سه شنبه 24 مهر 1397 | به روز شده: 1 ساعت و 18 دقیقه قبل

HAMSHAHRIONLINE

The online version of the Iranian daily Hamshahri
ISSN 1735-6393
یکشنبه 19 مرداد 1393 - 15:27:42 | کد مطلب: 268344 چاپ

آشنایی با فضاپیماهای ویه‌جر یک و دو

دانش > فضا - همشهری آنلاین:
فضاپیماهای ویه‌جر از زمانی که در سال ۱۹۷۷ زمین را ترک کرده‌اند، با سرعت ۴۸ هزار و ۲۸۰ کیلومتر بر ثانیه در میان فضا سفر کرده و از نزدیکی سیاره‌های زیادی در منظومه شمسی عبور کرده‌اند.

براساس گزارش ناسا، درحال حاضر فاصله ويه‌جر يك از زمين 19 ميليارد و 188 ميليون و 380 هزار كيلومتر و فاصله ويه‌جر دو تا زمين 15 ميليارد و 685 ميليون و 87 هزار كيلومتر است. ويه‌جر يك در تاريخ 25 آگوست 2012 از فضاي ميان ستاره‌اي عبور كرد و به دورافتاده‌ترين دست‌ساز بشر تبديل شد كه توانسته از منظومه خورشيدي خارج شده و قدم در فضاي ميان ستاره‌ها بگذارد. هم‌اكنون هردوي اين فضاپيماها دورترين دست‌سازهاي بشر در جهان هستي به‌شمار مي‌روند.

ويه‌جرها حامل پيام‌هاي كد‌گذاري شده‌اي براي تمدن‌هاي بيگانه احتمالي هستند كه با آنها مواجه خواهند شد. اين دو تاكنون اطلاعات زيادي درباره خارجي‌ترين لايه منظومه خورشيدي در اختيار دانشمندان قرار داده‌اند، اين درحالي است كه هيچ‌يك از اين دو فضاپيما براي اين هدف طراحي نشده‌اند.

ويه‌جرها با هدف پرواز از نزديكي سياره‌هاي منظومه شمسي، مانند مشتري، زحل، نپتون و اورانوس و مطالعه نزديك روي اين سياره‌ها ساخته شدند و توانستند براي اولين‌بار در تاريخ تمدن بشر زمينه مطالعه نزديك انسان روي اين سياره‌ها را فراهم آورند. فضاپيماها به موفقيت بزرگي دست‌يافتند و توانستند دانش سياره‌اي بشر را به واسطه جهش‌هايي بزرگ بهبود بخشند.

اين پروژه بلند‌پروازانه محصول پيشرفت‌هاي علوم و رياضيات در مسيرهاي مداري بوده‌است، اما اين پروژه در ابتدا تحت تاثير برنامه گران‌قيمت شاتل‌هاي ناسا ناديده گرفته شد. اما اكنون به جرات مي‌توان گفت هر ماموريت بدون سرنشيني كه امروز به سوي فضا آغاز مي‌شود، بر اساس دانش و تجربيات به دست آمده از پروژه‌ ويه‌جرها بنا شده‌است.

ويه‌جر يك و دو

دهه 1970 دوران گذاري براي تلاش‌هاي فضايي آمريكا به شمار مي‌رود. برنامه آپولو درحال پايان يافتن بود و ناسا تلاش داشت آينده ماموريت‌هاي انساني فضايي خود را تعيين كند. همزمان پيشرفت‌هاي مهمي در علوم مسيرهاي مداري تحت نيروي گرانشي درحال وقوع بود. اگرچه علوم و رياضياتي كه در اين دانش كاربرد دارند بسيار پيچيده هستند، موضوع اصلي اين است كه يك فضاپيما چطور مي‌تواند با استفاده از نيروي گرانشي يك سياره نزديك، به شتاب خود در مداري ثابت و مناسب بيافزايد.  هرچه جرم سياره بيشتر باشد، نيروهاي گرانشي آن قوي‌تر و افزايش شتاب بيشتر خواهند‌بود. اين به آن معني است كه زماني كه فضاپيمايي به مشتري مي‌رسد، مي‌تواند از ميدان گرانشي اين سياره به عنوان كماني استفاده كرده و خود را به سوي نقاطي دورافتاده‌تر پرتاب كند.

در سال 1965 مهندسي به‌نام گري فلاندرو دريافت كه در اواسط دهه 1970 سياره‌هاي دوافتاده منظومه به شكلي با يكديگر هم‌راستا خواهند شد كه يك فضاپيما مي‌تواند از تمامي آنها با كمك مجموعه‌اي از افزايش شتاب‌هاي گرانشي بازديد كند. اين هم‌راستايي ويژه، تنها يكبار رخ نمي‌داد و 176 سال بعد نيز دوباره تكرار مي‌شد. برحسب اتفاقي شگفت‌انگيز،‌ چند سال پيش  از اين هم‌راستايي سياره‌اي، توانايي تكنيكي آغاز چنين ماموريتي ايجاد شد.

در ابتدا براساس اين پروژه جاه‌طلبانه كه گراند تور يا تور بزرگ نام داشت،‌ قرار بود چندين كاوشگر به سياره‌ها فرستاده شوند. با اين‌همه در سال 1972 بودجه تخصيص داده شده به اين پروژه به 900 ميليون دلار رسيد و ناسا تمركز خود را بر ساخت شاتل‌ها قرار داد و به اين شكل گراند تور متوقف شد و پروژه‌هاي كوچكتري جايگزين آن شدند. اين پروژه امتداد برنامه مرينر ناسا بود، برنامه‌اي كه ماموريت مرينر مشتري-زحل نام داشت و پس از بهبود يافتن با كمك اطلاعات موجود از پرواز نزديك پايونير 10 از كنار سياره مشتري، به‌تدريج كاوشگري جديد به نام ويه‌جر شكل گرفت. طراحي اين كاوشگر در سال 1977 تكميل شد. مهندسان خوش‌بين ناسا براين باور بودند اگر ماموريت اوليه بازديد از مشتري و زحل با موفقيت تكميل مي‌شد، ويه‌جر مي‌توانست با كمك نيروي گرانشي خود را به اورانوس و نپتون برساند. به اين شكل گراند تور جاني تازه گرفت.

برنامه نهايي ماموريت ويه‌جر به اين‌شكل تدوين شد: دو فضاپيما در فاصله چند هفته از يكديگر پرواز خواهند كرد، ويه‌جر يك از نزديكي مشتري و قمر‌هاي آن عبور خواهد‌كرد و حين اين عبور سطح آن را اسكن كرده و از آن عكسبرداري خواهد‌كرد. ويه‌جر دو از فاصله‌اي دورتر از كنار مشتري عبور خواهد‌كرد و اگر همه‌چيز درست پيش برود، هردو فضاپيما با كمك نيروي گرانشي مشتري به‌سوي زحل پرتاب خواهند‌شد. ويه‌جر يك به مطالعه زحل و حلقه‌هاي آن و قمر تايتان خواهد پرداخت و پس از آن مسير حركت ويه‌جر يك آن را از منظومه خورشيدي خارج كرده و با دورشدن از سياره‌ها، به‌تدريج منظومه را ترك خواهد‌كرد.

در همين حين،‌ويه‌جر دو از زحل و چند قمر آن بازديد كرده و اگر هنوز قدرت عملياتي آن درست بود، از نيروي گرانشي زحل براي بازديد از اورانوس و نپتون استفاده كرده و در نهايت پا در جاي پاي ويه‌جر يك گذاشته و منظومه خورشيدي را ترك خواهد‌كرد. اين برنامه بسيار بلند‌پروازانه به نظر مي‌آمد، اما در نهايت شگفتي همه‌چيز همانطور پيش‌رفت كه برنامه‌ريزي شده‌بود.

تجهيزات ويه‌جر‌ها

ويه‌جرها در حقيقت دوقلو هستند، فضاپيماهايي كه از طراحي ايروديناميكي برخوردار نيستند زيرا در فضا اصطكاك آيروديناميكي نگران‌كننده‌اي وجود ندارد. وزن اين دوقلوها 722 كيلوگرم بوده و از بدنه‌اي اصلي اتوبوسي‌شكل، آنتني با برد بالا؛ سه محفظه نگهداري از تجهيزات اصلي و منابع برق و دو آنتن ديگر تشكيل شده‌اند.

بدنه اصلي ويه‌جر جعبه‌اي 10 وجهي به طول 1.8 متر بوده و حاوي تجهيزات علمي،‌الكترونيكي و مخازن سوخت مخصوص پيش‌ران‌هاي راكت است. از اين پيش‌ران‌ها براي تغيير مسير فضاپيما در ميان فضا استفاده مي‌شود.

آنتن اصلي اين فضاپيما 3.7 متر وسعت داشته و به ديش ماهواره شباهت دارد. ويه‌جرها با كمك اين آنتن دستورات لازم را از زمين دريافت كرده و اطلاعات به‌دست آورده را به زمين ارسال مي‌كند. مهم نيست اين فضاپيما در چه مسيري قرار داشته‌باشد، اين آنتن در هرصورت به سوي زمين قرار گرفته‌است.

يكي از محفظه‌هاي خارج شده از بدنه ويه‌جر حاوي منبع انرژي ترموالكتريك راديو ايزوتوپي فضاپيما است. ساچمه‌هاي دي‌اكسيد پلوتونيوم در اين منبع به‌واسطه فرايند تجزيه طبيعي از خود حرارت آزاد مي‌كنند و اين حرارت با استفاده از مجموعه‌اي از ترموكوپل‌ها به برق تبديل مي‌شوند. اگرچه خروجي اين منبع چندان بالا نيست، اما مي‌تواند انرژي مورد نياز تجهيزات الكترونيكي ويه‌جر را براي مدتي طولاني تامين كند. انتظار نمي‌رود اين منبع انرژي تا سال 2020 پايان يابد. دليل قرارگيري اين منبع درون محفظه ممانعت از برخورد تشعشعات كيهاني و مختل شدن تجهيزات آن بوده‌است.

محفظه ديگر حامل مغناطيس‌سنج، ردياب پرتوهاي كيهاني، ردياب پلاسمايي، دوربين، تداخل‌سنج فروسرخ، طيف‌نگار، راديومتر، طيف‌نگار فرابنفش، ردياب ذرات باردار كم‌انرژي و ردياب امواج پلاسمايي است. شايد مهم‌ترين وسيله موجود در ويه‌جرها دوربين‌هاي آن باشند. اين تجهيزات كه روي محفظه‌هاي حامل تجهيزات نيز نصب شده‌اند از وضوح تصويري 800 در 800 برخوردار بوده و از مدل‌هاي زاويه ديد ميدان باز و ميدان بسته برخوردارند. اين دوربين‌ها تصاويري باورنكردني را از سياره‌هاي دورافتاده منظومه خورشيدي به زمين ارسال كرده‌اند و ديدگاهي جديد را از اين سامانه كه تا‌پيش از اين هرگز از نزديك ديده نشده‌بود، براي انسان‌ها خلق كردند.

نقطه آبی کمرنگ

مشهورترين تصويري كه ويه‌جرها تاكنون به‌ثبت رسانده‌اند تصويري است كه از فاصله‌اي دور از زمين و ماه در كنار يكديگر به‌ثبت رسانده‌اند. همچنين عكس مشهور نقطه آبي كمرنگ نيز در سال 1990 توسط ويه‌جر يك و از فاصله 6 ميليارد كيلومتري از زمين به‌ثبت رسيده‌است. محفظه‌هاي حامل دوربين مي‌توانند به‌صورت مستقل از ديگر قطعات فضاپيما حركت كنند.

سيستم رايانه ويه‌جر‌ها نيز بسيار قابل‌توجه‌است. با‌توجه به اينكه با افزايش فاصله فضاپيماها تا زمين، تاخير در ارسال و دريافت پيام‌ها از زمين و به زمين طولاني‌تر مي‌شود، مهندسان سيستم رايانه‌اي خودترميم‌شونده‌اي را براي اين رايانه‌ها ايجاد كرده‌اند كه از چندين ماژول براي مقايسه ميان داده‌هاي دريافتي با دستورالعمل‌هايي كه براساس آنها تصميم‌گيري مي‌شود برخوردارند. اگر يكي از ماژول‌ها متفاوت از ديگران باشد، ناقص متصور شده و از سيستم حذف مي‌شود و ماژول پشتيباني جايگزين آن خواهد شد.

نپتون و مارواء آن

اگرچه هزينه ماموريت مادام‌العمر ويه‌جر تاكنون فراتر از 750 ميليون دلار بوده، تا سال 1989 اين دو فضاپيما به‌اندازه‌اي اطلاعات علمي به زمين ارسال كردند كه مي‌توان با كمك آنها 6 هزار نسخه دايرة‌المعارف بريتانيكا را پر كرد. مقاله‌هاي علمي بسياري براساس اين اطلاعات توليد شدند و اطلاعاتي كه انسان از سياره‌هاي منظومه خورشيدي از قبيل مشتري، زحل، اورانوس و نپتون و قمرهاي اين سياره‌ها از ماموريت‌هاي ويه‌جر به‌دست آورده‌است، نه‌تنها بسيار حجيمند، بلكه از اثرگذاري بالايي نيز برخوردارند. اين اطلاعات بنيانگذار برنامه‌هاي فضايي مدرن بوده‌اند و بيشتر آنچه انسان درباره فضا و سياره‌هاي ديگر مي‌داند، ناشي از سفرهاي ماجراجويانه ويه‌جرها است. تصاويري كه اين فضاپيماها از زوايايي كه تاكنون هيچ انساني امكان مشاهده آن را نداشته،‌به ثبت رسانده‌اند نيز الهام‌بخش بسياري از تحقيقات علمي بوده و ميل و اشتياق اكتشافات فضايي را در بسياري از انسان‌ها برانگيخته‌اند.

كشفياتي كه برپايه اطلاعات ويه‌جرها به‌دست آمده‌اند شامل وضعيت آب‌و‌هواي مشتري، حلقه‌هاي مشتري، زحل و اورانوس، فعاليت‌هاي آتشفشاني قمر IO مشتري، حجم و تراكم قمرهاي زحل، فشار اتمسفري تيتان، بزرگترين قمر زحل، ميدان مغناطيسي اورانوس، و پايداري شرايط اقليمي سياره نپتون بوده‌اند.

زحل

اكنون اين دوقلوها از يكديگر فاصله زيادي دارند، ويه‌جر يك به سوي شمال و ويه‌جر دو به سوي جنوب در حركت هستند. اين دو در سال 2007 وارد خارجي‌ترين لايه منظومه خورشيدي،‌ هليوسفر شدند، جايي كه بادهاي خورشيدي با ميدان‌هاي مغناطيسي ميان‌ستاره‌اي برخورد كرده و مرزي از امواج كوبشي را ايجاد مي‌كنند. ويه‌جرها از ميان اين امواج نيز گذشته و اطلاعات آن را به زمين ارسال كردند تا اخترشناسان براي اولين‌بار بتوانند ذهنيتي از شكل و موقعيت لايه هليوسفر به دست آورند. دانشمندان پروژه ويه‌جر در 21 سپتامبر 2013 اعلام كردند ويه‌جر يك در 25 آگوست سال 2012 از منظومه خورشيدي خارج شده‌است.

اگرچه برخي از تجهيزات ويه‌جرها از كار افتاده‌اند،‌اما جريان اطلاعات ارزشمند از اين دو فضاپيما به زمين همچنان ادامه دارد. اين دو فضاپيما بيش از 37 سال است كه در سفرند و با توجه به فاصله كنوني‌شان از زمين، رسيدن سيگنال‌هاي راديويي از آنها به سياره بيش از 14 ساعت زمان نياز دارد. در سال‌هاي بعدي فضاپيماها بايد از مصرف انرژي خود كاسته و براي استفاده از پيش‌ران‌هاي خود بايد برخي از تجهيزات خود را خاموش كنند تا بتوانند براي مدتي طولاني‌تر به سفر خود ادامه‌دهند. در نهايت اين دوقولوها در سال 2020 براي هميشه خاموش خواهند‌شد.

اما درحال حاضر ويه‌جرها با سرعت 48 هزار و 280 كيلومتر بر ساعت در ميان كهكشان راه شيري در پروازند و از آنجايي كه در فضا اتمسفري وجود ندارد، زنگ‌زدگي و پوسيدگي به سراغ آنها نخواهد‌آمد و مانعي نيز آنها را با خطر برخورد تهديد نمي‌كند. رسيدن هريك از آنها به فاصله يك سال نوري از يك ستاره به بيش از 40 هزار سال زمان نياز دارد و ممكن است ويه‌جرها براي هميشه بتوانند در فضا به سفر خود ادامه‌دهند، شايد روزي بر اساس فرضيه‌هاي موجود، با تمدني بيگانه ملاقات كرده و پيام‌هاي انسان‌ها را به آنها انتقال دادند.

پيام‌هاي طلايي ويه‌جرها

ناسا با درنظر گرفتن اين احتمال كه ويه‌جرها از منظومه خورشيدي خارج خواهند شد، تصميم گرفت براي تمدن‌هاي بيگانه كه ممكن است روزي اين فضاپيماها را بيابند،‌ نوعي پيام ارسال كند. كميته‌اي به رياست كارل ساگان تشكيل شد و مجموعه‌اي از پيام‌ها توسط اين كميته تدوين شد. اين پيام‌ها روي صفحه‌هايي مسي كه با لايه‌اي از طلا پوشانده شده، حكاكي شدند. بخشي از اين صفحه‌ها حاوي پيامي صوتي از جمله چند موسيقي، خوشامد‌گويي به 55 زبان دنيا، و مجموعه‌اي از صداهاي طبيعت است. اين صفحه‌ها همچنين حاوي 122 تصوير كدگذاري شده است كه دستورالعمل رمزگشايي از آن نيز در صفحه وجود دارد. همچنين تصويري فضايي در اين صفحه‌ها وجود دارد كه موقعيت زمين در آن به‌خوبي مشخص شده‌است.

ویه‌جر

قطعات موسيقي‌ كه براي ثبت در اين صفحات انتخاب شدند موسيقي‌هاي سنتي از اقوام بومي آمريكا،‌اسكاتلند و آفريقا بوده‌اند. همچنين مجموعه‌اي از برترين موسيقي‌هاي كلاسيك جهان و قطعاتي از موسيقي معاصر در اين صفحات گنجانده شده‌اند. تصاوير نيز شامل نقشه‌اي از زمين،‌تصوير ديگر سياره‌ها، تصاويري از حيوانات و انسان‌ها بوده‌اند. سازندگان اين صفحات براي اطمينان از توانايي بيگانه‌ها براي رمزگشايي از اين پيام‌ها،‌ زمان زيادي صرف كردند.

در زمان آغاز سفر ويه‌جرها، گروهي از اين موضوع نگران بودند كه اگر تمدن بيگانه‌اي وجود داشته‌باشد، مي‌تواند به موقعيت دقيق زمين دسترسي پيدا كند. اما از آنجايي كه ويه‌جرها با نزديك‌ترين ستاره هزاران سال فاصله دارند، نگراني درباره اين موضوع بيهوده خواهد بود زيرا حتي اگر تمدني وجود داشته باشد و اين صفحات را پيدا كند،‌ در چنان فاصله‌ دوري از زمين قرار گرفته كه ممكن است در زمان سفرشان به زمين، ديگر هيچ انساني روي اين سياره وجود نداشته‌باشد.

در همین زمینه: