تلسکوپهای فضایی به لطف طراحی‌های جدید بر قابلیت “سرویس‌دهی پایدارتر” متمرکز می‌شوند. اکنون نیز محققان یک برنامه تعمیر و نگهداری برای رصدخانه‌های فضایی آینده ایجاد کرده‌اند و از مأموریت‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب و گایا (آژانس فضایی اروپا) اطلاعاتی را به دست آورده‌اند. برای آشنایی بیشتر با این استراتژی مبتکرانه با اِروتِک همراه باشید.
زیگفرید اگل، استاد مهندسی هوافضا در کالج مهندسی گرینگر دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign توضیح می‌دهد:
اگرچه در نسل‌های بعدی تلسکوپهای فضایی بزرگ با در نظر گرفتن قابلیت سرویس‌دهی طراحی می‌شوند، اما چالش‌های بزرگی برای اجرای آن وجود دارد.
چالش های سرویس دهی تلسکوپهای دور
یکی از چالش‌های اصلی فاصله است. تلسکوپهای مدرن در نقطه لاگرانژی L2 خورشید-زمین، تقریباً یک میلیون مایل از زمین فاصله دارند. اگرچه این مکان با زمین همگام است و آن را تا حدودی قابل دسترسی‌تر کرده، اما فاصله بسیار زیاد، حمل و نقل را هم زمان‌بر و هم پرهزینه‌تر می‌کند. علی‌رغم این چالش‌ها، نقطه لاگرانژی L2، محیطی آرام و کم تداخل را ارائه می‌دهد که به‌طور قابل‌توجهی تأثیر ماموریت‌هایی مانند Gaia را افزایش خواهد داد، اگل معتقد است این نتایج تلاش‌های ما را توجیه می‌کنند.
اگل گفت:
گایا مانند یک استوانه در حال چرخش با پنل خورشیدی است که در حالت محصور شده قرار دارد، بنابراین آسیب ندیده، اما پس از یک دهه، سوخت آن کم شده است. روتویک بومنا یک مفهوم جدید را طراحی کرد تا نوعی پیوند عنکبوت مانند را اضافه کند که می‌تواند عمر آن را بدون ایجاد مانع در جمع‌آوری داده‌ها افزایش دهد. گایا به زودی از رده خارج خواهد شد، بنابراین زمان کافی برای رسیدن به آن وجود ندارد، اما کمک به جیمز وب ممکن است این کار همچنان امکان‌پذیر باشد زیرا چندین سال دیگر کار خواهد کرد و ممکن است تصمیم بگیرند که ماموریت خود را طولانی کنند.
او توضیح داد:
تلسکوپ جیمز وب دارای آینه‌های بدون محافظ و قطعه‌بندی‌شده است که برخی از آنها قبلاً در اثر برخورد میکروشهاب‌سنگ‌ها آسیب دیده‌اند. کل سطح آینه جیمز وب شش متر قطر دارد. تلسکوپ بزرگ بعدی تقریباً دو برابر این اندازه خواهد بود.
ما سعی می‌کنیم یک قدم جلوتر بمانیم، بنابراین برنامه‌ای برای جایگزینی آینه‌های شکسته وجود دارد. اگر این کار را نکنیم، مثل خرید یک ماشین اسپورت گران‌قیمت است که بعد از تمام شدن بنزین آن را دور بیندازیم!
عملیات نزدیک شدن ایمن؛ اجتناب از آسیب!
جنبه دیگری که روتویک بومنا بر روی آن کار می‌کند، عملیات نزدیک شدن ایمن است.
بومنا گفت:
سفینه‌ای که برای تعمیر یا سوخت‌گیری یک تلسکوپ فرستاده می‌شود، باید هنگام رسیدن به آن ترمز کند. استفاده از رانشگرها برای کاهش سرعت، مانند نشان دادن یک مشعل دمنده به سمت تلسکوپ است. شما نمی‌خواهید این کار را با یک ساختار ظریف مانند یک آینه تلسکوپی انجام دهید. چگونه بدون به آتش کشیدن همه چیز به آنجا برسیم؟!
رابین وولندز، که همچنین استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه ایلینویز است، گفت یکی از اهداف اصلی آنها با این کار، یافتن مسیری برای رسیدن به آنجا به‌صورت ارزان و بدون اتکا به راکت‌های بزرگ و البته مقرون‌به‌صرفه است.
خوشبختانه، به دلیل برخی از بزرگراه‌های پنهان در منظومه شمسی، رسیدن به آنجا امکان‌پذیر خواهد بود. ما مسیری داریم که برای اندازه فضاپیمای مورد نیاز برای تعمیر جیمز وب بهینه است.
تکنیک‌های جدید برای طراحی مسیر
الکس پاسکارلا، دانشجوی دکتری، تکنیک جدیدی را برای نمونه‌برداری سریع از فضای راه‌حل توسعه داده که می‌تواند زمان محاسبات را کوتاه کند.
پاسکارلا گفت:
نوآوری در اینجا است که چگونه ما دو رویکرد مجزا را برای طراحی مسیر گرد هم آورده‌ایم: نظریه سیستم@های دینامیکی و نظریه کنترل بهینه.
او گفت:
رویکرد سنتی برای طراحی مسیر در سیستم‌های چند بدنه مانند سیستم خورشید-زمین، بر محاسبه منیفولدهای ثابت یک مدار متکی است (منیفولدها مسیرهایی در فضا هستند که به طور طبیعی فضاپیما را به مدار معین هدایت می‌کنند). این یک رویکرد عالی است که برای چندین دهه با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است، هم در تحقیقات دانشگاهی و هم در برنامه های کاربردی زندگی واقعی.
پاسکارلا ادامه داد:
زمانی که بخواهید به جای رسیدن به مدار هدف، با یک فضاپیمای هدف در مکانی خاص در فضا/زمان قرار ملاقات بگذارید، محاسبات کمی چالش‌برانگیز می‌شود و با یک فضاپیمای کم رانش روبه‌رو هستید که موتور آن برای مدت طولانی کار می‌کند نه فضاپیمایی با رانشگرهای قوی‌تر که با انفجارهای کوتاه فعالیت می‌کند و پیش از آن با آنها سر و کار داشتیم.
تکنیک ما بر اساس یک ایده کمی متفاوت از قبل است. ابتدا فضای محلول را با انتشار نمونه‌ای از راه‌حل‌ها چه بدون هیچ نیروی رانش یا با یک قانون کنترل رانش بسیار ساده، بررسی کرده و به میزان نزدیکی آنها به مقصد مورد نظرمان توجه می‌کنیم.
او اضافه کرد:
از آنجایی که نوع مداری که در تلاش برای رسیدن به آن هستند، منیفولدهای جدید ایجاد می‌کند، آنها می‌دانند که حداقل برخی از حدس‌های اولیه آنها به مدار مورد نظر نزدیک خواهد شد.
پاسکارلا گفت:
بعد از ایجاد نقشه راه‌حل‌های اولیه، از تئوری کنترل بهینه برای ایجاد مسیرهای بهتر استفاده می‌کنیم. کنترل بهینه به ما امکان می‌دهد مسیرهایی را پیدا کنیم که از نزدیکی زمین عبور کرده و در کمترین زمان با تلسکوپ فضایی خود ملاقات می‌کنند. نمونه‌برداری اولیه از فضای راه حل اساسی است. حل مسائل کنترل بهینه بسیار دشوار است، بنابراین ما به یک حدس اولیه مناسب برای کار نیاز داریم.
به سوی اجرای عملی
اگل گفت که طرح تعمیر/سوخت‌گیری گایا یک طرح کامل است که می‌تواند اجرا شود. البته برای تلسکوپ جیمز وب، مهندسی بسیار بیشتری مورد نیاز است.
منبع: Scitechdaily
