Hubble .

 

قالت شركة نورثروب جرومان Northrop Grumman في وقت سابق من عام 2022 م أنها تعمل على اقتراح تم تقديمه إلي وكالة ناسا دون طلب منها لإرسال مركبة فضائية روبوتية لخدمة Robotic Servicing Spacecraft مرصد شاندرا للأشعة السينية Chandra X-ray Observatory ، وهو يمثل مهمة علمية أخرى تابعة لوكالة ناسا تدور في مدار أعلى بكثير حول الأرض ويتعذر الوصول إلي ذلك المرصد حاليًا بواسطة بعثة مأهولة.

.

السلامة

 

لاتقتصر أبعاد الدراسة علي تحديد إمكانية تنفيذ سيناريو معين أو دراسة تكلفته ، ولكن تهتم أيضا بالتفيذ الصحيح والآمن لأي متطلبات أو إجراءات خدمية تخص التلسلكوب. وعن ذلك قال مدير مشروع هابل Hubble باتريك كراوس Patrick Crouse : “نحن متحمسون للبحث عن طرق مبتكرة جديدة لإبقاء مهمتنا في طليعة الاكتشافات العلمية. سنضمن أن دراسة الجدوى تتناول سلامة هابل خلال تقديم أي نوع من الخدمات أو تنفيذ أي سيناريو لتعزيز المدار”.

.

المصادر

 

 

 

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

مقالات جديدة

 

.

.

.

.

مواضيع ذات صلة

 

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق