تويت
حلم رواد علماء الفضاء في أوائل القرن العشرين من أمثال (هيرمان أوبيرث – Hermann Oberth و كونستانتين تسيولكوفسكي – Konstantin Tsiolkovsky وأيضًا هيرمان نوردونغ – Hermann Noordung وفيرنر فون براون – Wehrner von Braun) بمحطات فضائية كبيرة تدور حول الأرض كنقطة انطلاق لاستكشاف الفضاء الخارجي، تكون شبيه بالحصون التي انطلق منها المغامرون لاستكشاف المناطق الغربية غير المعروفة من الولايات المتحدة.
كان ويرنر فون براون، مهندس برنامج الفضاء الأمريكي، وكان من ضمن رؤيته برنامج إنشاء محطات فضائية, عمل براون مع رسامين ساعدوا برسوماتهم في مقالات بروان لكي يتخيل الجمهور محطات الفضاء ويزداد اهتمامهم باستكشاف الفضاء, الأمر الذي كان ضروريًا لإنشاء برنامج الفضاء الأمريكي (للمزيد انظر كيف عمل سباق الفضاء).
عمل الناس وعاشوا في تلك المحطات التي تم تخيلها, حيث كانت معظم هياكل هذه المحطات تشبه العجلات التي تدور حول نفسها لتوفير الجاذبية الاصطناعية.
ومثل أي ميناء عادي, فقد كانت سفن الفضاء تسافر من وإلى تلك المحطات.
حاملة البضائع والركاب والإمدادات من الأرض, ومغادرة إلى القمر والمريخ وما بعده.
وكما هو معلوم فإن فكرة محطات الفضاء لم تعد مجرد تخيلات للعلماء والفنانين وكتب الخيال العلمي.
فما هي الخطوات التي اتخِذَت لبناء تلك المحطات الفضائية؟
رغم أن البشرية لم تحقق بعدُ رؤى وييرنر فون براون, لكنها قامت بخطوات كبيرة في طريق تحقيق رؤيته على أرض الواقع.
امتلكت الولايات المتحدة وروسيا محطات فضائية مدارية منذ عام 1971, وهيَ محطتا سايلوت ومير الروسيتان، ومحطة سكاي لاب الأمريكية، التي تعد من أوائل برامج محطات الفضاء في العالم.
ومنذ عام 1998 قامت الولايات المتحدة وروسيا ووكالة الفضاء الأوروبية واليابان وبلدان أخرى ببناء وتشغيل محطة الفضاء الدولية (ISS) في مدار حول الأرض ومع محطة (ISS) استمر الوجود البشري في الفضاء الخارجي لما يزيد عن 10 سنوات.
في هذه المقالة سنلقي نظرة على أولى محطات الفضاء, وأيضًا سنستعرض أهم فوائد محطات الفضاء، وما هو الدور المرتقب لمحطات الفضاء في استكشاف الفضاء الخارجي في المستقبل, ولكن بداية دعونا نعرف، لماذا يرغب الناس ببناء محطات الفضاء؟
لماذا يجب علينا بناء محطات الفضاء؟
منظر خارجي لمحطة الفضاء (sphere) حيث ستكون المحطة هي مكان للسكن
هنالك العديد من الأسباب لبناء محطات الفضاء, مثل البحوث، الصناعة، الاستكشاف، وحتى السياحة.
لقد ركزت محطات الفضاء الأولى على دراسة تأثير انعدام الوزن على جسم الإنسان, وذلك في حال غامر رواد الفضاء بالسفر إلى المريخ أو إلى أي كوكب آخر, لذا وجب معرفة تأثير تعرض جسم الإنسان للجاذبية الضعيفة وذلك على مدى أشهر أو حتى سنوات.
محطات الفضاء هي المكان المناسب لإجراء أبحاث علمية متطورة في بيئة لا مثيل لها على كوكب الأرض.
على سبيل المثال فإن الجاذبية تؤثر على الطريقة التي تتبعها الذرات عند تشكيلها البلورات.
ضمن مجال الجاذبية الضعيفة, يمكن أن تتشكل بلورات شبه مثالية, إن هذه البلورات ستساعد على تحقيق تقدم في مجال تصنيع أشباه الموصلات، التي ستؤدي إلى صناعة حواسيب أسرع، وأدوية أكثر كفاءة في علاج الأمراض.
هنالك تأثيرٌ آخر للجاذبية يتجلى في تشكيل تيارات الحمل الحراري للهب, والتي تؤدي إلى تشكل لهب غير مستقر, مما يصعب إجراء دراسات حول عملية الاحتراق.
وعند التعرض للجاذبية الضعيفة فإنه يمكننا ببساطة إبطاء حركة تيارات الحمل الحراري للَّهب مما يسهل دراسة الاحتراق, والتي ستؤدي إلى فهم أعمق لعملية الاحتراق.
الذي سيقود إلى إنجاز تصاميم أكثر تقدمًا للأفران كما سيساهم في تخفيض تلوث الهواء عن طريق تحقيق احتراق أكثر كفاءة.
ومن الأعلى, توفر محطات الفضاء مشاهد فريدة من نوعها تساعد على دراسة الطقس والغطاء النباتي والمحيطات والغلاف الجوي للأرض, بالإضافة إلى ذلك وباعتبار أن محطات الفضاء تقع فوق الغلاف الجوي للأرض, فإن ذلك يمنحنا الفرصة لاستخدامها كمراصد فلكية مؤهلة ترصد السماء بدون أن تتأثر بتشويش الرؤية الذي يسببه الغلاف الجوي للأرض, أيضًا يمكننا استخدام محطات الفضاء كفنادق فضائية, حيث يمكن لشركة خاصة مثل فيرجين غالاكتيك نقل السياح إلى الفنادق الفضائية للقيام بزيارات قصيرة أو حتى للإقامة لمدة طويلة, ويمكن للمنشآت السياحية الكبيرة في الفضاء أن تقوم بوظيفة موانئ فضائية للانطلاق في رحلات فضائية إلى الكواكب والنجوم أو حتى إلى مدن فضائية جديدة تساهم في تخفيف من حدة الانفجار السكاني في كوكب الأرض.
لقد علمنا بعد كل هذا الشرح الأسباب التي تدفعنا لبناء المحطات الفضائية, دعونا الآن نقوم بزيارة بعض المحطات الفضائية.
سنبدأ مع برنامج ساليوت الروسي، أول محطة فضائية.
روسيا – التي عُرِفت آنذاك بالاتحاد السوفيتي- هي أول من وضع محطة فضاء في المدار حول الأرض وكان اسمها ساليلوت 1, وقد دخلت المدار في عام 1971, وفي الحقيقة كانت عبارة عن دمج بين أنظمة مركبتي الفضاء ألماز و سويوز.
و كانت مركبة الفضاء ألماز مصممة خصيصًا للاستخدام العسكري, حيث أعيدَ تصميمها للاستخدام المدني, وكانت مهمة مركبة سويوز هي نقل رواد الفضاء من وإلى محطة الفضاء ساليلوت 1. كان طول محطة الفضاء ساليلوت 1 حوالي 45 قدم (15 متر), وضمت ثلاث حجرات تحتوي مناطق لتناول الطعام والترفيه، وتخزين المواد الغذائية والمياه، ومرحاض، ومحطات تحكم، ومعدات رياضية، ومعدات علمية.
وكان مقررًا أن يبدأ طاقم سويوز 10 بالعيش على متن سايلوت 1 ولكن لصعوبات واجهوها في عملية ارتباط سويوز 10 بالمحطة ساليلوت 1 لم يتحقق ذلك, حيث كان طاقم سويوز 11 أول طاقم يعيش بنجاح في ساليلوت 1 وذلك لمدة 24 يوم, ولكن النهاية المأسوية لطاقم سويوز 11 أثناء عودتهم إلى الأرض والتي أدت إلى مصرعهم نتيجة انخفاض الضغط أثناء رحلة العودة سببت إلغاء البعثات الأخرى إلى ساليلوت 1 وإعادة تصميم للمركبة سويوز.
بعد فاجعة سويوز 11 أطلق السوفييت محطة الفضاء ساليلوت 2 لكنها فشلت في الوصول إلى المدار, فأتبعها السوفييت بساليلوت 3-5. حيث تم اختبار التصميم الجديد لمركبة سويوز وعاشت أطقم بشرية ضمن هذه المحطات وذلك لفترات متزايدة.
ولكن وجود بوابة واحدة فقط ضمن المحطة سايلوت قادرة على الالتحام مع مركبة فضائية لنقل المؤن للمحطة كان أحد العوائق لزيادة مدة مكوث رواد الفضاء ضمن المحطة حيث لم يكن ممكنًا تزويد المحطة بالمؤن من قبل سفينة فضاء أخرى.
في 29 سبتمبر 1977، أطلق السوفيت ساليوت 6, التي احتوت على بوابة التحام ثانية تسمح للسفن التزود بالمؤن الآلية والتي تدعى بـ (Progress) بالالتحام بالمحطة وتزويد الطاقم بالمؤن اللازمة, استمرت ساليوت 6 بالدوران حول الأرض بين عامي 1977 و1982.
ثمَّ تم استبدالها بساليوت 7 والتي كانت آخر محطات الفضاء ضمن برنامج ساليوت واستضافت المحطة 11 طاقم وبلغ مدة بقاء الطواقم فيها 800 يوم.
وقد ساهم برنامج ساليوت بتطوير محطة مير الفضائية الروسية والتي سنتحدث عنها بعد قليل.
ولكن دعونا أولًا، دعونا نلقي نظرة إلى أول محطة فضائية أمريكية: سكاي لاب.
سكيلاب: أول محطة فضاء أمريكية
سكاي لاب 1 في المدار بعد الإصلاح, لاحظ مظلة الحماية الذهبية
أطلقت الولايات المتحدة أول محطة فضائية لها إلى المدار وكانت تدعى وتسمى سكاي لاب 1، وحدث أثناء عملية الإطلاق أن تضرر أحد دروع المحطة ضد النيازك, وتمزقت إحدى ألواح الطاقة الشمسية, بينما لم تتمكن لوحة الطاقة الشمسية الأخرى من الانفتاح بشكل كامل, مما تسبب في انخفاض الطاقة الكهربائية في المحطة وارتفاع درجة الحرارة داخل المحطة إلى 126 درجة فهرنهايت (52 درجة مئوية).
انطلق الطاقم الأول للمحطة سكيلاب 2 وذلك بعد 10 أيام لإصلاح المحطة وتألف الطاقم من قائد الرحلة تشارلز “بيت” كونراد، بول ويتز وجوزيف كيروين.
حيث قام الطاقم بفتح لوحة الطاقة الشمسية بشكل كامل, وركبوا مظلة لتبريد المحطة, ومع قيامهم بإصلاح المحطة أجرى الطاقم تجارب علمية وطبية وبلغت مدة مكوث الطاقم 28 يوم.
استضافت محطة سكاي لاب 3 أطقم من رواد الفضاء, حيث تألف طاقم سكاي لاب 3 من القائد آلان بين ورواد الفضاء جاك لوسما وأوين غاريوت.
الذينَ قضوا 59 يوم في الفضاء, بينما تألف آخر طاقم لمحطة سكاي لاب 4 من القائد جيرالد كار ورواد الفضاء وليام بوج وإدوارد جيبسون.
وقضوا 84 يوم في المدار, أجروا خلالها بعض التجارب وقاموا بتصوير المذنب كوهوتك.
لم يكن مقررًا أن تصبح سكاي لاب موطن فضائي دائم, وإنما محطة اختبار تمكن الولايات المتحدة من تجربة تأثير الرحلات الفضائية الطويلة على جسم الإنسان (أي مدة أسبوعين وهي المدة المطلوبة لرحلة إلى القمر).
وبعد انتهاء مهمة الطاقم الثالث تم التخلي عن سكاي لاب, حيث بقي في المدار إلى أن سبب نشاط شمسي قوي انحراف في مدارها مما أدى إلى سقوطها واحتراقها فوق استراليا في عام 1979.
مير: أول محطة فضائية دائمة.
محطة الفضاء مير وهي متصلة بمكوك الفضاء
في عام 1986 أطلق الروس محطة مير الفضائية والتي كان الهدف منها أن تكون موطن فضائي دائم, وقد كان أول طاقم للمحطة رواد الفضاء ليونيد كيزيم وفلاديمير سولوفيوف، وهم من طاقم ساليوت 7، و قضوا 75 يوم على متن المحطة.
تم تجميع المحطة مير على مدى عشرة سنوات وضمت الأجزاء التالية:
- حجرة المعيشة: المكونة من كابينة الطاقم، المرحاض، الدش، المطبخ ومخزن القمامة.
- حجرة النقل: حيث تسمح بإرفاق وحدات إضافية للمحطة.
- الحجرة المتوسطة: وتضم البوابات التي تلتحم بها المركبات الفضائية بالمحطة.
- حجرة التجميع: وتضم خزانات الوقود ومحركات الصواريخ.
- وحدة كفانت -1 للفيزياء الفلكية : وتضم تلسكوبات لدراسة التلسكوبات الخاصة.
بدراسة المجرات والكوازارات والنجوم النيترونية. - وحدة كفانت-2 للهوائيات والأجهزة العلمية: حيث توفر معدات الأبحاث البيولوجية ومعدات لمراقبة الأرض ومعدات السير في الفضاء.
- وحدة كريستال التكنولوجية: تستخدم لإجراء التجارب البيولوجية والتجارب على المواد, وهي تحتوي على بوابة لترسو عليها السفن الفضائية, حيث يمكن لمكوك الفضاء الأمريكي الالتحام بها.
- وحدة سبيكتر: وتستخدم لإجراء عمليات الرصد والمراقبة للموارد الطبيعية وللغلاف الجوي للأرض, كما تستخدم لدعم التجارب البيولوجية والتجارب العلمية على المواد.
- وحدة بريرودا الاستشعار عن بعد: وتحتوي على رادار المحطة ومطياف لدراسة الغلاف الجوي للأرض
- وحدة الرسو: وتحتوي على بوابات الالتحام مع السفن الفضائية
- سفينة (Progress) للتزود بالمؤمن: وهي سفينة إمداد غير مأهولة تستخدم لنقل الغذاء والمعدات الجديدة من الأرض, ويتم من خلالها التخلص من نفايات المحطة.
- سفينة سويوز: وهي سفينة النقل الرئيسية من وإلى الأرض.
وفي عام 1994 واستعداد لمحطة الفضاء الدولية (ISS) فقد أقام رواد الفضاء من وكالة ناسا بعض الوقت ضمن محطة مير, وهم نورم ثاغارد، شانون لوسيد، جيري لينجنغر ومايكل فوال, وأثناء إقامة لينجنغر تعرضت محطة مير لحادثة الاصطدام مع سفينة الإمداد (Progress).
لم تعد وكالة الفضاء الروسية قادرة على الحفاظ على محطة مير, لذلك قررت بالتعاون مع وكالة ناسا التخلي عن محطة مير وذلك من أجل التركيز على بناء محطة الفضاء الدولية(ISS) , وقد قامت بعض المبادرات الخاصة مثل (دعوا مير على قيد الحياة) وشركة (مير كوب) وذلك في محاولة للضغط لإصلاح المحطة العجوز, لكن وكالة الفضاء الروسية في 16 تشرين الثاني 2000 أعادت محطة مير إلى الأرض, وفي شباط/2001 أطلقت محركات الصواريخ في المحطة لتقوم بإبطاء دوران المحطة لتدخل المحطة مير ضمن الغلاف الجوي للأرض في 23 آذار/2001 ويسقط حطمها في المحيط الهادئ بعد حوالي 1000 ميل (1667 كم) شرق استراليا, وقد شكل ذلك نهاية أول محطة فضائية دائمة.
محطة الفضاء الدولية (ISS)
محطة الفضاء الدولية
في عام 1984, اقترح الرئيس رونالد ريغان أن تقوم الولايات المتحدة بالتعاون مع دول أخرى ببناء محطة فضاء دولية مؤهولة بالسكان.
وقد تصور ريغان أن هذه المحطة من شأنها دعم الحكومة والقطاع الصناعي, وللتخفيف من التكاليف الهائلة لإنشاء هذه المحطة اقترح ريغان أن تشارك 14 دولة أخرى في بناء هذه المحطة وهي (كندا، اليابان، البرازيل، وكالة الفضاء الأوروبية، التي تتألف من: المملكة المتحدة، فرنسا، ألمانيا، بلجيكا، إيطاليا، هولندا، الدنمارك، النرويج، إسبانيا، سويسرا والسويد) وخلال عملية التخطيط لهذه المحطة سقط الاتحاد السوفيتي, فدعت الولايات المتحدة روسيا (التي خلفت الاتحاد السوفيتي) للمشاركة في بناء محطة الفضاء الدولية وبالتالي ازداد عدد الدول المشاركة في بناء محطة الفضاء الدولية إلى 16 دولة, حيث أخذت وكالة ناسا زمام المبادرة في تنسيق بناء محطة الفضاء الدولية.
تم البدء بتجميع محطة الفضاء الدولية في عام 1998, وفي 31 تشرين الأول 2000 أرسِلَ أول طاقم لمحطة الفضاء الدولية وضمَّ ثلاثة أعضاء، وأمضى هذا الطاقم حوالي 5 أشهر قاموا خلالها بتفعيل أنظمة المحطة وإجراء بعض التجارب.
أصبحت الصين ثالث دولة تستطيع إرسال مركبات فضائية مأهولة في العالم وكان ذلك في تشرين الأول 2003, ومن ذلك التاريخ تقوم الصين بتطوير برنامج فضائي متكامل يتضمن بناء محطة فضاء, وسوف يكون تيانغونغ-1.
قادرا على استقبال عدة مركبات فضائية صينية والتي تدعى شنتشو, حيث ستكون اللبنة الأولى في بناء محطة فضاء خاصة بالصين والتي من المتوقع أن يكتمل بناؤها في عام 2020,ومن المتوقع أن تكون لهذه المحطة الفضائية أغراض عسكرية ومدنية.
مستقبل محطات الفضاء
صورة تخيلها الفنان للمستعمرة الفضائية المستقبلية من الداخل
لقد بدأنا للتو بتطوير محطات الفضاء, وتعتبر محطة الفضاء الدولية (ISS) بمثابة تطور كبير لمحطات الفضاء ساليوت وسكاي لاب ومير, لكننا مازلنا بعيدين جدًا عن بناء محطات فضاء أو مستعمرات كبيرة كتلك التي يتخيلها كتاب روايات الخيال العلمي, لأنه إلى الآن لا توجد جاذبية في محطاتنا الفضائية كتلك الموجودة في الأرض, وذلك لعدة أسباب أولها أننا مازلنا بحاجة إلى دراسة تأثير انعدام الجاذبية على جسم الإنسان, والسبب الثاني هو أننا ما زلنا نفتقد التكنولوجيا القادرة على تدوير هياكل كبيرة مثل محطات الفضاء لإنتاج جاذبية اصطناعية, الذي يعدُّ توافرها شرطًا لبناء مستعمرات فضائية آهلة بعدد كبير من السكان.