زمانی که به مدل‌های مفهومی و خلاقانه سفینه‌ها فکر می‌کنیم، اکثر اوقات یاد سفینه استار شیپ شرکت استارلینک یا ارسال تلسکوپ و ربات‌های جستجوگر می‌افتیم که ناسا آنها را به فراتر از جو ارسال می‌کند. بدون شک فضاپیماها در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند و اولویت بسیاری از شرکت‌ها برای حمل‌ونقل و جابه‌جایی وسایل مختلف به خارج از زمین هستند. بااینحال، یک گزینه جایگزین و ارزان ممکن است از طرح و مدل قدیمی‌تری از فناوری حاصل شود و آن پروژه Superbit هستند.
بالن‌های هوای گرم یا گاز قرن‌هاست که در کشورهای مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند و کشور چین برای اولین‌بار در قرن سوم از این نوع بالون‌ها برای مسیریابی و سیگنال‌دهی در جنگ استفاده می‌کرد. در سال ۱۷۸۰ اولین بالون‌های خدمه دار در پاریس و توسط ۲ هوانورد به نام‌های ژان فرانسوا پیلاتر د روزبر و فرانسوا لورن دار باند معرفی شد که منجر به تشکیل پروژه‌هایی مانند Stargaze در کشور آمریکا و ارسال ۲ انسان و یک تلسکوپ با استفاده از بالون به‌منظور مشاهده اجرام و ستاره‌ها به فاصله ۲۵ کیلومتر از سطح زمین شد.
اکنون توسعه جدید فناوری‌های بالن در ناسا نشان داده است که انسان دوباره می‌تواند از این فناوری پیشتاز به‌منظور ارسال تلسکوپ به جوّ و تصویربرداری از کیهان استفاده کند.
بالا و بالاتر
برای پاسخ به این سؤال که چرا بالون‌ها پتانسیل فوق العاده‌ای در مأموریت‌های ارسال تلسکوپ دارند باید دلیل ارسال تلسکوپ به فضا را بفهمیم. تلسکوپ‌های بسیاری بر روی سطح زمین در حال مشاهده و تصویربرداری از کیهان هستند و اگر بخواهیم اجرام و ستاره‌های دوری که سال‌ها از ما فاصله دارند را مشاهده کنیم با مشکلی به نام جوّ زمین مواجه خواهیم شد. بخار موجود در جوّ باعث می‌شود تا تصاویر ثبت شده با تلسکوپ تار شوند و به همین دلیل بسیاری از تلسکوپ‌ها در مکان‌های خشک و عاری از رطوبت قرار دارند.
اما بهترین راه‌حل برای مشاهده اجرام آسمانی، از بالای جوّ است. به همین دلیل تلسکوپ هابل در آنجا قرار دارد. بر طبق گفته‌ها، اگر بخواهیم یک تلسکوپ را به فراتر از جو ارسال کنیم باید این کار را برای جلوگیری از مشکلات جوّ زمین از طریق فضاپیما که روشی هزینه بر ولی قابل‌اطمینان است انجام دهیم.
از سویی دیگر، بالن‌ها سال‌هاست که برای تحقیقات علمی در آنترکتیکا مورداستفاده قرار می‌گیرند و مشکل استفاده از بالن‌ها برای حمل تلسکوپ اهمیت نور را ثابت می‌کند. بسیاری از بالن‌های تحقیقاتی که در محدوده آنترکتیکا به آسمان فرستاده شدند به پنل‌های خورشیدی مجهز بودند و فقط می‌توانستند در طول روز فعالیت کنند و این یعنی تلسکوپ‌ها تنها قادرند در طول روز تصویربرداری کنند که حالت مطلوبی نیست.
پیشرفت‌های اخیر در زمینه توسعه نسل جدید بالن‌ها موجب طراحی و ساخت بالن‌های فوق فشار ناسا شده که می‌توانند برای اولین‌بار در چرخه شب و روز به فعالیت خود ادامه دهند و چنین فناوری این امکان را به تلسکوپ‌ها می‌دهد تا به طور تمام‌وقت تصاویر موردنظر محققان را دریافت کنند و می‌تواند آینده‌ای روشن را برای علم نجوم رقم بزند.
نسل جدید بالن ها
استفاده از بالون برای حمل تلسکوپ مزایای بسیاری را در بر دارد. اولاً، فرستادن بالون بسیار به‌صرفه‌تر از ارسال فضاپیما یا موشک است. علاوه بر این، می‌توانیم به‌آسانی تلسکوپ را برای تعمیرات سخت‌افزاری بر روی سطح زمین فرود بیاوریم و دوباره برای مأموریت به آسمان ارسال کنیم. دیگر ویژگی این روش این است که می‌توانید سیستم را چندین بار راه‌اندازی کنید. به‌عنوان‌مثال، دیگر نیازی نیست تا سیستم تلسکوپ را برای مدار زمین طراحی کنید و می‌توانید آن را برای یک شب راه‌اندازی و آزمایش کرده و دوباره برای تحقیقات ارسال کنید.
آزمایش برای تلسکوپ و سخت‌افزارهای خارج از جو که باید با یکدیگر سازگار باشند امری پیچیده و اطمینان از اینکه هر قطعه در خارج از جو به‌درستی عمل کند دشوارتر است. به همین دلیل نیز بودجه پروژه‌های فضایی به طور قابل‌توجهی افزایش پیدا می‌کند. بالون‌های معمولی که با نام فشار صفر نیز شناخته می‌شوند با تخلیه گاز هنگام طلوع خورشید کار می‌کنند، در این حالت وقتی خورشید غروب می‌کند گاز نیز منقبض می‌شود و بالون به سطح زمین می‌رسد. ولی بالون‌های فوق فشار با نگه‌داشتن گاز کار می‌کنند و ازآنجایی‌که تهویه نمی‌شوند می‌توانند هنگام غروب خورشید نیز به فعالیت خود ادامه دهند و بین ۳۰ تا ۱۰۰ شب در تحقیقات نجوم مورد استفاده قرار گیرند.
تلسکوپی در آسمان
پروژه جدید بالون‌های ناسا که محققان در توسعه آن نقش دارند SuperBit نام دارد که تلسکوپ را با استفاده از نرم‌افزارهای پیچیده و خودکار در جهت درست آب‌وهوا قرار می‌دهد تا با جلوگیری از حرکت‌های بالون و افزایش دقت، جزئیات بی‌همتایی را از ستارگان دریافت کند و در اختیار دانشمندان قرار دهد.
موضوع ثابت نگه‌داشتن تلسکوپ در یک‌جهت برای ثبت تصاویر دقیق بسیار مهم است و این نکته‌ای است که پروژه Super bit رویکرد متفاوتی نسبت به آن دارد. این تلسکوپ در قاب‌های میانی، بیرونی و درونی قرار می‌گیرد که هرکدام در جهت مختلفی حرکت می‌کنند. در ترکیب جهت‌های چرخشی، پیچی و گردشی تلسکوپ می‌تواند به هر بخشی از آسمان دسترسی داشته باشد.
در داخل تلسکوپ آینه‌ای وجود دارد که با سرعت ۵۰ حرکت در یک ثانیه کار می‌کند و زمانی که نور وارد تلسکوپ می‌شود به دلیل حرکت ناچیز آن خود را به‌گونه‌ای تنظیم می‌کند تا حسگر نیز ثابت بماند. حرکات آینه با استفاده از داده‌های حسگر موجود در تمامی بخش‌های تلسکوپ محاسبه شده و می‌تواند به طور خودکار تمامی بخش‌ها را ثابت نگهدارد.
اصلاح حرکات آینه‌ها یکی از مباحث مهم است که توسط پیشرانه اعمال نمی‌شود، چون نیازمند سوخت است. در عوض از سایز بزرگ بالن به‌منظور قراردادن پنل‌های خورشیدی استفاده شده تا انرژی را ذخیره کند و با استفاده از باتری نیروی تلسکوپ را در شب تأمین کند. تمامی این ویژگی‌ها باعث شده تا پروژه Superbit به‌عنوان یکی از قوی‌ترین تلسکوپ‌ها شناخته شود و با حذف لرزش‌های احتمالی عملکرد بهتری را نمایش دهد.
نحوه حرکت بالن Superbit
در بخش قبل نحوه حرکت تلسکوپ در بالون مشخص شد ولی حرکت‌دادن خود بالون چطور؟ زمانی که درباره محل قرارگیری بالون صحبت می‌کنیم فرایند سخت‌تر از چیزی است که فکر می‌کنیم. هدایت بالون در آب‌وهوای گوناگون یکی از نکات چالش‌برانگیز است و باید در مسیرهایی قرار بگیرد تا از جریان باد بهره ببرد و مسیر حرکت خود را مشخص کند.
با اینکه هدایت بالون همراه با وسایل سنگین امری دشوار است، ولی خوشبختانه این پروژه به مکان‌های خاصی برای تصویربرداری نیاز ندارد. تنها نگرانی محققان اجرای این پروژه در مکان‌های خالی از جمعیت است. بالون‌ها در ارتفاع ۳۵ تا ۴۰ کیلومتر و در محدوده‌ای از جوّ به نام استراتسفر قرار خواهد گرفت که محلی بین استارلینک و خط پرواز هواپیما است.
صورت فلکی در مدار پایین زمین قرار می‌گیرد و آن‌قدر بالاست که می‌توان انحنای سیاره را مشاهده کرد. دمای این محیط بین ۳۰ تا ۴۰ درجه سانتیگراد یا (۲۲ تا ۴۰ درجه فارنهایت) است؛ بنابراین، فرضیات مهندسی در این محیط بی‌شباهت به طراحی یک مأموریت برای فضا نیست و با چالش‌های متفاوتی روبرو هستند.
یکی از چالش‌ها، قابل تعمیر بودن تلسکوپ است. اگر محققان بخواهند تلسکوپ را تعمیر کنند و دوباره از آن استفاده کنند باید دقت کنند تا این عملیات را در مناطقی با تراکم جمعیتی کم انجام دهند تا در صورت سقوط تلسکوپ به آسانی تعمیر شود. برای فرود تلسکوپ نیز مراحلی تدارک‌دیده‌شده و پس از ترکیدن بالون، تلسکوپ با چتر نجات بر روی زمین فرود خواهد آمد.
در زمان بررسی تلسکوپ Superbit، این تیم سخت‌افزاری را برای کاهش شتاب در آن تعبیه کرده‌اند تا در صورت فرود با مشکل جدی مواجه نشود و به‌آسانی قابل‌دسترس باشد. بااینحال تعمیر این تلسکوپ مشکل خاصی نخواهد بود و با اینکه تعمیر آن اندکی هزینه بر است ولی از ساخت دوباره یک تلسکوپ به‌صرفه‌تر خواهد بود. چنین مزیتی این پروژه را نسبت به پروژه‌های فضایی دیگر متمایز می‌کند و با اینکه تنظیم تلسکوپ و تعمیرات سخت‌افزاری آن امری هزینه بر و دشوار است، ولی این امر در تلسکوپ Superbit به‌گونه‌ای دیگر بوده و به‌آسانی برای تنظیمات و تعمیرات قابل‌دسترس است.
آینده پروژه Superbit
این پروژه پروازهای آزمایشی را در طی این دوره‌ها گذرانده ولی متأسفانه پروازهای اصلی به دلیل همه‌گیری کووید ۱۹ به تأخیر خورده است. این تلسکوپ تنها شروع این فرایند است و پروژه بعدی این تیم که Gigabit نام دارد جانشین Superbit خواهد بود. تلسکوپ Superbit یک پروژه مسیریاب است که باهدف طولانی‌مدت به‌منظور طراحی و ساخت یک تلسکوپ با رزولوشن بالا و قرارگیری بر روی بالون‌های فوق فشار در نظر گرفته شده تا با هزینه کمتر بهترین تصاویر را از کیهان دریافت کند.
پروژه Gigabit الزامی است، طور یکه می‌تواند نسبت به تقاضای بالای تلسکوپ هابل خوش بدرخشد و گروه‌های بیشتری از آن در تحقیقات خود استفاده کنند. سخت‌افزار تلسکوپ Gigabit مشابه Superbit است ولی رزولوشن تصویربرداری Gigabit بیشتر است. برای حفظ وزن بالون و درعین‌حال افزودن تلسکوپ بزرگ‌تر، نیاز است تا تعادل رعایت شود. به همین دلیل در تلسکوپ Gigabit به‌جای آلومینیوم از مواد مختلفی مانند فیبر کربن استفاده شده است.
اگر مجموعه‌ای از بالن‌ها بتوانند تلسکوپ هایی با وضوح بالا مانند Gigabit را حمل کنند و در صورت نیاز به طور مرتب استفاده شوند، کمکی ارزشمند. ارزشمند برای ستاره‌شناسان در سراسر جهان محسوب خواهند شد.بااینحال استفاده از تلسکوپ‌های Superbit و Gigabit به معنای پایان استفاده از تلسکوپ هابل نخواهد بود و با اینکه میدان دید کمتری نسبت به ۲ تلسکوپ این پروژه دارد، ولی وضوح آن بهتر است؛ بنابراین نه بهتر است و نه بدتر.
با تمام پتانسیل تلسکوپ‌های مبتنی بر بالون، ممکن است بسیاری انتظار داشته باشند تا عملکرد این ۲ تلسکوپ از هابل بهتر باشد و این صحیح نیست. استفاده از تلسکوپ‌های مبتنی بر بالون به این معنی است که می‌توان تحقیقات کاربردی بیشتری در این حوزه انجام داد و این به نفع جامعه نجوم است.
نظرات