مهندسان اروپایی در حال ساخت «خودروهای امدادگر» برای ماهوارهها هستند که میتوانند صدها کیلومتر بالای سر ما به سرویس و تعمیر و سوخترسانی تجهیزات گرانبها بپردازند.
این روزها، اپراتورهای ماهواره وقتی سوخت تجهیزات فضاییشان تمام میشود، صفحات خورشیدی آسیب میبیند یا کدهای خطا جلوی کارکرد آن را میگیرد، گزینههای چندانی پیش رو ندارند.
آگهی
آگهی
برخی مشکلات نرمافزاری را میتوان از روی زمین برطرف کرد و مهندسان برای بعضی نقصهای سختافزاری راهحلهای دور زدن پیدا میکنند، اما در مجموع، وقتی یک ماهواره به سرویس و تعمیر نیاز دارد، خبری از یک مرکز امداد و تعمیرات فضایی نیست که بتوان آن را خبر کرد.
در نتیجه، بسیاری از ماهوارههای قدیمی یا در مدارهایی که به اصطلاح «قبرستان» نامیده میشوند پارک میشوند، یا در بدترین حالت، از کنترل خارج شده و با چرخشهای نامنظم در فضا میچرخند، برای دیگر تجهیزات فضایی خطر ایجاد میکنند و به حجم زبالههای فضایی میافزایند.
با توجه به افزایش سریع تعداد فضاپیماها، مهندسان اروپایی اکنون روی مکانیکهای رباتیک کار میکنند تا ماهوارههای قدیمی را مدت بیشتری در مدار نگه دارند یا ماهوارههای ازکارافتاده را از مسیرهای مداری مهم کنار بزنند.
استفانی بهار-لافنتره، مدیر پروژه در شرکت Thales Alenia Space برای ماموریت European Robotic Orbital Support Services (EROSS) که با بودجه اتحادیه اروپا انجام میشود، میگوید: «این شبیه خودروی امداد جادهای روی یک بزرگراه است.»
هدف آنها این است که در سال ۲۰۲۸ در یک ماموریت اثبات فناوری، یک ماهواره کوچک ساخت اروپا را با یک بازوی رباتیک به فضا بفرستند.
در جریان این ماموریت، این ماهواره رباتیک با ماهواره هدف قرار ملاقات مداری میگذارد، یک پرواز اکتشافی دور آن انجام میدهد و سپس توانایی خود را برای گرفتن و سوخترسانی به فضاپیما نشان میدهد. Thales Alenia Space همچنین روی اتصالدهندههای یونیورسال شبیه USB کار میکند که به ربات اجازه میدهد در فضا قطعات را آسانتر به هم متصل و مونتاژ کند.
به تصور مهندسان، اوایل دهه ۲۰۳۰ خودروی امداد فضایی به سبک EROSS برای مشتریان تجاری به کار گرفته خواهد شد.
او به یورونیوز نکست میگوید: «ایده این است که شما فقط درخواستی برای کشیدن خود به نقطهای دیگر، یا تعمیر چیزی، یا برای سوختگیری ثبت کنید. هدف این است که به اجزای فضایی خدماتی ارائه شود که اصولا برای چنین کاری طراحی نشدهاند.»
آخرین نکته اهمیت حیاتی دارد. بیشتر ماهوارههایی که اکنون در مدار زمین میچرخند هرگز برای سرویس و تعمیر طراحی نشدهاند. این ماهوارهها با این انتظار ساخته شدهاند که پس از پرتاب، تا زمانی که سوختشان تمام شود یا دچار نقص حیاتی شوند، به طور مستقل کار کنند.
اما امروز، با نزدیک به ۱۵ هزار ماهواره فعال در مدار و چند هزار دستگاه ازکارافتاده که همچنان در فضا سرگردانند، روشن است که «سرویس در مدار» آماده یک جهش بزرگ است؛ از جمله توسعه سامانههای مهندسی که بتوانند فضاپیماهای «ناسازگار» را بگیرند و تعمیر کنند.
ژان-لوک ماریا، مدیرعامل و همبنیانگذار ExoTrail، این تحول را گذار طبیعی از دورانی میداند که ماهوارهها ابزار اکتشاف و کشف علمی بودند به امروز که ماهوارهها به زیرساخت حیاتی زندگی روی زمین تبدیل شدهاند.
این مهندس فرانسوی به یورونیوز نکست میگوید: «وقتی به یک جرم بحرانی از این زیرساخت میرسید، نیازهای تازهای برای مدیریت این زیرساخت شکل میگیرد.» به بیان ساده، همان طور که بزرگراهها و دکلهای مخابراتی به تیمهای تعمیر و نگهداری نیاز دارند، ماهوارهها هم همین نیاز را دارند.
مهار ماهوارههای آمادهنشده
چالشهای فنی سرویس و نگهداری بیشتر ماهوارهها در مدار بسیار بزرگ است. بهار-لافنتره میگوید: «برای شروع، باید تلاش کنیم چیزی را شناسایی و بگیریم که اصولا هیچ جای مشخصی برای گرفتن ندارد.» در ماموریت EROSS، فضاپیمای رباتیک قرار است حلقه فلزیای را هدف بگیرد که در زمان پرتاب، ماهواره را به موشک متصل میکرد.
این حلقه هرچند جهانی و استاندارد نیست، روی حدود سهچهارم فضاپیماها وجود دارد و همیشه طوری طراحی میشود که بسیار مستحکم باشد.
بهار-لافنتره میگوید: «وقتی آن را گرفتید، میتوانید آن را یدک بکشید.»
او اضافه میکند: «در این صورت میتوانید کنترل وضعیت و مدار آن را در دست بگیرید، و همچنین آن را از نقطهای از مدار به نقطهای دیگر ببرید. در واقع میتوانید هر عملکردی را که فضاپیما دیگر قادر به انجام آن نیست، به عهده بگیرید.»
برخی منظومههای ماهوارهای برای سرویسپذیری در آینده برنامهریزی کردهاند؛ از جمله ماهوارههای Eutelsat OneWeb که با یک صفحه مغناطیسی روی پهلو پرتاب شدهاند.
ماریا میگوید: «این یک مثال بسیار خوب است. میدانیم که احتمالا میتوانیم یک صفحه مکمل طراحی کنیم تا به ماهواره OneWeb که در مقطعی به سرویس نیاز پیدا میکند متصل شود.»
شرکت ExoTrail هماکنون با دستگاهی که آن را «spacevan» مینامد، در مسیر ارائه خدمات به ماهوارههای دیگر قرار گرفته است.
این دستگاه که نخستین بار در سال ۲۰۲۳ با یکی از پرتابهای SpaceX به فضا رفت، ماهوارههای کوچک را از موشک جدا میکند و هر یک را مانند یک راننده تحویل بسته به مقصد، دقیقا در مدار مشخص خود قرار میدهد.
این همان چیزی است که ماریا آن را «خدمات اولیه» مینامد؛ نوعی همسفری فضایی برای تحویل در «آخرین کیلومتر». حالا آنها به سمت هدفی جاهطلبانهتر حرکت میکنند: یعنی دستیابی به توانایی کامل ملاقات مداری و الحاق که امکان بازرسی، افزایش عمر، سوختگیری و در نهایت تعمیرات در مدار را فراهم میکند.
یکی دیگر از بخشهای مهم بازار که ExoTrail روی آن حساب باز کرده، «خروج از مدار» است؛ یعنی عمدا ماهواره مشتری را به سمت بخش خالیای از اقیانوس هدایت کردن. این شرکت ماه گذشته با شرکت فضایی ژاپنی Astroscale توافقنامهای امضا کرد تا تا سال ۲۰۳۰ امکان دفع دقیق ماهواره را در یک ماموریت نمایشی نشان دهد.
چالشهای حقوقی و بازار نامطمئن
علاوه بر چالشهای فنی عظیم، وضعیت حقوقی این حوزه هم روشن نیست. اگر دو ماهواره در حین سرویس با هم برخورد کنند، چه کسی مسئول است؟ اگر یک فضاپیمای سرویسدهنده فرانسوی به یک ماهواره ژاپنی متصل شود، قوانین کدام کشور حاکم خواهد بود؟ اینها مسایلی است که فرانسه، ژاپن و کشورهای دیگر در قالبهایی مانند قانون فضایی اتحادیه اروپا و تفاهمنامههای دوجانبه در تلاش برای روشن کردن آنها هستند.
مساله بعدی این است که چه کسی هزینه سرویس در مدار را میپردازد و اندازه واقعی این بازار چقدر است. بهار-لافنتره اذعان میکند: «تخمین زدن بازار دشوار است، چون با مساله مرغ و تخممرغ روبهرو هستیم. همیشه باید اول نشان دهید که توان انجام این کار را دارید تا کسی به خرید این خدمات علاقهمند شود.»
واضحترین بازار اولیه، بسیار دور از زمین و در ارتفاع بیش از ۳۵ هزار کیلومتری، در مدار زمینثابت قرار دارد؛ جایی که اپراتورهای مخابراتی ناوگانهای سالخوردهای دارند که ترجیح میدهند آنها را حفظ کنند تا اینکه جایگزینشان کنند.
با ظهور ابرمنظومههای مدار پایین زمین که راهحلهای مخابراتی جایگزین ارائه میکنند، مدار زمینثابت برای پرتاب فضاپیماهای جدید جذابیت کمتری پیدا کرده است؛ و همین، خدمات افزایش عمر در این مدار را از نظر اقتصادی جذابتر کرده است.
سرویس در مدار پیامدهای دفاعی قابل توجهی دارد و همین میتواند تقاضای قویای در بازار ایجاد کند. توانایی بازرسی، نزدیک شدن و دستکاری ماهوارهها در مدار، در حوزه نظامی یک قابلیت راهبردی کلیدی به شمار میآید.
ماریا میپذیرد: «این فناوری در ذات خود دو منظوره است.» روسیه، چین و هند همگی توانمندیهای پیشرفتهای در این عرصه نشان دادهاند. چین در سال ۲۰۲۲ یک ماهواره زمینثابت را هزاران کیلومتر جابهجا کرد و هند هم چند ماه پیش توانایی الحاق در فضا را نمایش داد.
«مسیر طولانی»
با این همه، مسیر هموار نیست. ناسا با ماموریت OSAM-1 (سرویس، مونتاژ و تولید در مدار) که در سال ۲۰۲۴ به دلیل افزایش شدید هزینهها و شکل نگرفتن بازار تجاری سوختگیری ماهوارههای آمادهنشده لغو شد، دقیقا با همان مساله مرغ و تخممرغ روبهرو شد.
در همین حال، فضاپیماهای Mission Extension شرکت Northrop Grumman از سال ۲۰۲۰ در مدار زمینثابت فعال هستند و عمر ماهوارههای Intelsat را افزایش میدهند. نسل بعدی فضاپیمای این شرکت با نام Mission Robotic Vehicle که قرار است امسال پرتاب شود، از رباتیک پیشرفته برای نصب «کپسولهای افزایش ماموریت» و انجام بازرسی، تعمیر و حتی پاکسازی زبالههای فضایی استفاده خواهد کرد.
فراتر از Thales Alenia Space و ExoTrail، چندین شرکت اروپایی دیگر نیز در حال توسعه توانمندیهای سرویسدهی در مدار هستند.
استارتاپ سوئیسی ClearSpace با آژانس فضایی اروپا (ESA) برای نخستین ماموریت فعال حذف زباله فضایی در سال ۲۰۲۷ قرارداد دارد. سامانه آنها از دو ماهواره استفاده میکند که به صورت هماهنگ کار میکنند تا نخستین ماموریت تجاری حذف فعال زباله فضایی در مدار پایین زمین را انجام دهند. این شرکت در ادامه دهه، قصد دارد فناوری خود را برای الحاق به یک ماهواره در مدار زمینثابت و افزایش عمر آن نیز به نمایش بگذارد.
بازیگر مهم دیگر، شرکت ایتالیایی D-Orbit است که کار خود را با حامل ماهوارهای ION آغاز کرد؛ مفهومی مشابه «spacevan» شرکت ExoTrail، و اکنون به ایجاد «اقتصاد فضایی چرخشی» با استفاده از زباله فضایی به عنوان یک منبع فکر میکند. این شرکت در سال ۲۰۲۴ با ESA قراردادی برای ماموریتی به نام RISE امضا کرد که قرار است در سال ۲۰۲۸ توانایی ملاقات و الحاق ایمن با یک ماهواره زمینثابت برای افزایش عمر آن را نشان دهد.
تا سال ۲۰۳۰ چشمانداز سرویس در مدار باید روشنتر شود و احتمالا ظرف یک دهه، فناوریای که امروز بیشتر به داستانهای علمی-تخیلی شبیه است، به بخشی عادی از مدیریت ترافیک فضایی اروپا تبدیل خواهد شد.
با این وجود، ماریا بر ضرورت واقعبینی تاکید میکند و میگوید: «نیازمند رویکردی مرحله به مرحله هستیم.»
گرفتن یک ماهواره ناسازگار که با سرعت در فضا میچرخد، فعلا فقط در فیلمهای هالیوودی ممکن است. او با لبخند میگوید: «در مجموع، این احتمالا مسیر طولانیای برای همه شرکتها خواهد بود.»
با این همه، یک خودروی امداد فضایی اروپایی ساده در راه است و با آن، امکان سوختگیری و نجات فضاپیماهایی به ارزش صدها میلیون یورو فراهم میشود؛ فضاپیماهایی که عمر زیرساخت حیاتیای را که جهان ما را به هم متصل میکند، افزایش خواهند داد.