آزمون سخت فرودگر قمری گریفین پیش از سفر به قطب جنوب ماه

گذر از دشوارترین آزمون‌های زمینی

هر فضاپیمایی که بخواهد از زمین به سطح ماه سفر کند، پیش از پرتاب باید از آزمونی عبور کند که به‌راستی می‌توان آن را «جهنم زمینی» نامید. فرودگر رباتیک گریفین-۱ (Griffin-1) متعلق به شرکت وویجر تکنولوژیز، به‌تازگی مجموعه‌ای از این آزمون‌ها را در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در جنوب کالیفرنیا پشت سر گذاشته است. این فضاپیما در اتاقک شبیه‌ساز فضایی به قطر ۷٫۶ متر قرار گرفت و شرایطی برایش بازسازی شد که از لحظه پرتاب تا تماس چرخ‌هایش با خاک ماه تجربه خواهد کرد: دمای بسیار بالا و بسیار پایین، لرزش‌های شدید و حتی امواج صوتی پرقدرت.

نتیجه، به گفته ناسا، موفقیتی کامل بود. اهمیت این خبر در آن است که گریفین-۱ نخستین مأموریت این فرودگر به ماه است و قرار است در ماه‌های آینده پرتاب شود.

آزمون محیطی دقیقاً چه چیزی را می‌سنجد؟

شاید تصور کنیم آزمون یک فضاپیما یعنی روشن کردن دستگاه‌ها و بررسی کارکرد مدارها. اما آزمون محیطی چیز دیگری است: پرسش اصلی این است که آیا سازه، اتصالات، عایق‌ها و ابزارها در شرایط واقعی دوام می‌آورند یا نه.

سه دسته آزمون اصلی انجام می‌شود. نخست، آزمون حرارتی-خلأ (Thermal Vacuum Test): فضاپیما در اتاقکی بسته قرار می‌گیرد که هوای آن تخلیه شده است، و با لامپ‌های پرقدرت و صفحات سردکننده، تابش شدید خورشید در یک سو و سرمای فضا در سوی دیگر شبیه‌سازی می‌شود. در خلأ، سازوکار انتقال گرما تغییر می‌کند؛ دیگر جریان هوا برای خنک کردن قطعات وجود ندارد و تنها راه دفع گرما، تابش است. اگر طراحی حرارتی درست نباشد، یک قطعه ساده می‌تواند به دمایی برسد که مدارهایش را از کار بیندازد.

دوم، آزمون لرزش (Vibration Test): فضاپیما روی میزی قرار می‌گیرد که آن را با شدت تکان می‌دهد تا تنش‌های مکانیکی لحظه پرتاب بازسازی شود. موشک حامل در چند دقیقه نخست، شتاب و ارتعاشی تولید می‌کند که می‌تواند پیچ‌ها را شل کند یا اتصال یک برد الکترونیکی را بشکند. تشبیه ساده آن، زمین‌لرزه‌ای است که سازه‌ای چند صد کیلوگرمی را در چند جهت همزمان می‌لرزاند.

سوم، آزمون صوتی (Acoustic Test): این بخش برای بسیاری شگفت‌انگیز است. صدای موشک هنگام پرتاب چنان پرقدرت است که به‌تنهایی می‌تواند به سازه آسیب بزند؛ امواج صوتی فشار مکانیکی وارد می‌کنند. در این آزمون، فضاپیما در اتاقکی با بلندگوهای بسیار نیرومند قرار می‌گیرد و در معرض میدان صوتی شدید قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود پنل‌های نازک و صفحات خورشیدی در برابر این فشارها مقاوم‌اند.

میراثی از دهه ۱۹۶۰

آزمایشگاه آزمون محیطی JPL از دهه ۱۹۶۰ و در چارچوب برنامه رنجر (Ranger) فعال بوده است؛ همان برنامه‌ای که نخستین تصاویر نزدیک از سطح ماه را به دست داد. یعنی سازوکار آزمون‌هایی که گریفین-۱ امروز از آن‌ها بیرون آمده، نیم قرن است که در حال تکامل است. نکته مهم این است که در چارچوب برنامه خدمات باربری تجاری ماه (Commercial Lunar Payload Services یا CLPS)، ناسا نقش «مشتری و ناظر فنی» را بازی می‌کند و شرکت‌های خصوصی مسئول ساخت و پرواز هستند؛ اما زیرساخت آزمون و تجربه چند دهه‌ای همچنان در اختیار آن‌ها قرار می‌گیرد.

چرا قطب جنوب ماه؟

گریفین-۱ قرار است حدود ۴۵۵ کیلوگرم محموله را نزدیک قطب جنوب ماه فرود آورد. این انتخاب تصادفی نیست. در دهانه‌های برخوردی این منطقه، مناطقی وجود دارد که هرگز نور خورشید به آن‌ها نمی‌تابد؛ به این نواحی «دهانه‌های سایه دائمی» می‌گویند و دمایشان می‌تواند به ده‌ها درجه زیر صفر برسد. شواهد نشان می‌دهد در همین سایه‌های سرد، یخ آب انباشته شده است.

آب برای اکتشاف فضایی کالایی گران‌بهاست. حمل هر کیلوگرم آب از زمین هزینه‌ای گزاف دارد؛ اما اگر آب در ماه یافت شود، می‌توان از آن هم آب آشامیدنی و هم — با تجزیه به هیدروژن و اکسیژن — سوخت و اکسیژن تنفسی تولید کرد. به همین دلیل قطب جنوب ماه به هدف اصلی اکتشافات رباتیک و سرنشین‌دار تبدیل شده است.

در سوی دیگر، همین منطقه چالش‌های مهندسی سختی دارد: خورشید در آنجا همیشه نزدیک افق است و سایه‌های بسیار بلند ایجاد می‌کند؛ بنابراین تأمین پیوسته انرژی خورشیدی دشوار است. فرود هم سخت‌تر است، زیرا نور کم و سایه‌های عمیق، سنجش ارتفاع و تشخیص موانع را برای سیستم‌های فرود مختل می‌کند.

محموله‌ای که روی ماه آزمایش می‌شود

در محموله گریفین-۱، آزمایش‌های علمی و فناوری‌های تازه‌ای جای گرفته است؛ از جمله مریخ‌نورد FLIP ساخت شرکت Astrolab. نکته قابل توجه این مریخ‌نورد، رایانه پرتوانی است که روی آن نصب شده است. در محیط ماه، پرتوهای کیهانی و ذرات پرانرژی به‌راحتی می‌توانند حافظه و مدارهای الکترونیکی را دچار اختلال کنند؛ پدیده‌ای که به آن «خطای نرم» (Soft Error) می‌گویند و می‌تواند یک بیت داده را بی‌صدا تغییر دهد. به همین دلیل، طراحی رایانه‌های فضایی بر مقاوم‌سازی در برابر پرتو (Radiation Hardening) و سامانه‌های تحمل خطا استوار است. آزمون چنین سخت‌افزاری در محیط واقعی ماه، داده‌هایی به دست می‌دهد که هیچ اتاق آزمون زمینی نمی‌تواند بازتولید کند.

چرا این مأموریت اهمیت دارد

ناسا قصد دارد در حدود نیم دهه آینده پایگاهی سرنشین‌دار نزدیک قطب جنوب ماه بسازد. پیش از حضور انسان، باید بدانیم آن زمین چگونه است: خاکش چه رفتاری دارد، ذرات گرد و غبار ماه چگونه به سطوح می‌چسبند و به تجهیزات آسیب می‌زنند، و آیا منابع یخی واقعاً در دسترس‌اند. هر فرودگر رباتیک در برنامه CLPS، در واقع یک «پیش‌آزمون» برای آن هدف بزرگ‌تر است.

نکته آموزنده ماجرا این است که اکتشاف فضایی پیش از آنکه با پرتاب موشک آغاز شود، در اتاقک‌های آزمون آغاز می‌شود. تصویری که فرودگر را درون شبیه‌ساز فضایی نشان می‌دهد، صحنه‌ای کمتر دیده‌شده اما تعیین‌کننده است: جایی که مهندسان پیش از آنکه ماه تصمیم بگیرد، تصمیم می‌گیرند فضاپیما آماده است یا نه.