در نهم ماه می سال ۲۰۰۳ میلادی در  ساعت چهار و ۲۹ دقیقه و ۲۵ ثانیه به وقت گرینویچ، ناگهان نواحی اطراف مرکز فضایی کاگوشیما (که اکنون مرکز فضایی یوچینواُرا نیز نامیده می‌شود) در اثر غرش مهیب موتورهای سوخت جامد یک راکت فضایی M-V به لرزه درآمد. محموله این راکت ۱۴۰ تنی، سفینه‌ای ۵۰۰ کیلوگرمی بود که می‌بایست طی سه مرحله  در مدار بین سیاره‌ای قرار گیرد. هایابوسا در زبان ژاپنی به معنی شاهین است. شاهین که پرنده‌ای شکاری است، عادت دارد برای شناسایی بر فراز طعمه خود پرواز کند و ناگهان با یک حمله سریع، طعمه را از زمین چنگ زده و مجدداً به آسمان بازگردد. هایابوسا نیز قرار بود همین عمل را با خرده‌سیارکی سیب‌زمینی شکل به نام 1998 SF36 که به تازگی کشف شده بود انجام دهد.

تصویری خیالی از هایابوسا در کنار خرده‌سیارک ایتوکاوا، منبع تصویر

هایابوسا برخلاف اسلاف خود سفینه فضایی سبک و کوچکی است. این کوچکی امتیاز بزرگی برای شاهین ژاپنی‌ها محسوب می‌گردید که مهندسان آژانس فضایی ژاپن با استفاده از آخرین دست‌آوردهای فناوری در حوزه پیشران‌های فضایی به شاهین فلزی خود هدیه داده بودند. هایابوسا پس از تزریق در مدار، تقریباً همگام با زمین و با اندکی کشیدگی جانبی مدار شروع به گردش به دور خورشید نمود. یک سال و ده روز بعد از پرتاب یعنی در نوزدهم ماه می سال ۲۰۰۴، سفینه مجدداً به دیدار زمین شتافت. حاصل این دیدار کسب انرژی فراوانی بود که میدان گرانشی زمین به هایابوسا تقدیم کرد. بدینوسیله سفینه بسان سنگی در قلاب به سمت خرده سیارک هدف پرتاب شد. مانور قلاب سنگ جاذبه‌ای مورد اشاره یکی از مانورهای معمول در سفرهای فضایی به شمار می‌رود که با استفاده از آن می‌توان محموله کاوشگر فضایی را با صرف انرژی کمتری  به هدف رساند. از آن زمان موتورهای یونی سفینه که گاز یونیزه شده زنون را با سرعتی باورنکردنی به بیرون پرتاب می‌کردند، نیروی پیشران اندک ولی مداومی را تولید کردند تا هایابوسا آهسته آهسته مدار خود را تصحیح و به خرده‌سیارک ایتوکاوا نزدیک شود.

برای اولین بار در اواخر جولای سال ۲۰۰۵ بود که چشمان تیزبین هایابوسا به نور کم فروغی ازخرده‌سیارک ایتوکاوا روشن شد. در تصویری که آن روز توسط سیستم ستاره‌یاب سفینه گرفته‌ شده بود، ایتوکاوا نقطه کم رنگی به نظر می‌رسید. سیستم ستاره یاب هایابوسا با تصویربرداری از منطقه مشخصی از آسمان و مقایسه تصویر حاصله با آنچه قاعدتاً باید باشد، خطاهای احتمالی در محاسبه موقعیت و وضعیت کاوشگر فضایی را محاسبه و به کامپیوتر مرکزی هایابوسا ارسال می‌نماید تا فرامین لازم محاسبه و صادر گردند.  کاوشگر فضایی هایابوسا به چهار سری ابزار اصلی بررسی و مشاهده مجهز بود: دوربین عکسبرداری چند‌بانده (AMICA)، ارتفاع سنج لیزری (LIDAR)، طیف سنج فروسرخ نزدیک (NIRS) و طیف سنج اشعه ایکس (XRS).  همه این ابزار در خدمت شاهین قصه ما بودند تا شکار سیب‌زمینی شکل فضایی خود را به خوبی آنالیز و بررسی نماید.

حدود ۲۰ روز طول کشید تا ابزارهای تصویر‌برداری هایابوسا قادر به تشخیص شکل سیارک شدند. در ۴ام سپتامبر همان سال اولین تصویر از ایتوکاوا که دیگر لکه‌ای نورانی نبود از کامپیوتر سفینه به مرکز کنترل زمینی ارسال گردید و سرانجام در ساعت ۱۰ صبح روز دوازدهم سپتامبر ۲۰۰۵ و پس از طی یک و نیم میلیارد کیلومتر راه، هایابوسا به محل ملاقات خود با ایتوکاوا که "موقعیت دروازه" نامیده می‌شد،رسید، روی مدار اصلی سیارک که به دور خورشید است، قرار گرفت و با حفظ فاصله از ایتوکاوا به تعقیب آن پرداخت. "موقعیت دروازه" که ۲۰ کیلومتر با سیارک ایتوکاوا فاصله داشت، جایی بود که اولین ارزیابی‌ها درباره خرده‌سیارک ایتوکاوا از آنجا صورت پذیرفت. نقشه‌برداری سراسری ایتوکاوا، محاسبه دوره گردش سیارک و بسیاری مطالب علمی دیگر ره‌آورد ارزشمند دوره زمانی اقامت هایابوسا در موقعیت دروازه است.

سپس و در ۳۰ام سپتامبر، هایابوسا با روشن کردن موتورهای یونی خود به آرامی و با سرعت میانگینی معادل پنج سانتیمتر بر ثانیه به سمت ایتوکاوا حرکت کرد تا اینکه بعد از چهار روز یعنی در چهارم اکتبر به فاصله ۷ کیلومتری از آن رسید. این موقعیت جدید که "موقعیت خانه" نیز نامیده می‌شد به هایابوسا امکان داد که با دقت بیشتری به مطالعه ایتوکاوا بپردازد و تصاویری شگفت‌انگیز از این سیب‌زمینی فضایی ۵۰۰ متری ارسال نماید.

از آن زمان تا سوم نوامبر سفینه فرصت کافی داشت تا خود را به فاصله سه کیلومتری از ایتوکاوا برساند. این روز از آن جهت مهم تلقی می‌شد که قرار بود اولین تُک زدن به سیارک در آن زمان انجام شود.هایابوسا طوری طراحی شده بود که می‌توانست تا فاصله بسیار اندکی از سطح  ایتوکاوا پایین رفته و در آن فاصله عملیات نمونه‌برداری را با شلیک گلوله کوچکی از راه یک شیپوره بر سطح سیارک انجام دهد و سپس بلافاصله با روشن کردن موتورهای شیمیایی خود از سیارک فاصله بگیرد.

تصویری خیالی از هایابوسا در حال نمونه‌برداری از خرده‌سیارک ایتوکاوا

شیپوره که طبق طراحی قرار بود در هنگام نمونه‌برداری بر سطح سیارک مماس باشد، به مخزنی منتهی می‌شد که گردوغبار ناشی از برخورد گلوله بر سطح سیارک را در خود جمع‌آوری می‌کرد.

کاوشگر فضایی هایابوسا چرخهای عکس‌العملی خود را که وظیفه کنترل وضعیت سفینه را به‌عهده داشتند، در جولای و اکتبر همان سال (سال ۲۰۰۵ میلادی) از دست داده بود و به همین دلیل، نرم‌افزار هدایت و کنترل هایابوسا به گونه‌ای تغییر یافته بود تا با آنالیز تصاویر دریافتی از سطح سیارک در زمان شیرجه و برخواست، کنترل وضعیت کاوشگر را انجام دهد. در روز موعود و زمانی که سفینه به آرامی به ایتوکاوا نزدیک می‌شد، سیستم کنترل خودکار کاوشگر فضایی مشکلی را تشخیص داد و عملیات را لغو کرد. دانشمندان مرکز کنترل معتقد بودند که مشکل مربوط به نحوه آنالیز تصاویر دریافتی می‌شده است. از آنجا که در برنامه یادشده، پستی و بلندیهای فراوان سطح سیارک در نظر گرفته نشده بود، این مشکل نمود پیدا کرده بود.

از آنجاکه هایابوسا مأموریت تاریخی خود را در فاصله‌ای حدود ۱۸ دقیقه نوری از زمین انجام می‌داد، کنترل همزمان سفینه از سطح زمین ناممکن بود. به همین دلیل هایابوسا به سیستم خودکنترلی قدرتمندی مجهز بود که قادر به هدایت سفینه در شرایط دشوار شیرجه و فرار از سطح سیارک باشد.

در نهم نوامبر و بعد از باز‌نویسی برنامه کنترل از طریق پردازش تصویر و ارسال نرم‌افزار جدید به هایابوسا، کاوشگر تیزپای ژاپنی  در مأموریتی آزمایشی تا ۷۰ متری سطح سیارک فرود آمد و مجدداً برخاست. سپس مجدداً تا ۵۰۰ متری سطح ایتوکاوا پایین آمد و یکی از تارگت‌مارکرها را برای بررسی قابلیت سفینه در تعقیب آن رها نمود. در همین روز متخصصان مرکز کنترل از روی تصاویر دریافتی منطقه "دریای موسز" را روی سیارک از آنجا که بسیار هموار بود، منطقه مناسبی برای فرود بعدی تشخیص دادند.

تارگت مارکر یا نشان‌گذار قطعه بسیار شفاف و کوچکی است که به منظور هدایت سفینه در آخرین لحظات فرود، بر سطح سیارک فرستاده می‌شود. سیستم هدایت و کنترل سفینه با ارسال سیگنالهای لیزری به این قطعه فلزی و درخشان و آنالیز نحوه دریافت سیگنال بازگشتی قادر خواهد بود موقعیت و وضعیت خود را نسبت به سیارک درک کرده و از نحوه حرکت سیارک هدف نیز اطلاعات مناسبی به دست آورد. به این وسیله هایابوسا می‌توانست با تعقیب نشان‌گذار، خود را با چرخش و حرکت سیارک هماهنگ نموده و در نقطه‌ای از پیش تعیین شده فرود آید. تارگت مارکر مذکور از جهت دیگری نیز اهمیت داشت. این نشان‌گذار کوچک ۸۸۰ هزار امضا از اقصی نقاط عالم با خود به ایتوکاوا برده بود. آنها یا برای صلح و آرامش آرزو کرده بودند و یا برای موجودات فضایی پیام دوستی فرستاده بودند. هر چه بود نشان‌گذار هنوز سوار بر ایتوکاوا جایی بین زمین و مریخ، منظومه شمسی را در می‌نوردد.

علاوه بر تارگت مارکر، هایابوسا هدیه کوچک دیگری نیز برای ایتوکاوا به همراه آورده بود. مینوروا، ربات جهنده کوچکی که مجهز به سه دوربین عکسبرداری و سنسورهای حرارت‌سنج ‌بود، می‌بایستی طبق برنامه سطح ایتوکاوا را وجب به وجب بررسی نماید و اطلاعات خود را توسط فرستنده کوچکی به سفینه مادر بفرستد.

از آنجا که شتاب جاذبه خرده سیارک ایتوکاوا بسیار ناچیز است، مهندسان ژاپنی نمی‌توانستند از چرخ به عنوان ابزار حرکت کاوشگر کوچک استفاده نمایند. به همین دلیل مینوروا به گونه‌ای طراحی شده بود که مانند یک قورباغه قادر به جهش در سطح سیارک باشد. در ۱۲ام نوامبر هایابوسا تا ۵۵ متری سطح سیارک پایین آمد تا هدیه کوچک خود را نثار ایتوکاوا نماید. مینوروا رها شد ولی بنا به دلایلی به سطح سیارک نرسید و در مسیری اشتباه راه افتاد و در فضا سرگردان شد. این اولین خبر بد از سفر پر نشیب و فراز هایابوسا به مقصد ایتوکاوا نبود ولی تیم کنترل کننده شاهین فلزی ژاپنی‌ها را به شدت افسرده کرد. آنها خوابهای زیادی برای اطلاعات ارسالی از مینوروا دیده بودند. اگر مینروا بر سطح ایتوکاوا فرود می آمد نام خود را به عنوان اولین کاوشگر فضایی جهنده در تاریخ ثبت می‌کرد.

در ۱۹ نوامبر اولین عملیات نمونه‌برداری آغاز گردید. دانشمندان مرکز کنترل سفینه در ژاپن امیدوار بودند که روز خوب و پرباری داشته باشند اما متأسفانه این طور نشد. سفینه تا ۱۰ متری سطح ایتوکاوا پایین رفت. در آن مرحله سفینه می‌بایستی برای نمونه‌برداری می‌چرخید. به همین دلیل ارتباط سفینه با مرکز کنترل قطع می‌شد و آنها باید امیدوار می‌بودند که کنترل خودکار سفینه کار خود را به خوبی به پایان برساند. ولی بنا به دلایل نامعلومی، سفینه پس از لمس سیارک به مدت ۳۰ دقیقه در همان وضع باقی ماند و تنها در امتداد سیارک حرکت می‌کرد. دانشمندان که سخت نگران آسیب دیدن ابزار حساس سفینه در اثر گرمای تابشی ایتوکاوا بودند (دمای سطحی از سیارک که رو به  خورشید  قرار دارد به حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد) فرمان لغو مأموریت را صادر کردند ولی گویا گرما تمرکز فکری کاوشگر فضایی را از کار انداخته بود و هایابوسای بیچاره را در کما فرو برده بود. اما شانس با هایابوسا یار بود و ناگهان زاویه تابش خورشید  به دلیل شکل ناهمگون سیارک و در اثر چرخش ایتوکاوا به دور خودش عوض شد و دما به شدت افت کرد. هایابوسا که خنکی تاریکی فضا، حواس را به او برگردانده بود، سراسیمه به فرمان مرکز کنترل پاسخ داد و با تمام توان از ایتوکاوا دور و در فضای لایتناهی گم شد. سرانجام دانشمندان هایابوسای نگران را در ۱۰۰ کیلومتری ایتوکاوا یافتند و روزها طول کشید تا شاهین فلزی آرامش روانی خود را مجدداً به دست آورد. در بررسیهای بعدی معلوم شد که سفینه به‌ راستی سیارک را لمس کرده ولی سیستم شلیک گلوله کار نکرده است.

عملیات تُک زدن بعدی برای ۲۵ نوامبر طراحی شد. این بار سیستم شلیک گلوله کار کرد و سفینه به درستی عملیات تُک زدن را انجام داد و از ایتوکاوا گریخت. اما لرزشهای فراوانی اندام نحیف هایابوسا را فرا گرفته بود. پس از بررسیها و ارزیابیهای فراوان، مهندسان فضایی مرکز کنترل زمینی هایابوسا دریافتند که یکی از مخازن سوخت موتورشیمیایی این کاوشگر فضایی (مخزن اکسید کننده) آسیب دیده و تکانهای هایابوسا به دلیل نیروی تراست ناشی از نشت سوخت به بیرون می‌باشد. گشتاور ناشی از این موضوع سرانجام در هشتم دسامبر وضعیت قرارگیری هایابوسا را به قدری به هم ریخت که ارتباط با مرکز کنترل سفینه قطع شد و صفحات خورشیدی نیز به دلیل جهت‌گیری اشتباه، قادر به تولید انرژی زیادی نبودند. نشت سوخت به داخل سفینه همچنین باعث کاهش دمای داخلی گردید تا بدان جا که در اثر سرما راندمان باطریها به شدت افت کرد (اکسیده کننده مورد استفاده در موتور شیمیایی کاوشگر فضایی هایابوسا تحت فشار در مخزن مخصوصی نگه داری می شده است. نشت اکسیده کننده به محیط خلاء و تصعید ناگهانی آن باعث افت شدید دمای این ماده شده بود.). خلاصه همه چیز برای یک پایان ناخوش‌آیند آماده بود اما مهندسان مرکز کنترل زمینی مأموریت فضایی هایابوسا تصمیم نداشتند که به این زودی‌ها تسلیم شوند.

مقایسه ابعادی خرده‌سیارک ایتوکاوا با ایستگاه بین‌المللی فضایی

در آن زمان هایابوسا در فاصله تقریبی ۵۵۰  کیلومتری خرده‌سیارک ایتوکاوا سرگردان بود و به دلیل تراست تولید شده در اثر نشت گاز زنون از مخزن آسیب دیده به دور خود می‌چرخید. به دلیل چرخش هایابوسا به دور خود، هر از چند گاهی و برای چند ثانیه  ارتباط با آنتن بهره پایین این کاوشگر فضایی بدشانس برقرار می‌شد و مهندسان مرکز کنترل زمینی امیدوار بودند که بتوانند با ارسال فرامین کوتاه در این ثانیه‌های ارزشمند، مجدداً کنترل سفینه را در دست گیرند. اما نکته ناامیدکننده ماجرا آنجا بود که هیچ‌کس نمی‌دانست آیا در انتهای این مأموریت نفرین‌شده نمونه‌ای هم از سطح ایتوکاوا برداشت شده است و یا نه. سخنگوی JAXA در همان زمان گفته بود که تا زمان رسیدن کپسول حاوی نمونه‌ها به زمین، نمی‌توان با اطمینان در مورد این موضوع اظهار نظر نمود.

اما داستان بدبیاری‌های بی پایان هایابوسا به همین‌جا ختم نشد.  خلاصه تلاشهای فراوان مهندسان و متخصصان مرکز کنترل زمینی در حدود مارچ ۲۰۰۶ نتیجه داد و هایابوسا در وضعیت درستی نسبت به زمین و خورشید قرار گرفت. در این راه مهندسان مجبور شدند چند باری نرم‌افزار کامپیوتر مرکزی هایابوسا را آنهم با ارسال بسته‌های کوچک داده‌ها از طریق آنتن کم بازده این کاوشگر تغییر داده و حتی بخشی از موجودی باقی‌مانده و ارزشمند مخازن گاز زنون را که در موتورهای یونی به عنوان سوخت استفاده می‌شد را مستقیما در فضا رها کنند تا با استفاده از نیروی پیشران و گشتاور کنترلی آن هایابوسا را مجددا سر به راه نمایند. هیچ کدام از این تغییرات در طراحی اولیه این ربات ارزشمند ژاپنی پیش‌بینی نشده بود و تنها انعطاف بیش از حد نرم‌افزاری و سخت‌افزاری این شاهین آهنین بود که در این لحظات حساس به داد مرکز کنترل زمینی رسید.

ساختار کاوشگر فضایی هایابوسا به روایت تصویر

حدود یک سالی طول کشید تا بخشی از باطریها که آسیب جدی ندیده بودند مجددا شارژ شده و همه چیز برای شروع عملیات بازگشت محیا گردید. تا اینجای کار هایابوسا دو چرخ عکس العملی از سه چرخ و یک موتور یونی از چهار موتور یونی خود (موتور یونی A که بلافاصله بعد از پرتاب مشخص شد از کار افتاده است) را از دست داده بود.

همچنین نشت کامل اکسید‌کننده به بیرون نیز موجب شده بود که موتورهای شیمیایی کاوشگر از گردونه عملیاتی خارج شده و هایابوسا تنها با تکیه بر سه موتور یونی، یک چرخ عکس‌العملی و فشار تابشی خورشید امیدوار باشد که در سال ۲۰۱۰ قادر به بازگشت به لانه خود خواهد بود.

اما در چهارم نوامبر ۲۰۰۹ ضربه دیگری فرود آمد. هایابوسا که برای انجام فاز دوم برگشت به زمین، دو موتور یونی C وD خود را روشن کرده بود، ناگهان با توقف کامل موتورD روبرو شده و دردسر تازه ای آغاز شد. فعالیت موتورB حدود دو سال پیش به دلایل فنی به حالت تعلیق درآمده بود و بنابراین هایابوسا اکنون عملا تنها یک موتور یونی داشت. اما راه حل بلافاصله پیدا شد و مهندسان فضایی مرکز کنترل زمینی تصمیم گرفتند با تلفیق عناصر سالم موتورهای یونی معیوب و سالم موجود، مجددا دو موتور را عملیاتی کنند تا تنها شانس شاهین بال شکسته ژاپنی برای بازگشت به لانه از دست نرود. این بود که خنثی‌ساز الکتریکی موتور A در کنار موتور اصلی تشکیل یک زوج کاری را دادند تا هایابوسا با داشتن تنها موتور سالم خود و این مجموعه جدید راه زمین را در پیش گیرد.

اما از این به بعد همه چیز خوب پیش رفت. هایابوسا دو مانور فضایی دیگر را با موفقیت انجام دادو سرانجام و پس از هفت سال دوری از خانه به زمین بازگشت. هایابوسا کپسول ارزشمند خود را که همه امیدوارند نمونه‌هایی از سطح ایتوکاوا در آن وجود داشته باشد را بر فراز جو زمین رها نمود. کپسول با موفقیت و با کمک چتر نجات در منطقه وومرا، جایی در کشور استرالیا به زمین نشست اما هایابوسای پیر و فرتوت پر به شعله برخورد با جو زمین داد و در اتمسفر لانه خود سوخت.  آخرین خبرها می‌گوید که کپسول بازیابی شده و بنابراین زمینیان باید چند روزی صبر پیشه کنند تا درب‌های این گنجینه ارزشمند باز شود و پرده دیگری از عظمت آفرینش را بر ما نمایان سازد. اگر کپسول هایابوسا نمونه‌هایی از ایتوکاوا را در خود همراه داشته باشد، برای اولین بار در طول تاریخ بشری خواهد بود که نمونه‌هایی از یک خرده‌سیارک به زمین حمل می‌شود.

فیلم لحظه ورود هایابوسا به جو زمین را نشان می‌دهد. گوی درخشانی که در جلو حرکت می‌کند کپسول حاوی نمونه‌های احتمالی از خرده‌سیارک ایتوکاوا است. هایابوسا پس از ورود به جو زمین کاملا سوخت و از بین رفت.

موتورهای شیمیایی هایابوسا که به منظور کنترل وضعیت این کاوشگر به کار می‌رفتند به دلیل نشت ماده اکسید‌کننده غیر قابل استفاده بودند. از این رو هایابوسا همچون سنگی آسمانی وارد جو زمین شد و همچنان که حدس زده می‌شد در اتمسفر زمین سوخت و از بین رفت.  کپسول حاوی نمونه‌ها در بدو ورود به جو زمین توسط بخش سپر حرارتی از گزند حرارت نابود کننده ناشی از اصطکاک مولکولهای هوا با کپسول که با سرعت باورنکردنی ۴۴۰۰۰ کیلومتر بر ساعت وارد جو زمین شده بود در امان ماند. سپس و بعد از اینکه سرعت کپسول به اندازه مناسبی کاهش یافت سپر حررتی جدا شد و چترهای نجات باز شدند.

فرآیند بازگشت کاوشگر فضایی هایابوسا به زمینچهار گروه زمینی و یک گروه سوار بر هلیکوپتر تلاش داشتند تا با استفاده از روش رویت مستقیم و بصری و همچنین سیگنالهای ارسالی توسط آنتن کپسول محل فرود آن را در محلی به ابعاد بیست در دویست کیلومتر مشخص نمایند. کاری که سرانجام صورت پذیرفت. کپسول حاوی نمونه‌ها و خاک محل برخورد برای جلوگیری از هرگونه آلودگی احتمالی جمع‌آوری و به خوبی بسته‌بندی شدند. چند هفته‌ای طول خواهد کشید تا آنالیزهای ساختاری و آلودگی کپسول هایابوسا پایان پذیرد و نوبت به باز کردن درب گنجینه ارزشمند نمونه‌های فضایی فرا رسد. بعد از آن هم در صورت وجود نمونه‌هایی از ایتوکاوا چند ماهی زمان لازم است تا اولین نتایج آزمکایش‌ها برای عموم مردم بیان گردد. پس توصیه دانش فضایی به شما این است که صبور باشید هرچند خود به خوبی واقفیم که این مهم اصلا کار ساده‌ای نیست.

خلاصه پس از هفت سال کپسول هایابوسا به زمین بازگشت

نوشته شده در دو شنبه 3 بهمن 1390برچسب:,ساعت توسط احسان|