مقدمه
در دهه 1950ميلادي ، هر دو کشور ايالات متحده آمريکا و اتحاد جماهير شوروي سابق به ساخت موشکهاي پر قدرتي براي پرتاب ماهواره‌هايشان به فضا دست زدند. اين دو کشور قصد داشتند، ماهواره‌هايي را در سال 1957 ميلادي ، سال ژئوفيزيکي بين المللي ، به فضا پرتاب کنند. شوروي اولين کشوري بود که با پرتاب اسپوتنيک 1 در چهارم اکتبر اين سال موفق به انجام چنين کاري شد. از اين زمان به بعد اکتشافات فضايي به يک مسابقه بين دو کشور مذکور تبديل شد. اين در حالي بود که رجال سياسي دو طرف بر اهميت ساسي و نظامي برخورداري از ماهواره‌ها در مدار و فتح ماه قبل از رقيب ديگر واقف بودند. درآغاز به نظر مي‌رسيد که روسها در اين مسابقه جلوتر از آمريکائيها هستند.
علاوه بر پرتاب اولين ماهواره به فضا ، آنها موفق شده بودند اولين انسان ، يوري گاگارين ، را به فضا فرستاده و اولين راهپيمايي فضايي را نيز بوسيله آلکسي لئونوف در سال 1965 ميلادي انجام دهند. با وجود اين هر چه دهه 1960 ميلادي به پايان خود نزديکتر مي‌شد، آمريکائيها برتري خود را بيشتر نشان مي‌دادند. در ژوئيه 1969، آمريکائيها تاريخ ساز شدند. در اين تاريخ ، آنها نيل آرمسترانگ و ادوين (باز) آلدرين را به ماه فرستاند. پس از اين ، روسيه تلاشهاي خود را بيشتر صرف ساختن ايستگاههاي فضايي در مدار زمين کرد. در حال حاضر ، ايالات متحده آمريکا و فدراسيون روسيه به همراه چند کشور ديگر با کمک هم در پي ساختن ايستگاه فضايي آلفا هستند.
مأموريتهاي شاتل فضايي آمريکا و ايستگاه فضايي مير به دانشمندان کمک مي‌کنند تا چگونگي عکس العمل بدن انسان را در فضا مطالعه کنند. اطلاعات دريافتي از اين مأموريتها همچنين دانشمندان را در کشف و آماده کردن ابزار لازم براي زندگي احتمالي انسانها در فضا ياري مي‌دهد. ماهواره‌ها امروز به جزء لاينفکي از زندگي نوين تبديل شده‌اند. آنها اطلاعات را از نقطه‌اي به نقطه ديگري منتقل مي‌کنند. و با زير نظر گرفتن کره زمين وضعيت هوا را پيش بيني مي‌کنند، بعلاوه کاوشگرها با اکتشافات فضايي خود، حس کنجکاوي ما را درباره جهاني که در آن زندگي مي‌کنيم ارضاء مي‌کنند.
فضانوردان در بازگشت به زمين در دريا و يا در خشکي فرود مي‌آمدند. قبل از اختراع شاتل فضايي ، فضانوردان آمريکايي با استفاده از چترهايي بزرگ از سرعت خود در جو زمين مي‌کاستند تا به آرامي در سطح دريا فرود آيند. آنجا کشتيهاي نجات آنها را از دريا بيرون مي‌کشيدند. فضانوردان روسي نيز در بازگشت به زمين از چترها و همچنين موشکهاي معکوسي استفاده مي‌کردند که سرعت فرود و شدت اصطکاک سفينه را هنگام تماس با سطح زمين کم مي‌کردند. پيش از آن ، فضانوردان در ارتفاع بالا در جو زمين از کپسولهاي خود بيرون مي‌پريدند و همراه کپسول جداگانه و با استفاده از چتر نجات بر زمين فرود مي‌آمدند. شاتل فضايي بمانند يک هواپيما اما سريعتر از آن استفاده از موتورهايش با حرکت در باند فرود به زمين مي‌نشيند.
بازگشت به جو زمين
سرعت فضاپيما در هنگام بازگشت به جو زمين خيلي زياد است. اين امر باعث مي‌شود اصطکاک بين فضاپيما و مولکولهاي هوا ، فضاپيما و هواي اطراف آنرا آنقدر گرم کند که هر دو در اثر حرارت به رنگ سرخ در آيند. برخي از فضاپيماها از يک سپر حرارتي برخوردارند، اين سپر با جلوگيري از ورود گرما به داخل سفينه ، فضانوردان را در مقابل گرما محافظت مي‌کند. البته از اين سپر حرارتي فقط يک بار مي‌توان استفاده کرد. شاتل فضايي داراي کاشيهاي نسوز مخصوصي است که سطح بيروني آن را در مقابل حرارت محافظت مي‌کند.
فرودهاي فضايي
فضاپيما بايد هنگام نزديک شدن به يک سياره يا قمر از سرعت خود بکاهد، تا از هدف خود عبور نکند. فضاپيما در اين هنگام به دور خود مي‌چرخد و با روشن کردن موتورهايش سرعت خود را کم مي‌کند تا بوسيله نيروي جاذبه سياره مذکور در مدار آن سياره قرار گيرد. بعد از انتخاب محلي براي فرود ، فضاپيما دوباره مي‌چرخد و با روشن کردن موتورهايش از سرعت خود کاسته ، مدار را ترک مي‌کند. سپس به طرف سطح مورد نظر فرود مي‌آيد و با چرخشي دوباره آماده نشستن مي‌شود.
فرودهاي آرام
در فرودهاي آرام ، فضاپيما از سرعت خود در هنگام نزديک شدن به سطح مورد نظر مي‌کاهند تا به آرامي و بدون آسيب رساندن به فضا پيما و يا محموله آن از جمله مسافران ، بر سطح مذکور بنشينند. وقتي که فضاپيما از ميان جو پايين مي‌آيد، چترهاي آن باز شده ، از سرعت فضاپيما مي‌کاهند، سپس موشکهاي معکوس فضاپيما روشن شده ، فضاپيما را به آرامي فرود مي‌آورند. اگر فرود در سرعت بالا صورت گيرد سرنشينان جان سالم به در نخواهند برد. به همين دليل بود که در نخستين مأموريتهاي فضايي ، براي جلوگيري از خسارات فرود ناشي از سرعت زياد ، فضانوردان از سفينه بيرون مي‌پريدند و با استفاده از چتر نجات در دريا فرود مي‌آمدند.
سقوط بر سطح اجرام آسماني
نخستين کاوشگرها مانند کاوشگرهاي رينجر آمريکا از اين نو ع فرود استفاده مي‌کردند. فضاپيماها در هنگام نزديک شدن به سطح جرم مورد نظر ، اطلاعات و تصاوير را مخابره کرده ، سپس در سطح آن سقوط مي‌کردند. دراغلب موارد کاوشگر متلاشي مي‌شد. در مأموريتهاي فضايي براي جمع آوري اطلاعات در مورد جو سياره زهره نيز از اين نوع فرود استفاده شد. جهت عبور از ابرهاي جوي زهره و فرود در سطح آن از چتر استفاده شد. وقتي که کاوشگرها مأموريت محوله را به اتمام رساند چترها جدا شدند و کاوشگر خود بر سطح زهره سقوط کرد.
مانور در فضا
فضاپيماهايي که در محيطهاي بدون وزن و بدون اصطکاک فضا حرکت مي‌کنند، تا نيروي قويتري بر آنها وارد نشود، از حرکت خود باز نمي‌ايستند. براي تعمير مسير حرکت ، فضاپيماها بايد از موتورهاي موشک خود در سفينه استفاده کنند. آنها مي‌توانند يا از موتورهاي دوباره روشن شده خود استفاده کنند يا موتور يک موشک ديگر را روشن کنند. مقدار سوخت مصرفي هر موتور با دقت محاسبه مي شود تا از هدر رفتن سوخت جلوگيري شود. کاوشگرها براي اصلاح مسير حرکت ، کند کردن سرعت در هنگام قرار گرفتن در يک مدار و همچنين فرود بر سطح سياره يا قمر از موتورهاي خود استفاده مي کنند. فضا پيماها موتور هاي خود را با حرکتهاي تند کوتاه مدتي روشن مي‌کنند تا خود را آرام در مسير صحيح قرار دهند.
اندازه موتور موشکها در اغلب ماهواره‌ها باهم متفاوت است. فضاپيماها براي رفتن به مدار ، تغيير مدار يا ترک آن و سفر براي ملاقات با ديگر فضاپيماها از موتورهاي قويتري استفاده مي‌کنند. اين موتورها بطور طبيعي در عقب موشک قرار مي‌گيرند تا آن را به طرف جلو حرکت دهند. براي بازگشت به زمين در حالي که موتورهايش براي کند کردن آن روشن هستند، فضاپيما بايد به طرف عقب برگردد. سپس براي ورود به جو زمين دوباره چرخيده و در مسير صحيح قرار مي‌گيرد.
مانورهاي کوچک
براي انجام چرخشهاي کامل ، تغيير و تنظيم سرعت و مسير در مدار ، از موشکها پيش برنده‌اي استفاده مي‌شود که اغلب به شکل گروهي کار مي‌کنند. اين موشکها را در جهات مختلف نشانه گيري مي‌کنند. با روشن کردن ترکيب درستي از موشکهاي مذکور ، مي‌توان فضاپيما را در جهت دلخواه حرکت داد. علاوه بر 3 موتور اصلي که در هنگام پرتاب مورد استفاده قرار مي‌گيرند، شاتل فضايي آمريکا از دو موتور مانور دهنده مداي ديگر نيز برخوردار است. اين فضا پيما علاوه بر اين موتورها از 26 موشک پيش برنده تنظيم عکس العمل و 4 موشک پيش برنده تنظيم دقيق مسير حرکت استفاده مي‌کنند که در جلو و عقب موشک قرار گرفته‌اند.
اينها به فضاپيما اجازه مي‌دهند تا با انجام مانورهاي دقيق با ايستگاه فضايي مير الحاق فضايي انجام دهد. ايستگاه فضايي مير نيز از موتورهايي براي تنظيم مدار و موشکهاي پيش برنده‌اي در مقياس کوچکتر برخوردار است.
تنظيم جهت وضعي
همه ماهواره‌ها بايد جهت وضعي خود _جهتي که به طرف آن نشانه گيري شده‌اند_ را حفظ کنند. اين موضوع ضروري است، چرا که اگر باله‌هاي خورشيدي به طرف خورشيد جهت گيري نشده باشند، نمي‌توانند نيروي لازم را براي به حرکت در آوردن ماهواره توليد کنند. از طرف ديگر آنتنها نيز در صورتي که به طرف زمين نشانه گيري نشده باشند، قادر به دريافت و ارسال پيام به زمين نخواهند بود. دستگاه تنظيم جهت وضعي ، ماهواره يا کاوشگر را در جهت وضعي صحيح قرار مي‌دهد. دستگاههاي حساس موجود در ماهواره قادرند خورشيد يا يک ستاره درخشان را شناسايي کنند. آنها همچنين در مواقعي که ماهواره مسير خود را گم مي‌کند، مي‌تواند پيامهايي را مبني بر بروز اشکال در ماهواره به زمين مخابره کنند. دراين صورت دماغه‌هاي کوچک با خارج کردن گاز از خود، جهت فضا پيما را عوض کرده ، دوباره آنرا در مسير صحيح قرار مي‌دهند.
ملاقات و الحاق فضايي
ملاقات فضايي هنگامي رخ مي‌دهد که دو فضاپيما به هم نزديک مي‌شوند، اما الحاق انجام نمي‌دهند. از رادارها و رايانه‌هاي داخل فضاپيما براي دادن اطلاعات مبني بر موقعيت فضاپيما استفاده مي‌شود. با توجه به سرعت زياد فضاپيما هنگام حرکت در فضا ، مشخص کردن موقعيت لحظه به لحظه فضاپيما ضروري به نظر مي‌رسد. براي ملحق شدن به يک فضاپيماي ديگر ، فضاپيما مي‌تواند از موتورهاي بزرگتر خود استفاده کرده ، با رسيدن به سرعت فضاپيماي مورد نظر دوشادوش آن در فضا حرکت کند. اين فرآيند را حفظ موقعيت مي‌نامند. بعد از اين مرحله از موتورهاي پيش برنده کوچکتري براي نزديک شدن به فضاپيماي مذکور و انجام الحاق فضايي با آن استفاده مي‌کند. در ايستگاه فضايي روسيه ، مير ، عمليات الحاق بوسيله آنتنهاي مخصوصي که بر روي ايستگاه فضايي مير و فضاپيماهاي نزديک شونده سايوز يا پروگرس تعبيه شده‌اند، هدايت مي‌شود.
مرکز هدايت زميني
هر فضاپيما ، کاوشگر و يا ماهواره در حال فعاليتي بايد با مرکز هدايت زميني در ارتباط باشد. فضاپيماها براي در جريان گذاشتن مرکز هدايت زميني از کارهاي عادي خود ، علايمي را به اين مرکز مخابره مي‌کنند. درضمن مرکز فضايي مربوطه نيز دستورات لازم در مورد مسير حرکت و ديگر عمليات فضاپيما را براي آن مي‌فرستد. در زمان پرتاب فضاپيما از پايگاه پرتاب هدايت مي‌شود، اما به محض قرار گرفتن فضاپيما در فضا ، مرکز اصلي هدايت زميني هدايت آن را بر عهده مي‌گيرد. مراکز کوچکتر برقراري ارتباط با فضاپيما در سراسر جهان پراکنده‌اند. اين مراکز ارتباط 24 ساعته را با فضاپيما ميسر مي‌کنند. همچنين ماهواره‌هاي مخابراتي مي‌توانند علايم را از فضاپيما گرفته و به نزديکترين مرکز هدايت زميني بفرستند.
مرکز فضايي کندي
شاتلهاي فضايي ، آپولو و اغلب ماهواره‌ها و کاوشگرهاي فضايي آمريکا از مرکز فضايي کندي در فلوريدا (کيپ کاناورال) ، به فضا پرتاب شده اند. اين مرکز اکنون صاحب 2 سکوي پرتاب براي شاتلهاي فضايي ، 2 سکو براي پرتاب ماهواره‌ها و يک بند فرود براي نشستن شاتلهاي فضايي است. تجهيز شاتل در آشيانه‌هاي بزرگي صورت مي‌گيرد. پايگاه نيروي هوايي واندنبرگ در کاليفرنيا يکي ديگر از مهمترين پايگاههاي فضايي آمريکا محسوب مي‌شود. ماهواره‌هاي نظامي و آنهايي که در مدارهاي قطبي قرار مي‌گيرند، از اين پايگاه به فضا پرتاب مي‌شوند.
سکوهاي پرتاب
بايکونور در قزاقستان محل پرتاب تمام پروازهاي سرنشيندار روسيه است. از اين همچنين براي پرتاب ماهواره‌هاي زيادي استفاده مي‌شود. موشکها در آشيانه‌ها ، موشکها را درمقابل شرايط جوي نامناسب از هواي بسيار سرد گرفته تا هواي بسيار گرم محافظت مي‌کنند. سکوهاي پرتاب شمالي در پلستک روسيه شلوغترين پايگاه پرتاب در جهان بوده اند. از 14 سکوي اين پايگاه پرتاب ، ماهواره‌هاي نظامي زيادي به فضا پرتاب شده‌اند.
سفرهاي فضايي آينده
تاکنون کره ماه تنها جهان متفاوتي است که انسان آن را ملاقات کرده است. قدم بعدي سفر به يک سياره خواهد بود. اما فاصله‌هاي زياد بين زمين و سيارات ديگر يک مشکل عمده به حساب مي‌آيد. فضانوردان مجبور خواهند بود براي سفرهاي چند ماهه يا چند ساله خود آذوقه ، سوخت و آب حمل کنند. هيچکدام از سيارات شرايط مشابه زمين را براي زندگي انسان فراهم نمي‌کنند. با وجود اين ، امکان استفاده از مواد موجود در يک سياره براي تهيه سوخت مورد نياز در زمان برگشت وجود خواهد داشت. همينطور امکان استخراج آب و اکسيژن لازم براي تنفس. سفر به ستاره‌ها غير ممکن است، چرا که فضاپيماها با سرعت بسيار کمي در مقايسه با سرعت نور حرکت مي‌کنند و براي رسيدن به حتي نزديکترين ستاره ، هزاران سال زمان نياز دارند.
تعيين مسير پرواز
در سفرهايي که در اطراف منظومه شمسي انجام مي‌دهيم، بايد مراقب حرکت ثوابت ، سيارات و قمرها در مدارهايشان باشيم. براي مثال ، زهره در مدار خود به دور خورشيد از زمين جلوتر و زمين نيز در مدار خود از کره مريخ جلوتر است. رايانه‌ها به محاسبه زمانهايي مي‌پردازند که سيارات در بهترين موقعيت خود براي فضاپيمايي که از زمين براي رسيدن به سياره مذکور پرتاب مي‌شود، قرار دارند، اين زمانها را پنجره‌هاي پرتاب مي‌نامند. کاوشگرهايي که به قصد ديگر سيارات به فضا پرتاب مي‌شوند، ابتدا به مدار اطراف خورشيد مي‌روند. اين مدار انتقالي آنها به شمار مي‌رود، چرا که کاوشگرها براي حرکت از مدار زمين به مدار سياره مذکور از اين مدار استفاده مي‌کنند. سريعترين و مستقيمترين مسير براي رسيدن به يک سياره مستلزم صرف نيرو و سوخت بسيار زيادي است. باصرفه‌ترين مسير براي رسيدن به يک سياره را مدار انتقالي ههمان مي‌نامند.
در مدار انتقالي ههمان ، نزديکترين و دورترين نقاط مدار کاوشگر در اطراف خورشيد ، از مدار زمين و مدار سياره مذکور رد مي‌شوند. کاوشگر پس از طي کردن نصفي از مدار خود در اطراف خورشيد با هدف خود برخورد مي‌کند. کاوشگرها در مدار انتقالي ههمان به کمترين سوخت و نيروي رانش نيازمندند، اما براي رسيدن به مقصد خود زمان بيشتري را صرف مي کنند.
استفاده از نيروي جاذبه سياره
هنگامي که يک کاوشگر از نزديکي سياره‌اي مي‌گذرد بوسيله نيروي جاذبه سياره در مسيري منحني شکل قرار مي‌گيرد. اگر چه کاوشگر براي رسيدن به مدار مقصد با سرعت زيادي حرکت مي‌کند، اما با گذشتن از کنار سياره مذکور ، هم سرعت و هم جهت حرکتش تغيير کرده ، درجهت جديدي شروع به حرکت مي‌کند. فاصله کاوشگر و سياره مورد نظر محاسبه مي‌شود تا باکمک نيروي جاذبه سياره کاوشگر بتواند در جهت صحيح پيش بيني شده‌اش قرار بگيرد.
منبع: دانشنامه رشد/س