طراحي و ساخت موفقيت آميز يک فضاپيما براي ارسال به فضا و انجام دادن آزمايشهايي در دنياهاي ديگر، کار بسيار دشواري است. به خصوص اگر اين فضاپيما براي انجام ماموريت در سيارات بوده و وارد اتمسفر خاصي شود و در مسير خود تا سطح سياره اطلاعات را جمع آوري کند. معمولا اين فضاپيماها پس از فرود خود نمي توانند مدت زيادي به کار ادامه دهند. فضاپيماهاي سياره نورد در سياراتي مانند ونوس (ناهيد يا زهره) که دماي جو آن 482.2 درجه سانتيگراد ، فشار آن 90 برابر فشار جو زمين و جو آن آميخته از دي اکسيد کربن و ترکيبات اسيد سولفوريک است، به انجام ماموريت مي پردازند. ماموريت بعضي از آنها نيز در توپهاي گازي عظيم الجثه مانند کيوان (زحل) يا مشتري صورت مي گيرد. فضاپيماي گاليله موفق به نفوذ در لايه خارجي گازي مشتري تا فشار 22 برابر فشار زمين شد.
نا سا تعدادي از سفينه هاي خود مانند مارينر1 ( Mariner ) که اولين ماموريت به ونوس بود را از دست داده است. در سطح بين المللي نيز اين اتفاق بارها تکرار شده است. اينگونه ماموريت ها به سالها فعاليت، هزينه هاي فراوان و تکنولوژي هاي پيشرفته تخصصي مانند محفظه هاي فشار و سيستمهاي محافظ حرارتي و تجهيزات ويژه اندازه گيريهاي علمي نياز دارند. در اين زمينه تا کنون موفقيت هاي قابل توجه اندکي، مانند ماموريت چند فضاپيمايي پايونيير ( Pioneer ) به ونوس، ماموريت فضاپيماي گاليله و ماموريت اخير اروپاييها با فضاپيماي هايگنز( Huygens ) به قمر تايتان، که قسمتي از ماموريت کاسيني در زحل بود را داشته ايم. اين ماموريتها يا مدتها قبل انجام شده اند، يا بسيار گران تمام شده اند و يا هر دو. چالش پيش روي نسل جديد ماموريتها، به کارگيري تکنولوژيهاي جديد است، اما کسي راضي نمي شود مبلغي نزديک به 1 بيليون دلار را در معرض ريسک بگذارد!. در عين حال بايد به يک نکته توجه کرد. چگونه از اينجا به آنجا برويم؟.
سيستم محافظ حرارتي را در نظر مي گيريم. فضاپيما با سرعت 65.000 تا 80.000 کيلومتر در ساعت، يعني سرعت لازم براي رسيدن به سيارات بيروني مانند مشتري و کيوان، حرکت مي کند. موقع رسيدن به مقصد، جرم فضاپيما انرژي بسيار زيادي دارد که در صورت ورود به درون جو سياره مقصد، بايد از آن کاسته شود به عبارت ديگر فضاپيما بايد سرعت خود را کم کند. در شرايط تقريبا تهي فضا، سرعت زياد مشکلي ايجاد نمي کند. اما زمانيکه يک فضاپيما با يک جو پر از مولکولهاي گاز مواجه مي شود، همه چيز به سرعت شروع به داغ شدن مي کند. هرچه سرعت فضاپيما بيشتر باشد، بيشتر داغ مي شود. فضاپيماي گاليله که تا به امروز سخت ترين تلاش براي ورود به جو سياره اي را انجام داده است دمايي دو برابر دماي سطح خورشيد و نيرويي به اندازه 230 g يعني 230 برابر شتاب گرانشي در سطح زمين را هنگام نفوذ در مشتري تجربه کرد. در چنين شرايطي تنها مي توان با داشتن يک شيلد حرارتي که با دقت طراحي و با دقت آزمايش شده و با مواد تخصصي ويژه مانند ترکيبات فنوليک ( phenolic - نوعي رزين) کربن پوشانده شده است، نجات پيدا کرد. جنس اين شيلد بايد به قدري ضخيم باشد که اگر يک تکه آن از بين رفت، همچنان بتواند از فضاپيما محافظت کند. البته، هر اندازه که وزن شيلد حرارتي بيشتر باشد، فضاپيما تجهيزات کمتري را مي تواند با خود حمل نمايد.

تصوير تجسمي نفوذ فضاپيماي گاليله به درون سياره مشتري
تصوير از ناسا

با گذشت سالها از ارسال فضاپيماي گاليله در سال 1989، مواد جديدي ساخته شده اند که قابليتهاي بهتري دارند. آنها هم سبکترند و هم مقاومت بيشتري دارند. ماده جديدي که در مرکز تحقيقات ايمز ( Ames ) ناسا واقع در سيليکون ولي کاليفرنيا اختراع شده است، PICA مخفف Phenolic Impregnated Carbon Ablator به معني محافظ حرارتي فنوليک کربن اشباع شده، نام دارد. اين ماده بسيار سبک است، توليد آن نسبتا آسان است و خيلي راحت مي توان آنرا به صورت اشکال خاصي در آورد. اين ماده پيشرفت بزرگي در تکنولوژي فضاپيماها بود. از ماده PICA در محافظ حرارتي فضاپيماي ماموريت استارداست ( Stardust ) يا غبار ستاره استفاده شد. اين فضاپيما در 7 فوريه 1999 به فضا فرستاده شد يعني در دوران ماموريتهاي "سريعتر، بهتر، ارزانتر" يا ماموريتهاي FBC ( Faster, Better, Cheaper ) ناسا. دستاوردهاي دوران FBC شکستهاي پرهزينه اي را (مدارگرد آب و هواي مريخ و فرود در قطب مريخ) در بر داشت و از آن زمان ناسا اين فلسفه ( FBC ) را کنار گذاشت. البته FBC دست کم يک نقطه مثبت داشت. بر اساس اين فلسفه پذيرفتن ريسک با اين باور که اگر يک ماموريت کوچکتر و ارزانتر باشد احتمال عدم موفقيت آن بيشتر است اما در صورت شکست، فاجعه کمتري به بار خواهد آمد و ممکن است براي دوباره سازي آن، فناوري هاي جديدي به دست آيد، مجاز بود. فضاپيماي استارداست در 25 ژانويه 2006 به همراه نمونه هايي از يک دنباله دار به زمين بازگشت و ثابت کرد که PICA کار خود را به زيبايي انجام مي دهد.
ارسال فضاپيما به سيارات و اقمار آنها امري گران و دشوار است و تجهيزاتي که براي رسيدن به هر يک از اين اجرام مورد نياز است، بسيار متنوعند. در همين راستا انجمن بين المللي سياره نوردي سالانه يکبار گرد هم مي آيد و ضمن ارائه ايده ها و تکنولوژي هاي جديد، نظرات خود را در مورد انتخاب مقصد براي ماموريتهاي آينده مطرح مي کنند. پنجمين نشست اين انجمن اواخر ژوئن 2007 در بوردوکس فرانسه برگزار شد. تکنولوژي هايي که در آن مورد بحث قرار گرفتند از بالنهاي کوچک (نوعي وسيله به نام بالوت ( ballute ) که تلفيقي از بالن و پاراشوت است و مي تواند در فراز سطوح شناور باشد) تا سيستم هاي پيشرفته محافظ حرارتي و تجهيزات فوق سبک ساخته شده به کمک نانوتکنولوژي بودند.
مقاصد مورد توجه براي برنامه هاي آتي متعددند. از آن جمله مي توان سيارات ونوس و عطارد، که مي توانند به درک ما از تشکيل منظومه شمسي و اين که چرا وضعيت اين سيارات به گونه ايست که غير قابل سکونت هستند، را نام برد. علاوه بر آن قمرهاي کيوان و مشتري، مانند قمر اروپا مقاصد خوبي مي باشند. در قمر اروپا، علاوه بر وجود اقيانوس آب مايع در زير لايه هاي يخي، امکان وجود ارگانيزمهاي زنده وجود دارد. بسياري بر اين باورند که اروپا همه ملزومات اساسي شامل آب مايع، منبع انرژي و مواد مغذي را دارا مي باشد. به هر حال تنها راه شناخت بيشتر، رسيدن به آنجا با يک فضاپيماي مناسب و همراه داشتن تجهيزات کامل است. هيچ يک از اين تصميم گيريها کار ساده اي نيست. واقعيت اين است که براي تحقق خواسته هاي همه مردم زمين، پول کافي وجود ندارد. صرفنظر از مسائل مالي، اين وظيفه علوم و فناوري فضانوردي است که بايد همراه با خواسته هاي بشر پيش رود.
منبع: ايرانيکا