توسعه ابزار جدید فضاپیمای اروپا کلیپر برای کشف علائم حیات

به گزارش پایداری ملی، ناسا در حال تغییر یکی از ابزار‌های پژوهشی این کاوشگر است. اروپا کلیپر مأموریت بعدی این سازمان با هدف بررسی سیاره‌های خارجی منظومه‌ی شمسی است. کلیپر طی چند پرواز از کنار مشتری و قمر آن اروپا، به بررسی این قمر یخی خواهد پرداخت.

اوایل ماه جاری، مسئولان این پروژه ابزار‌ مغناطیس‌سنج ICEMAG را به‌دلیل افزایش احتمالی بودجه‌ی آن حذف کردند. با این تغییر، فضاپیما از یکی از ابزارهای ضروری برای بررسی اقیانوس داخلی اروپا محروم می‌ماند؛ جایی که به عقیده‌ی ستاره‌شناسان می‌تواند محل رشد جانداران فرازمینی باشد.

ناسا برای حل این مشکل، از مارگارت کیولسون، استاد افتخاری دانشگاه کالیفرنیا برای توسعه‌ی یک مغناطیس‌سنج ساده برای جایگزینی با ICEMAG کمک گرفت. این ابزار به اندازه‌گیری میدان مغناطیسی اروپا خواهد پرداخت و داده‌هایی را در مورد عمق و میزان شوری اقیانوس آن جمع‌آوری خواهد کرد.

کیولسون قبلا رهبری تیم مغناطیس‌سنج فضاپیمای گالیله را برعهده داشت. این فضاپیما در دهه‌ی ۱۹۹۰ به بررسی مشتری می‌پرداخت. کیولسون در آن مأموریت موفق شد اعتبار کشف اقیانوس زیر پوسته‌ی یخی اروپا را از آن خود کند.

 به نقل از ناسا، هزینه‌ی تقریبی ICEMAG تا ۴۵ میلیون دلار افزایش یافته است (سه برابر هزینه‌ی پیشنهادی). دلیل افزایش هزینه، پیچیدگی حسگرهای داخلی ICEMAG بود. در مغناطیس‌سنج جدید به‌جای حسگرهای قبلی از قطعات ساده‌تری استفاده شده است.

اما یکی از معایب ابزار‌ جدید، احتمال کاهش دقت حسگرها به‌مرورزمان و درنتیجه انحراف پاسخگویی به تغییرات دما است. تیم این پروژه در تلاش است انحراف‌های احتمالی را به حداقل برساند. روبرت پاپالاردو، یکی از دانشمندان پروژه‌ی مأموریت اروپا کلیپر، در نشست فصل بهار کمیته‌ی علوم سیاره‌ای واشنگتن دی‌سی، مارگارت کیولسون را به‌عنوان رهبر تیم توسعه‌ی مغناطیس‌سنج جدید معرفی کرد.

مونتاژ قطعات

ناسا در سال ۲۰۱۵، مأموریت کلیپر را تصویب کرد. این فضاپیما قرار است در سال ۲۰۲۳ مأموریت خود را آغاز کند و با ورود به مدار مشتری و طی چند مرتبه عبور از نزدیکی قمر اروپا به جمع‌آوری داده‌های این قمر یخی بپردازد. امروزه کلیپر در میانه‌ی مهم‌ترین بخش توسعه‌ی خود قرار دارد.

پیش‌بینی می‌شود تا پایان سال، رویای دیرینه‌ی چند صدنفر به واقعیت تبدیل شود. سال آینده، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در پاسادنا که رهبری طراحی و ساخت این فضاپیما را هم برعهده دارد، ابزار‌ و قطعات جدید را کنار هم قرار خواهد داد.

اغلب مردم حداقل یک‌بار در کتاب‌ها و مجله‌های معروف علمی، با نتایج بعضی از مأموریت‌های فضای مشهور مانند تصاویر جذاب مدارپیمای کاسینی از سیاره‌ی زحل، یا تصویر وویجر ۱ از سیاره‌ی زمین به شکل یک نقطه‌ی آبی آشنا شده‌اند؛ اما در کتاب‌ها و رسانه‌های عمومی کمتر به مسیر طولانی و پرچالش ساخت و پرتاب فضاپیماها اشاره شده است.

به عقیده‌ی تاد مای، رئیس سابق مرکز هوافضای مارشال روزنامه‌نگارها صرفا علاقه‌مند به توصیف ترک فضاپیما از زمین هستند؛ اما به اعتقاد او، چالش واقعی، توسعه و آماده‌سازی فضاپیما برای پرتاب است. تیم‌های مهندسی و علمی کلیپر از سال‌ها پیش مشغول آزمایش و بررسی تمام ابعاد طراحی، پیاده‌سازی و عملیاتی این فضاپیما بوده‌اند.

اروپا چالش‌ها و مزایای متعددی را برای دانشمندان به‌دنبال دارد. این قمر در کمربند تشعشعات مشتری قرار دارد، محیطی خطرناک مشابه محیط انفجار بمب هسته‌ای. علاوه‌بر این، منبع انرژی این فضاپیما یعنی پنل‌های خورشیدی، برای جمع‌آوری فوتون‌های دور از خورشید باید به‌دقت تنظیم شوند.

فضاپیما پس از رسیدن به آن‌سوی مشتری باید از دماهای پائین و محیط بدون خورشید جان سالم به در ببرد. اروپا کلیپر در صورت غلبه بر این مشکلات، به اقیانوس آب شور سراسری قمر اروپا دسترسی پیدا خواهد کرد. به نظر می‌رسد این اقیانوس از ویژگی‌های شیمیایی و شرایط لازم برای حیات برخوردار باشد. به عقیده‌ی کارشناسان، قمر اروپا محتمل‌ترین نقطه برای وجود حیات فرازمینی در کل منظومه‌ی شمسی است. به‌گفته‌ی پبالاردو:

ما به‌دنبال آماده‌سازی آخرین بررسی و درنهایت تأیید مأموریت توسط ناسا هستیم. ناسا در این مرحله باید آماده‌سازی و ساخت ابزار‌ها و فضاپیما را تأیید کند.

این پروژه در ماه جاری، وارد مرحله‌ی بررسی طراحی اولیه‌ی دلتا (PDR) خواهد شد. در این مرحله بخش‌های مشخصی از فضاپیما، مجددا ارزیابی خواهند شد. یک هیئت مستقل به ارزیابی تطبیق طراحی فضاپیما با پیش‌نیازهای مأموریت از جمله هزینه، ریسک و زمان‌بندی متناسب با واقعیت خواهد پرداخت.

پس از این مرحله، پروژه وارد فاز بررسی جدیدی به نام نقطه‌ی تصمیم کلیدی C خواهد شد. در این مرحله، ناسا تقویم زمانی و هزینه‌ی قطعی در طول PDR را تقبل می‌کند و فرایند نهایی‌شدن طرح و سوار کردن سخت‌افزار آغاز می‌شود. به‌گفته‌ی زیبی تورتل، پژوهشگر اصلی سیستم تصویربرداری اروپا:

یکی از مشکلات ناسا در این پروژه، اتصال پنل‌های خورشیدی کلیپر به رادار نفوذکننده‌ی یخ REASON بود. آنتن‌های عظیم این رادار برای بررسی ساختار پوسته‌ی یخی واقع در دریاچه‌ی سطح اروپا به کار می‌روند و ابزار‌ی بین اقیانوس و یخ را پیدا می‌کنند. از طرفی تیم رادار و مهندسان JPL دریافتند ساخت رادار روی آرایه‌ی خورشیدی مانع از تداخل بین دو قطعه خواهد شد و درعین‌حال فضای فیزیکی کمتری را هم اشغال خواهد کرد.

در شرایطی که وراثت (کاربرد فناوری‌های اثبات‌شده) در این زمینه حرف اول را می‌زند، این طرح نسبتا بنیادی و جدید است. ابزار‌ REASON در ماه ژانویه، از آزمون بال یکپارچه (ارزیابی تطبیق با آرایه‌های خورشیدی) و سپس بررسی طراحی اولیه سربلند بیرون آمد.

اما شاید بزرگ‌ترین مجهول این مأموریت، هدایت آن در فضا باشد. طبق برنامه‌، اروپا کلیپر باید در سال ۲۰۲۳ با راکت اسپیس لانچ سیستم ناسا (SLS) که در دست توسعه است، به فضا پرتاب شود. بااین‌حال واضح است که این موشک، به‌موقع آماده نمی‌شود و کلیپر باید با موشکی کوچک‌تر پرتاب شود.

چنین تغییری می‌تواند زمان‌بندی پرتاب را به شکل چشمگیری تغییر دهد. راکت SLS می‌تواند فضاپیما را طی ۲۸ ماه به مشتری برساند. از سویی، موشک فالکن هوی شرکت اسپیس ایکس به‌عنوان گزینه‌ی جایگزین، قدرت کافی برای طی چنین مسیری ندارد و درصورتی‌که کلیپر با این موشک پرتاب شود، پس از ۶ سال به مشتری خواهد رسید.

حامیان

چالش دیگر کلیپر، از دست دادن حامی خود در کنگره بود. جان کولبرسون به‌عنوان یکی از اعضای مجلس نمایندگان و نماینده‌ی سابق جمهوری‌خواه تگزاس، یکی از حامیان ثابت‌شده‌ی کلیپر بود. کولبرسون مأموریت کلیپر را برخلاف دیگر مأموریت‌های ناسا به‌صورت گزارش با هزینه‌ای اختصاصی ارائه نکرد بلکه هزینه‌ای واقعی برای آن در نظر گرفت.

به‌این‌ترتیب، براساس قانون فدرال، مأموریت کلیپر و سطح‌نشین اروپا (کاوشگری که از داده‌های کلیپر برای لمس سطح قمر اروپا، حفاری و جستجوی علائم حیات در آن استفاده می‌کند) دو مأموریت اجباری برای ناسا به شمار می‌روند که عدم اجرای آن‌های غیرقانونی است. از سویی سال گذشته با شکست کولبرسون در انتخابات، همه‌چیز تغییر کرد؛ اما او هنوز هم مهره‌هایی در بازی داشت. او می‌گوید:

ارتباط دادن کلیپر به SLS می‌توانست به حفظ این مأموریت کمک کند. این موشک در آلاباما، زادگاه رئیس کمیته‌ی تخصیصات سنا و همچنین عضو عالی‌مرتبه‌ی زیرکمیته‌ی تخصیصات مجلس نمایندگان در دست ساخت است. این نمایندگان حامی حفظ SLS هستند. کلیپر بسیار زودتر از هر نوع محموله‌ی دیگری برای SLS نظیر مأموریت‌های عمده به ماه یا مریخ، آماده‌ی پرتاب خواهد شد.

کولبرسون در سال مالی ۲۰۱۹، مبلغ ۵۴۵ میلیون دلار بودجه به کلیپر اختصاص داد. این بودجه تا زمان پرتاب موشک کافی است. علاوه‌بر این، از آنجا که کنگره در سال‌های اخیر به اصلاح بودجه پرداخته است، رکورد تخصیص ۲/۸ میلیارد دلاری بودجه به علوم سیاره‌ای پس از سال ۲۰۱۹ به قوت خود باقی خواهد ماند.

پس از بررسی طراحی در ماه آوریل، کلیپر وارد مرحله‌ی طراحی نهایی و ساخت در ماه اوت خواهد شد و اگر همه‌چیز به‌خوبی پیش برود، در سال ۲۰۲۳ زمین را به مقصد مشتری ترک خواهد کرد.