استارشیپ و چالش‌های سفر انسانی به ماه و مریخ

از طرح مفهومی تا پرواز مداری استارشیپ (Starship) سامانه پرتاب سنگینی است که شرکت اسپیس‌اکس (SpaceX) آن را با هدف انتقال محموله و سرانجام انسان به ماه و مریخ توسعه می‌دهد. نخستین طرح بزرگ این سامانه در سال ۲۰۱۶ با نام «سامانه انتقال بین‌سیاره‌ای» (Interplanetary Transport System) معرفی شد. در آن زمان، استفاده از الیاف کربن برای ساخت بدنه پیشنهاد شده بود؛ اما در ادامه، طراحی به سوی فولاد زنگ‌نزن (stainless steel) تغییر کرد. نمونه‌های اولیه از سال ۲۰۱۹ پروازهای کوتاه خود را از پایگاه اسپیس‌اکس در تگزاس آغاز کردند. سامانه کنونی از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود: بوستر سوپر هوی (Super Heavy) که مرحله نخست و بسیار نیرومند پرتاب است، و بخش بالایی موسوم به شیپ (Ship) که می‌تواند محموله را به مدار برساند و در مأموریت‌های آینده، نقش فضاپیمای بین‌سیاره‌ای را بر عهده بگیرد. این دو بخش برای استفاده مجدد طراحی شده‌اند. استفاده مجدد اهمیت اقتصادی زیادی دارد، زیرا در موشک‌های یک‌بارمصرف، بخش بزرگی از هزینه پس از هر پرتاب از بین می‌رود. پرواز کامل این سامانه نخستین بار در آوریل ۲۰۲۳ انجام شد، اما در چند دقیقه نخست پایان یافت. پروازهای بعدی به تدریج به ارتفاع‌های بیشتر رسیدند و هرکدام داده‌های تازه‌ای درباره موتور، جدایش مراحل، کنترل پرواز و بازگشت به جو فراهم کردند. در یکی از آزمایش‌ها، بازوی مکانیکی برج پرتاب توانست بوستر بازگشتی سوپر هوی را در نزدیکی سکوی پرتاب مهار کند. چنین آزمایش‌هایی نشان می‌دهند که توسعه استارشیپ بر چرخه‌ای از ساخت، پرواز، جمع‌آوری داده و اصلاح طراحی استوار است. ## چرا استارشیپ برای ماهواره‌ها اهمیت دارد؟ هدف اولیه کنونی استارشیپ الزاماً سفر به مریخ نیست. این سامانه می‌تواند ماهواره‌های بزرگ‌تر و سنگین‌تری را نسبت به موشک‌های پیشین به مدار ببرد. شبکه استارلینک (Starlink) اکنون از هزاران ماهواره تشکیل شده است، اما ماهواره‌های نسل سوم آن جرم و ابعاد بیشتری دارند و پرتاب اقتصادی آنها به وسیله موشکی با ظرفیت بسیار بالا آسان‌تر خواهد بود. این موضوع نمونه‌ای از رابطه میان توانایی فنی و اقتصاد فضایی است. برای آنکه یک سامانه بین‌سیاره‌ای در آینده عملی شود، باید نرخ پرتاب بالا، هزینه هر پرتاب پایین و قابلیت اطمینان قابل قبول داشته باشد. درآمد حاصل از پرتاب ماهواره می‌تواند منابع لازم برای توسعه فناوری‌های پیچیده‌تر، از جمله مخازن سوخت مداری و فضاپیماهای سرنشین‌دار، را فراهم کند. به همین دلیل، برخی کارشناسان استارشیپ را بیش از آنکه صرفاً یک وسیله برای مریخ بدانند، زیرساختی تجاری برای کاهش هزینه دسترسی به مدار زمین تلقی می‌کنند. ## سوخت‌رسانی در فضا؛ پمپ‌بنزین مداری رسیدن به مدار زمین تنها یکی از مراحل سفر به ماه یا مریخ است. استارشیپ برای حرکت در مسیرهای دورتر، به مقدار بسیار زیادی پیشران نیاز دارد. بخش مهمی از این پیشران در زمان پرتاب مصرف می‌شود؛ بنابراین فضاپیما باید در مدار زمین دوباره سوخت‌گیری کند. طرح پیشنهادی شامل پرتاب چند فضاپیمای تانکر است. این تانکرها سوخت را به یک مخزن یا انبار مداری منتقل می‌کنند و فضاپیمای اصلی، پیش از حرکت به سوی ماه یا مریخ، از آن استفاده خواهد کرد. این سامانه را می‌توان به «پمپ‌بنزین در فضا» تشبیه کرد، اما تفاوت‌های آن بسیار بنیادی است. سوخت‌های مورد استفاده، مانند اکسیژن مایع (liquid oxygen) و متان مایع (liquid methane)، باید در دماهای بسیار پایین نگهداری شوند. اکسیژن مایع در حدود منفی ۱۸۳ درجه سلسیوس و متان مایع در دمایی پایین‌تر از دمای انجماد آب قرار دارند. در مدار، انتقال مایع در شرایط بی‌وزنی نیز دشوار است. روی زمین، گرانش مایع را در کف مخزن جمع می‌کند و پمپ می‌تواند آن را به آسانی برداشت کند. اما در بی‌وزنی، مایع به شکل قطره‌ها و توده‌های پراکنده حرکت می‌کند و گاز و مایع ممکن است در جای نامناسبی کنار هم قرار گیرند. مهندسان باید با استفاده از فشار، پمپ‌ها، ساختار داخلی مخزن و کنترل دقیق وضعیت فضاپیما، انتقالی پایدار و بدون اتلاف انجام دهند. اسپیس‌اکس در یکی از پروازهای آزمایشی توانست اکسیژن مایع را میان دو مخزن درون یک فضاپیما جابه‌جا کند. این آزمایش گامی مهم بود، اما انتقال سوخت میان دو فضاپیمای جداگانه و پر کردن یک انبار مداری، مسئله‌ای بسیار پیچیده‌تر است. تا زمانی که این فناوری در مقیاس بزرگ آزمایش نشود، نمی‌توان سفرهای عملی به ماه یا مریخ را برنامه‌ای نزدیک دانست. ## ماه به‌عنوان میدان آزمایش ناسا استارشیپ را برای فرود فضانوردان در مأموریت‌های برنامه آرتمیس (Artemis) انتخاب کرده است. ماه در مقایسه با مریخ به زمین بسیار نزدیک‌تر است؛ ارتباط با آن تقریباً آنی نیست، اما تأخیر ارتباطی بسیار کم‌تر از مریخ است و عملیات نجات یا ارسال تجهیزات نیز آسان‌تر خواهد بود. از این رو، ماه می‌تواند میدان آزمایشی مناسبی برای موتورهای فرود، سامانه‌های سوخت‌رسانی، تجهیزات سطحی و روش‌های کار فضانوردان باشد. بااین‌حال، فرود روی ماه نیز ساده نیست. استارشیپ باید پس از پرتاب در مدار سوخت‌گیری کند، در مسیر ماه حرکت کند، در مدار ماه قرار گیرد و با دقت زیاد بر سطحی بدون جو قابل توجه فرود بیاید. در مأموریت بازگشت، باید دوباره از سطح ماه بلند شود و به مسیر بازگشت به زمین وارد شود. هر مرحله به سامانه‌های مستقل و قابل اطمینان نیاز دارد. ## چرا مریخ دشوارتر است؟ مریخ جو بسیار رقیقی دارد؛ بنابراین نه برای فرود کاملاً شبیه زمین کافی است و نه مانند ماه می‌توان آن را تقریباً نادیده گرفت. فضاپیما باید با سپر حرارتی (heat shield) در برابر گرمای ورود به جو مقاومت کند، سپس با موتورهای خود سرعت را کاهش دهد و در سطحی ناهموار فرود بیاید. بازگشت از مریخ نیز به تولید یا ذخیره سوخت در آن سیاره نیاز خواهد داشت. پنجره پرتاب مناسب به سوی مریخ تقریباً هر ۲۶ ماه یک‌بار رخ می‌دهد. دلیل این فاصله، آرایش نسبی زمین و مریخ و نیاز به استفاده از مسیرهایی با انرژی کم‌تر است. اگر یک مأموریت در زمان مناسب پرتاب نشود، فرصت بعدی ممکن است بیش از دو سال بعد فراهم شود. پنجره بعدی مهم برای چنین انتقالی در اواخر سال ۲۰۲۸ و اوایل ۲۰۲۹ پیش‌بینی شده است. سفر انسانی به مریخ علاوه بر مسائل پرتاب، به سامانه پشتیبان حیات، حفاظت در برابر تابش کیهانی، تأمین آب و غذا، مدیریت پسماند و محل زندگی مقاوم نیاز دارد. فضانوردان ممکن است ماه‌ها در مسیر باشند و پس از رسیدن نیز باید مدت طولانی در محیطی سرد، خشک و کم‌فشار زندگی کنند. بنابراین نخستین مأموریت‌های مریخی احتمالاً بدون سرنشین خواهند بود و برای سنجش عملکرد سامانه‌ها، انتقال تجهیزات و یافتن منابع محلی انجام می‌شوند. ## چشم‌انداز آینده استارشیپ در ده سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته، اما فاصله میان رسیدن به مدار و انجام یک مأموریت انسانی بین‌سیاره‌ای همچنان زیاد است. این سامانه باید پروازهای متعدد و قابل تکرار انجام دهد، بازگشت سالم هر دو مرحله را نشان دهد، انتقال سوخت برودتی را در مدار به‌طور عملی اثبات کند و سامانه‌های لازم برای انسان را توسعه دهد. اهمیت استارشیپ فقط در اندازه آن نیست. این پروژه می‌کوشد مجموعه‌ای از فناوری‌ها را در یک معماری واحد گرد هم آورد: موتورهای پرتوان، سازه سبک و مقاوم، استفاده مجدد، سوخت‌رسانی مداری و عملیات طولانی‌مدت در فضا. اگر این فناوری‌ها با قابلیت اطمینان و هزینه مناسب عملی شوند، دسترسی انسان و محموله‌های علمی به ماه و سپس مریخ آسان‌تر خواهد شد. بااین‌حال، زمان دقیق رسیدن به مریخ را نه وعده‌های تبلیغاتی، بلکه نتایج آزمایش‌های فنی و توانایی حل همین چالش‌های بنیادی تعیین خواهد کرد.