چین درصدد ساخت ابرفضاپیمایی غول‌پیکر با طول یک کیلومتر است
پروژه فضاپیمای غول‌پیکر بخشی از فراخوانی گسترده‌تر برای طرح‌های پیشنهادی پژوهشی از بنیاد ملی علوم طبیعی چین، نهاد تأمین مالی تحت مدیریت وزارت علوم و فناوری این کشور است. طرح کلی منتشرشده در وب‌سایت بنیاد ملی علوم، چنین فضاپیماهای عظیمی را با عنوان «تجهیزات راهبردی مهم هوافضا برای استفاده آتی از منابع فضایی، اکتشاف اسرار جهان و زندگی بلندمدت در مدار» توصیف می‌کند.
بنیاد علوم چین از دانشمندان می‌خواهد تا درباره روش‌های طراحی جدید و سبک‌وزنی که بتوانند مقدار مصالح ساختمانی مورد نیاز برای حمل به مدار را کاهش دهند و همچنین تکنیک‌های تازه برای مونتاژ ایمن چنین سازه‌های عظیم در فضا پژوهش کنند. در صورت تأمین مالی، مطالعه امکان‌سنجی با بودجه ۱۵ میلیون یوآن (۲/۳ میلیون دلار) به‌مدت پنج سال اجرا خواهد شد.
پروژه مورد بحث احتمالا به ایده‌های علمی تخیلی شباهت دارد؛ اما به‌گفته میسون پک، متخصص فناوری ارشد سابق ناسا، این ایده به‌کلی دیوانه‌وار نیست و چالش پیش‌رو برای دستیابی به آن، بیش از آنکه بنیادی باشد، مسئله‌ای مهندسی است. پک که اکنون استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه کرنل است، به وب‌سایت لایوساینس گفت این ایده را کاملا دست‌یافتنی می‌داند. او افزود مشکلات ساخت فضاپیمای غول‌پیکر را نه به‌عنوان موانع غیرقابل‌حل، بلکه درعوض مشکلات مقیاس توصیف می‌کند.
به‌دلیل هزینه چشمگیر پرتاب اجسام و مواد به فضا، بزرگ‌ترین چالش با اختلاف بسیار برچسب قیمت خواهد بود. ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) که به‌نقل از ناسا در پهن‌ترین نقطه خود تنها ۱۱۰ متر طول دارد، هزینه ساختی نزدیک به ۱۰۰ میلیارد دلار داشت؛ درنتیجه ساخت سازه‌ای با طول ۱۰ برابر بیشتر، حتی برای کشورهایی با بیش‌ترین بودجه فضایی نیز دشوار خواهد بود.
بااین‌حال، هزینه ساخت تا حد زیادی به نوع سازه‌ای بستگی دارد که چینی‌ها قصد ساختش را دارد. ایستگاه فضایی بین‌المللی سازه‌ای حامل تجهیزات مختلف است و به‌منظور اسکان انسان طراحی شده که این امر، موجب افزایش شدید جرم آن می‌شود. پک گفت «اگر درباره چیزی صحبت می‌کنیم که صرفا کشیده و همچنین سنگین است، آنگاه داستان فرق خواهد کرد.»
تکنیک‌های ساخت‌وساز نیز می‌توانند هزینه رساندن فضاپیمای غول‌پیکر به فضا را کاهش دهند. به‌گفته پک رویکرد سنتی، ساخت قطعات روی زمین و سپس مونتاژ آن‌ها همانند اسباب‌بازی لگو در مدار است اما فناوری چاپ سه‌بعدی می‌تواند مواد خام فشرده را به اجزای سازه‌ای با ابعاد بسیار بزرگ‌تر در فضا تبدیل کند.
گزینه به‌مراتب جذاب‌تر، تأمین مواد خام اولیه از ماه خواهد بود. ماه در مقایسه با زمین، گرانشی کمتر دارد؛ بدین معنا که پرتاب مواد از روی سطح آن به فضا بسیار آسان‌تر است. بااین‌حال، انجام این کار به پرتاب و استقرار زیرساخت روی ماه نیاز دارد؛ درنتیجه استخراج مواد از ماه، گزینه‌ای در کوتاه‌مدت محسوب نمی‌شود.
فضاپیمای بزرگ، مشکلات بزرگ
سازه‌ای با چنین ابعادی عظیم با مشکلاتی منحصربه‌فرد نیز مواجه خواهد بود. هر وقت فضاپیما درمعرض نیروها قرار گیرد، خواه ناشی از مانور در مدار یا اتصال به فضاپیمایی دیگر باشد، حرکات به سازه فضاپیما انرژی‌هایی منتقل می‌کنند که موجب ارتعاش و خم‌شدن آن می‌شوند. با چنین سازه‌ای عظیم، فروکش‌کردن این ارتعاشات بسیار زمان‌بر خواهد بود؛ درنتیجه فضاپیما برای خنثی‌کردن ارتعاشات احتمالا به ضربه‌گیر نیاز خواهد داشت.
طراحان همچنین هنگام تصمیم‌گیری درباره ارتفاع مداری که فضاپیما باید در آن مستقر شود، ناگزیر به انجام بده‌بستان‌های دقیق خواهند بود. در ارتفاع‌های پایین‌تر، نیروی پسا (درگ) ناشی از جو بیرونی، سرعت فضاپیماها را پایین می‌آورد و آن‌ها را ملزم می‌کند تا دائما خود را به مدار پایدار بازگردانند. این مشکلی است که ایستگاه فضایی بین‌المللی همواره با آن دست‌وپنجه نرم می‌کند؛ اما برای سازه‌ای بسیار بزرگ‌تر که نیروی پسا بیشتری به آن وارد می‌شود و نیازمند سوخت بیشتر برای بازگشت به جایگاه خود است، کشیده‌شدن به سمت زمین نگرانی بزرگی خواهد بود.
آن روی دیگر سکه، پرتاب فضاپیما به ارتفاعات بالاتر بسیار پرهزینه‌تر است و هرچه جسمی از جو زمین دورتر رود، سطوح تابش به‌سرعت افزایش می‌یابد. اگر فضاپیما میزبان انسان باشد، تابش‌ها مشکلی جدی خواهند بود. بااین‌حال، مایکل لمبک، استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین که سابقه کار روی برنامه‌های فضای دولتی و خصوصی را دارد، به لایوساینس گفت هرچند ساخت چنین سازه‌ای ممکن است ازنظر فنی امکان‌پذیر باشد، از منظر کاربردی اصلا سودمند نیست.
لمبک افزود «مانند این است که داریم درباره ساخت استارشیپ انترپرایز (فضاپیمای مجموعه تلویزیونی پیشتازان فضا) صحبت می‌کنیم. این سازه خیالی و دست‌نیافتنی و صحبت درباره‌اش جالب است؛ اما با توجه به هزینه‌ها، برای سطح فناوری ما خیلی واقع‌بینانه نیست.» به‌گفته لمبک، با توجه به بودجه اندک، این پروژه تحقیقاتی احتمالا صرفا مطالعه‌ای دانشگاهی و کوچک به‌منظور ترسیم طرح‌های اولیه چنین پروژه‌ای و شناسایی شکاف‌های فناورانه است. به‌عنوان مقایسه، بودجه ساخت کپسولی برای حمل فضانوردان به ایستگاه فضایی بین‌المللی، سه میلیارد دلار بود. «درنتیجه، سطح تلاش در اینجا درمقایسه با نتایج مطلوب بسیار کوچک است.»
مقاله‌های مرتبط:چین طرح مفهومی موشکی مشابه با استارشیپ اسپیس ایکس را رونمایی کردچین به‌تازگی فضاپیمای مرموز چندبارمصرف جدیدی را پرتاب کرد
علاوه‌براین، پرسش‌هایی نیز درباره کاربرد چنین فضاپیمای بزرگی وجود دارد. لمبک گفت کاربردهای بالقوه شامل تاسیسات تولید فضایی است که از مزایای ریزگرانش و نیروی خورشیدی فراوان برای ساخت محصولات پرارزش نظیر نیمه‌هادی‌ها و تجهیزات نوری بهره می‌گیرد. همچین از این سازه می‌توان برای سکونت طولانی‌مدت در فضا استفاده کرد. بااین‌حال، بهره‌برداری از فضاپیما به هر شکل که باشد، هزینه‌های هنگفتی برای نگه‌داری به‌دنبال خواهد داشت.
چین به ساخت پنل‌های خورشیدی عظیم در مدار و انتقال نیرو به زمین ازطریق پرتوهای ریزموج نیز علاقه‌مند است؛ اما پک می‌گوید ارزش اقتصادی چنین پروژه‌ای به‌سادگی سنجش‌پذیر نیست. پک با انجام محاسباتی تقریبی برآورد کرده که هزینه برق نیروگاه خورشیدی فضایی نزدیک به هزار دلار برای هر وات است؛ درحالی‌که انرژی تولیدشده از پنل‌های خورشیدی روی زمین به ازای هر وات فقط دو دلار هزینه دارد.
شاید نویدبخش‌ترین کاربرد چنین سازه فضایی بزرگی، علمی خواهد بود. تلسکوپی فضایی در چنین اندازه‌ای می‌تواند خصوصیات روی سطح سیارات واقع در سایر منظومه‌ها را رصد کند. پک افزود «این تلسکوپ می‌تواند درک ما از سیاره‌های فراخورشیدی و حیات احتمالی در جهان را متحول کند.»
چین درحال پژوهش درباره چگونگی ساخت فضاپیمای فوق‌بزرگی با طول یک کیلومتر است. اما این ایده چقدر امکان‌پذیر است و کاربرد چنین فضاپیمای عظیمی چه خواهد بود؟