این مطلب تا کنون ۷۶۹۸ بار خوانده شده است
دوشنبه، 16 مهر 1386 | پرواز از کنار سیاره سرخ |
| |
 | در اواسط دهه 60، ناسا و آزمايشگاه پيشران جت تصميم گرفتند که نخستين فضاپيماي بدون سرنشين خود را به مقصد مريخ آماده و به سمت سياره سرخ اعزام نمايند. مارينر-3 اولين تلاش آنها براي نيل به اين هدف بود که به دليل مشکل فني ساده اي هرگز به مقصد نرسيد. |
|
In the mid-60s NASA and the Jet Propulsion Laboratories (JPL) mounted their first attempts at sending an un-manned spacecraft to Mars. The first attempt was Mariner III. Unfortunately Mariner III used a new construction method for the nose cone. It was fabricated of an aluminium honeycomb and fibre glass laminations. It had been tested for thermal stress, and high vacuum, but never both at once. Upon launch, gas in the nose code cells exploded inwards and wrapped the shroud about the spacecraft structure, so that even though the explosive bolts were fired, the nose cone would not detach. This meant that the solar panels could not be deployed, and the batteries soon went flat, as well as the loss of signal from not being able to deploy the high gain antenna. So Mariner III was a failure. Mariner IV was the backup spacecraft and was quickly fitted with an old style nose cone and was ready for launch in the only available window a month later. It would be several years before another suitable launch window would present itself. Mariner IV made a successful launch and headed off towards Mars. Now there are a number of trajectories that one can take to get from Earth to Mars. There are 'minimum energy' trajectories, there are 'minimum time' trajectories, and a whole range of different trajectories that one can take. Each one has its own advantages and disadvantages as far as time taken to get to the objective and the amount of energy needed. Because of the limited power of the launch vehicles at the time, and the limitations of the spacecraft, a minimum energy trajectory was used for Mariner IV. This meant that Mariner IV would take about 8 months to reach Mars, and when it reached Mars, they would both be at the opposite side of the solar system to Earth. That's a long way to go. The plan was that when Mariner IV reached Mars it would photograph Mars using a vidicon tube camera, and the digitised images would be stored on magnetic tape for later playback and transmission to Earth. In fact the spacecraft would only be in the vicinity of Mars for about 5 minutes, and in fact for most of those 5 minutes would be out of sight on the other side of Mars, so the photographic sequence would be very short, and for much of that 5 minutes would be out of radio contact. When the Mariner IV spacecraft was about 2 months into its mission a terrible fact was suddenly realised. The people who had designed the encounter sequence had neglected the fact that at the time that Mariner IV was near Mars, a radio signal would take 17 minutes to get from Earth to Mars, and another 17 minutes to get back. The designers had assumed that they would be able to see Mars on the TV signal, and then would send up a signal to turn on the TV recorders. WITH A 5 MINUTE ENCOUNTER TIME! Luckily, the Mariner spacecraft were one of the first to carry a general purpose programmable onboard computer. All previous deep spacecraft had been hard wired. So JPL were able to re-program the onboard computer on the way by transmitting up a new program from the ground stations.In order that there would be redundant signals to start the spacecraft video recorders, 3 different systems were included. The first was to just transmit a record command from the ground station 17 minutes before expected arrival at Mars. The second was to program the on board computer to turn on the recorders at the correct time. The third system was rather novel. As mentioned before, the camera used an old style vidicon picture tube. The target current of a vidicon camera varies with the brightness of the scene being photographed. Normally the camera would be looking at the blackness of deep space. When the camera was in the correct position to photograph Mars, the scene brightness would change dramatically, producing a corresponding change in target current. The change in target current was used as the third and final signal to turn on the recorders. It took several weeks to re-plan the encounter phase, and then several weeks to transmit the new program up to the spacecraft because of the low bit rate of the link. But the mission was salvaged and everything went according to plan.
 | . منبع : Memoirs of a Space Engineer - On The Fly . دوگ ریکارد (Doug Rickard)، در تمام طول زندگی خود با کامپیوتر، الکترونیک و مخابرات سر و کار داشت. وی به مدت 11 سال مشاور شرکت تجهیزات الکترونیک (DOC) بود و در این مدت برای پروژههای بسیار متنوعی که از طریق DOC به او پیشنهاد میشد کار میکرد. از جمله دوگ در پروژه "شبکه عمق فضا" (Deep Space Network) که ایالات متحده آمریکا آن را در جنوب استرالیا و در شهری به نام وومرا (Woomera) اجرا کرده و استفاده میکرد شرکت داشت. بدین ترتیب بود که این مهندس فضایی درگیر هیجانانگیزترین مأموریت فضایی غیرسرنشیندار به مقصد ماه و مریخ شد. |
خاطره ای از دوگ که در ادامه خواهد آمد در طی مأموریت فضاپیمای مارینر-4 که از نزدیکی مریخ گذر کرد، اتفاق افتاده است. داستان این موضوع را با قلم دوگ ریکارد بخوانید.
در اواسط دهه 60، ناسا و آزمایشگاه پیشران جت تصمیم گرفتند که نخستین فضاپیمای بدون سرنشین خود را به مقصد مریخ آماده ساخته و به سمت سیاره سرخ اعزام نمایند. مارینر-3 اولین تلاش آنها برای نیل به این هدف بود که به دلیل مشکل فنی سادهای هرگز به مقصد نرسید. طراحان در ساخت دماغه مخروطی موشک حامل مارینر-3 از سازه جدیدی استفاده کرده بودند که از لانه زنبوری آلومینیومی به همراه لایههای فایبرگلاس ساخته شده بود. این پوشش جدید به صورت جداگانه در شرایط حاد گرمایی و محیط خلاء امتحان شده بود و از تمامی آزمایشات سربلند بیرون آمده بود. اما هیچگاه مهندسان طراح به فکر انجام یک آزمایش توأم برای گرمای بالا و خلاء زیاد نیفتاده بودند و همین اشتباه ساده، شکست یک مأموریت چند میلیون دلاری را رقم زد.
در زمان پرتاب، هنگامیکه گرما و خلاء با یکدیگر ظاهر شدند، گاز حبس شده در سلولهای سازه لانه زنبوری به قدری منبسط شد که پوشش فایبرگلاس طاقت از دست داد و انفجار کوچکی در دماغه موشک فضایی حامل فضاپیما پدید آمد. این موضوع باعث شد تا پوشش دماغه همچون پتویی تکه تکه شده و فضاپیما را در بر بگیرند. به دنبال آن پیچهای انفجاری که برای جدا کردن دو نیمه پوشش دماغه مورد استفاده قرار میگرفتند آتش گرفته و یا منفجر شدند، بنابراین پوشش از فضاپیما جدا نشد و به همین خاطر صفحات خورشیدی و آنتن بهره بالای مارینر-3 نیز نتوانستند باز شوند. وقتی صفحه خورشیدی در کار نباشد به این معنی است که باتریهای فضاپیما خیلی زود خالی شده و در نبود آنتن بهره بالا، کاوشگر فضایی مفهومی ندارد، چرا که قادر به ارسال هیچ گونه اطلاعاتی به مرکز کنترل زمینی نیست. به همین دلایل بود که مارینر-3 در همان قدم اول تبدیل به یک شکست بزرگ شد.
مارینر-4، فضاپیمای پشتیبان (نسخه دومی که معمولاً برای شرایط اضطراری ساخته میشود) مأموریت شکست خورده مارینر-3 بود که در نهایت خوشبختی با سازه قدیمی پوشیده شده بود. بدینسان دانشمندان قادر بودند که در تنها پنجره باز پروازی سفر به مریخ که تا یک ماه بعد از پرتاب مارینر-3 بود، دوباره شانس خود را امتحان کنند. اگر آنها این پنجره پرتاب را از دست میدادند میبایستی زمان نسبتاً طولانی را در انتظار موقیت پرتاب مناسب بعدی به انتظار مینشستند. آنها این شانس بزرگ را از دست نداده و مارینر-4 را به سمت مریخ پرتاب کردند. مارینر-4 با موفقیت به مدار تزریق شد و حرکت تاریخی خود را به سمت مریخ آغاز نمود.
مسیرهای گوناگونی برای رسیدن به مریخ وجود دارد كه بعضی از آنها سریعترین راه برای سفر به سیاره سرخ محسوب میشود و پارهای دیگر كمترین انرژی را برای رساندن محمولهای به آنجا نیاز دارند. برخی مسیرهای دیگر نیز وجود دارند كه هر كدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در آن زمان مشكل اساسی در ارسال كاوشگر به مریخ به توان موشكها و در نتیجه انرژی مورد نیاز برای پرتاب مربوط میشد. از این رو متخصصان پرتاب، مسیری بهینه از نظر انرژی را انتخاب كرده بودند. زمان لازم برای رسیدن به مریخ از این طریق حدود 8 ماه بود و در آن هنگام كاوشگر و مریخ، هر دو در سوی دیگر منظومه شمسی نسبت به خورشید قرار میگرفتند. این راه بسیار طولانی بود اما چاره دیگری برای سفر به مریخ وجود نداشت.
مارینر-4 به گونهای برنامهریزی شده بود كه به محض رسیدن به سیاره سرخ با دوربین دیجیتال ابتدایی خود شروع به عكاسی از آن نماید و تصاویر دیجیتالی حاصله را در نوارهای مغناطیسی مخصوصی ضبط کرده تا در فرصت مناسبی پس از گذر از كنار مریخ، آنها را برای ارسال به زمین دوباره پخش نماید. در واقع مریخ تنها برای 5 دقیقه در دید مارینر-4 قرار داشت كه بخش بزرگی از این زمان كوتاه را در پشت مریخ نسبت به زمین میگذراند. از این رو فرصت كافی برای عكاسی و ارسال همزمان آنها به زمین وجود نداشت. از سویی نوار مغناطیسی همراه كاوشگر محدود بود و از این رو مارینر-4 طوری برنامهریزی شده بود تا پس از اطمینان از بودن سیاره در میدان دید دوربین دستگاه ضبطكننده تصاویر روشن شده و اولین تصویر از سیاره سرخ را برای حافظه بشر ضبط نماید.
تنها 2 ماه تا رسیدن مارینر-4 به مریخ باقی مانده بود كه دانشمندان متوجه یك اشتباه بزرگ در برنامهریزی كاوشگر فضایی شدند. در برنامه اولیه قرار بود زمانی كه مریخ در دید دوربین كاوشگر قرار گرفت، سیگنالی برای ایستگاه زمینی ارسال شود تا فرمان برای ضبط تصاویر ارسال شود اما دانشمندان فراموش كرده بودند كه مدت زمان لازم برای دریافت سیگنال از آن موقعیت به زمین حدود 17 دقیقه طول میكشد و همین مقدار زمان نیز لازم است تا فرمان ایستگاه زمینی به كاوشگر برسد و همه این كارها قرار بود در 5 دقیقهای كه مارینر-4 از كنار مریخ میگذرد، انجام شود!!!
خوشبختانه این كاوشگر یكی از اولین فضاپیماهایی بود كه مجهز به كامپیوتر مركزی قابل برنامهریزی مجهز شده بود. تمامی كاوشگران قبلی از مدارهای الكتریكی غیر قابل برنامهریزی استفاده میكردند كه با توجه به مأموریت طراحی و ساخته میشدند. بنابراین دانشمندان در JPL قادر به بارگذاری برنامه جدیدی در كامپیوتر مركزی بودند كه باید از ایستگاه زمینی برای كاوشگر ارسال میشد. برای پرهیز از بروز خطا و اجتناب از خطر كار نكردن سیستم در شرایط خاص، سه روش متفاوت برای روشن كردن دستگاه ضبط تصاویر پیشبینی شده بود. اولی ارسال سیگنال فرمان از زمین بود كه قرار شده بود 17 دقیقه قبل از زمان پیشبینی شده برای گذر از كنار مریخ برای كاوشگر ارسال شود. در حالت دوم كامپیوتر مركزی كاوشگر برنامهریزی میشد تا در زمان پیشبینی شده آغاز گذر، ضبطكننده را روشن كند. اما سومین راه كمی نیاز به توضیح دارد و خود داستان جداگانهای است.
همانطور كه ذكر شد، كاوشگر از یك دوربین دیجیتالی ابتدایی برای عكاسی از مریخ استفاده میكرد. در این سیستمها با توجه به شدت نور دریافتی، جریانهای الكتریكی متفاوتی تولید میشود كه با بازخوانی آنها میتوان تصاویر در طولموجهای متفاوت به دست آورد. امروزه این فناوری تصویربرداری را CCD می نامند. انتظار می رفت كه ابزار نصب شده روی كاوشگر قبل از قرار گرفتن سیاره در دریچه دید آن تنها ظلمات و سیاهی فضا را رصد كند. قطعاً با رسیدن به مریخ و گذر سیاره از جلوی دوربین نصب شده روی مارینر-4، شدت جریان تولید شده توسط مدار دوربین تغییرات فاحشی را نشان میداد كه میتوانست معیار قابل قبولی برای آغاز به كار ضبطكنندههای دیجیتالی باشد. بدینسان تغییر زیاد شدت جریان دوربین به عنوان سومین سیگنال فرمان برای روشن شدن دستگاه ضبط تصاویر در نظر گرفته شد.
چند هفتهای طول كشید تا برنامه جدید برای مارینر-4 نوشته شود و از آنجایی كه در آن زمان نرخ ارسال و دریافت اطلاعات بسیار پایین بود، زمانی طولانی نیز وقت برد تا برنامه جدید برای كاوشگر ارسال شود. سرانجام مأموریت از شكست حتمی نجات یافت و همه چیز طبق برنامه پیش رفت. اما تا زمانیكه اولین تصویر از مریخ دریافت شود، به وضوح میشد ترس و واهمه از شكست را در چهره تكتك دانشمندان و متخصصان مركز كنترل این مأموریت فضایی دید.
دوگ ریکارد سرانجام در روز سهشنبه، هفتم می 2002 بر اثر سرطان مغز استخوان درگذشت. بی شک فقدان این مهندس فضایی پیشرو، ضایعه بزرگی برای جامعه فضایی استرالیا محسوب میشود.
. شهرام یزدان پناه، پژوهشگر دانش و فناوری فضایی .
برای کسب اطلاعات بیشتر منابع زیر را مطالعه فرمایید:
... مارینر-4
... کاوشهای مریخی
خواندن ماجراهای زیر را نیز به شما توصیه میکنیم:
... یك داستان : اولین تصویر ارسالی از مریخ چگونه بازیابی شد
... فضانوردی که غرور، او را روتوش کرد!!
... به زمین بازگردید، مأموریت انجام نشدنی است!