تبیان، دستیار زندگی

پروژه‌های جدید «ناسا» و ماجرای خبرسازترین مأموریت فضایی جهان

ایسنا: طراحی و ساخت فضاپیمای كاسینی و هویگنس از چه سالی آغاز شد و كی به پایان رسید؟

«پروژه كاسینی در ابتدا در اواسط سال 1980 طرح‌ریزی شد. بخش اصلی توسعه پروژه در سال 1997 با پرتاب فضاپیما و آغاز سفر هفت ساله آن به سمت كیوان و منظومه قمری آن به ویژه تیتان پایان یافت. كاسینی دارای تعدادی سیستم‌های اندازه‌گیری شامل رادار، رادیومتر، دوربین‌ها، طیف‌سنج‌ها و ابزار منطقه‌یی و ذره‌یی است. این سیستم‌ها به طور كلی به دو نوع سیستم‌های كنترل از راه دور و سیستم‌های حاضر در محل یا در دسترس تقسیم می‌شوند.

كاوشگر هویگنس كه به سمت تیتان رها شد و اطلاعات شگفت‌انگیزی درباره‌ی این قمر به دست آورد، تنها وسیله‌ای است كه فضاپیما را ترك خواهد كرد. در حال حاضر در مجموع 12 وسیله به تنهایی بر روی فضاپیما سوار است و شش وسیله نیز بر روی هویگنس می‌باشد.

كاسینی بزرگ‌ترین و پرهزینه‌ترین پروژه سیاره‌یی ناسا است. باید متذكر شد كه آژانس فضایی آمریكا (ناسا)، آژانس فضایی اروپا (اسا) و آژانس فضایی ایتالیادر پروژه كاسینی همكاری دارند.كاوشگر هویگنس در آژانس فضایی اروپا ساخته شد و توسط ناسا به فضاپیمای كاسینی ملحق شد. همچنین آزمایشگاه JPL ناسا مدارپیما را مدیریت كرده و ساخته است.»

ایسنا: شما از چه زمان و در چه بخشی از این طرح همكاری دارید؟ آیا این همكاری ادامه دارد؟

«همكاری من با پروژه كاسینی در سال 1994 آغاز شد و تا پرتاب فضاپیما در سال 1997 ادامه یافت. من همكاری پاره وقتم را با پروژه تقریبا تا سال 2000 برای كمك به تحلیل وضعیت سیستم رادار هم‌زمان با ارسال اطلاعات دوره‌یی درباره سلامت سیستم‌های مختلف از سوی فضاپیما، ادامه دادم.

در طول مرحله پیشرفتی پروژه، با تیم رادار كاسینی همراه بودم و به عنوان مهندس سیستم‌های آن مسوولیت اطمینان از عملكرد صحیح سیستم‌ها تا پایان را بر عهده داشتم. یك مهندس سیستم به طور كلی باید مطمئن شود كه یك سیستم مقرر مطابق با ویژگی‌های طراحی شده عمل كند و تمام زیرسیستم‌ها نیز به خوبی كار كنند.

به علاوه، نقش مهندس‌های سیستم بسیار مهم است زیرا این افراد هستند كه مسئولیت تایید نهایی تمامی سیستم‌ها را بر عهده دارند. هر مشكلی كه توسط یك مهندس سیستم پیدا شود به مهندسان سخت افزاری كه اساسا نقش تعمیر اشكالات و بازگرداندن گزارش به مهندسان سیستم را دارند، گزارش می‌شود. تحلیل‌های مخصوص و ابزار شناسایی كه از سوی مهندسان سیستم شناخته شده به آن‌ها اجازه می‌دهد مشكلات را كشف كرده و پاسخی برای تیم سخت افزاری تهیه كنند.»

ایسنا: «كاسینی» در طول ماموریت خود چه اطلاعاتی را درباره سیاره كیوان و قمرهای آن كسب می‌كند؟ آیا در طول چهار سال آینده ماموریت جانبی دیگری ـ مثل هویگنس ـ وجود دارد؟

«چندین جنبه شگفت‌انگیز در مورد كیوان و قمر آن وجود دارد كه هدف كاسینی كشف آن‌ها است. كیوان یك سیاره عظیم است كه اكثرا از هیدروژن و هلیم تشكیل شده و 33 قمر مشهور دارد. كیوان یك اتمسفر مغناطیسی اساسی دارد. تصور می‌شود كه رنگ طلایی ظاهر سیاره نتیجه گرمای داخلی است كه با بادهای بسیار سریع (با سرعت بیش از هزار و 800 كیلومتر در سرعت) در اتمسفر آن تركیب می‌شود.

شهرت كیوان البته به دلیل حلقه‌هایش است كه از ذرات بسیاری در اندازه‌های مختلف (كمتر از یك میلی‌متر تا چندین متر) تشكیل شده‌اند كه این ذرات در ابتدا بخش‌هایی از قمرها یا دنباله‌دارها بوده‌اند.

جالب‌ترین قمر كیوان كه تاكنون كشف شده «تیتان» است كه علت آن، داشتن یك اتمسفر مخصوص به خود است كه این حالت بسیار به ندرت برای یك قمر به وجود می‌آید. وضعیتاین قمر تقریبا مشابه وضعیت زمین در میلیاردها سال پیش یعنی قبل از آغاز حیات بر روی آن است و بنابراین می‌تواند منبعی برای درك منشا پیدایش زمین و حیات باشد. كاسینی اولین فضاپیمایی است كه تا كنون به دور منظومه كیوانی گردیده است.

این فضاپیما گردش خود را از جولای سال 2000 با ورود به مدار آغاز كرد كه چهار سال طول خود كشید و در نهایت این فضاپیما 70 دور در مدار می‌چرخد تا انواع اطلاعات مختلف را درباره سیاره و برخی از اقمار آن به ویژه تیتان جمع‌آوری كند. از اهداف اصلی ماموریت بررسی و جست‌وجوی حلقه‌ها و موقعیت‌های آن‌ها و نیز اندازه‌گیری اتمسفر مغناطیس و جو كیوان است.

بازرسی جو و سطح سازنده تیتان هدف اصلی دیگری است كه ابزارهای مختلف كاسینی تاكنون این ماموریت‌ها را آغاز كرده‌اند. به ویژه، كاوشگر هویگنس چند ماه پیش برای جمع‌آوری مقیاس‌ها درباره‌ی تركیبات شیمیایی جو تیتان به سمت این قمر رها شد.

به همراه آن ابزار مربوطه تصویری از كیوان و اقمار آن را با جزییات درباره، دما، حوزه‌های پرتوی، تركیبات سطح و اتمسفر، ذرات داغ و خنثی، بادهای خورشیدی و ... ترسیم خواهند كرد.

در ادامه این ماموریت، فضاپیمای كاسینی بارها دور منظومه كیوان خواهد چرخید و اندازه‌گیری‌هایی را از خارج فضاپیما تهیه خواهد كرد؛ البته هیچ كاوشگر دیگری شبیه هویگنس كه فضاپیما را ترك كند وجود ندارد.»

ایسنا: عمر مفید فضاپیمای «كاسینی» چقدر است؟ این فضاپیما پس از پایان ماموریت چه سرنوشتی خواهد داشت؟

« طول مدت ماموریت این فضاپیما چهار سال است ولی به رغم ماموریت‌های اولیه اگر پس از پایان چهار سال كاسینی هنوز به خوبی كار كند، این ماموریت احتمالا افزایش خواهد یافت. در حال حاضر این امر مشخص نیست، اما ممكن است در صورت سالم ماندن سیستم‌ها و وجود بودجه كافی ناسا تصمیم به ادامه ماموریت بگیرد. پروژه موسوم به فضاپیمای دوقلو نمونه بارزی از تمدید ماموریت‌های فضایی است كه 27 سال ادامه پیدا كرد و به لبه منظومه شمسی رسید.

البته وضعیت كاسینی متفاوت است، چرا كه در مدار منظومه كیوانی می‌گردد و بنابراین نمی‌تواند رها شود. به این ترتیب حتی در صورت افزایش مدت ماموریت دوباره به مدار خود بازخواهد گشت.»

ایسنا: طرح عظیم «هویگنس ـ كاسینی» چقدر هزینه مالی داشته است و چه كشورهایی در این طرح همكاری دارند؟

«هزینه پروژه كاسینی در حدود 3/3 میلیارد دلار تخمین می‌زنند. من از جزییات این بودجه اطلاع ندارم اما باید متذكر شد كه بخش عمده این هزینه‌ها صرف ادامه ماموریت می‌شود و تنها صرف تولید آن نشده است. همیشه یك نگرانی در تصمیمات گسترش مدت ماموریت وجود دارد. سهم ناسا از بودجه تاكنون بیشتر از آژانس‌های فضایی اروپا و ایتالیا بوده است و ناسا بیش از دو سوم بودجه را پرداخت كرده است.»

ایسنا: با توجه به این كه برنامه‌ریزی ماموریت «هویگنس» از سال‌ها قبل انجام شده بود آیا در این مدت با مشكل پیش‌بینی نشده‌ای در سیستم ارتباطی «كاسینی» و «هویگنس» مواجه نشدید؟ چطور این مشكل را رفع كردید؟

« یك اشكال مهم در طراحی خط ارتباطاتی میان فضاپیمای كاسینی و كاوشگر هویگنس وجود داشت. این اشكال از این واقعیت نشات گرفت كه وقتی یك موج (مانند امواج صوتی و رادیویی) از یك منبع در حال حركت منتقل می‌شوند، یك گیرنده در جلوی منبع شاهد افزایش در فركانس موج خواهد بود، در حالی كه گیرنده پشت منبع فركانس پایین‌تری را اندازه‌گیری خواهد كرد.

زمانی كه هم فرستنده و هم گیرنده حركت می‌كنند، سرعت نسبی آن‌ها در طول خطی كه آن‌ها را به هم مرتبط می‌كند. این جهش در فركانس مشاهده شده را نشان می‌دهد. این وضعیت «Doppler Shift» نامیده می‌شود كه برای مثال زمانی اتفاق می‌افتد كه ما صدای آژیر آمبولانسی را می‌شنویم.

در ابتدا ما صدایی با فركانس پایین را می‌شنویم (صدای بم) و هرچه آمبولانس نزدیك‌تر می‌شود، موج صوتی دریافتی شدت بیشتری پیدا می‌كند (صدای زیر)، برای خط ارتباطاتی كاسینی ـ هویگنس، این پدیده باید به گونه‌ای مناسب در نظر گرفته می‌شد، چرا كه در طول مهم‌ترین مرحله از فرود هویگنس بر روی تیتان، در حالی كه كاسینی، سفینه مادر در مدار بالا می‌گردد، سرعت نسبی میان این دو بین 5/5 كیلومتر در ثانیه خواهد بود كه نتیجه آن یك Doppler Shift‌ 38 كیلوهرتزی است.

مهندسان آژانس فضایی اروپا پی بردند در حالی كه خط ارتباطی طوری طراحی شده است كه این جهش در فركانس حاصل سیگنال‌های هویگنس به سمت كاسینی در نظر گرفته شد، یك حقیقت ظریف و مربوط دیگر نادیده گرفته شد.

در سیستم‌های ارتباطاتی، ارسال سیگنال حاوی اطلاعات در راس یك سیگنال حامل امری متداول است؛ بنابراین اطلاعات، كه یك سیگنال با پهنای باند كوچكتر است، در راس یك موج حامل با فركانس بالاتر حركت می‌كند. طرح‌های گوناگونی برای كد گذاری سیگنال اطلاعاتی جهت دسترسی به كمیت و كیفیت بالای اطلاعاتی برای یك پهنای باند موجود كم در اطراف فركانس حامل متمركز شده وجود دارد.

خط ارتباطاتی میان كاسینی و هویگنس از یك طرح كدگذاری موسوم به «Phase-Shift Keying » یا PSK برای انتقال بیت‌هایی از جریان داده‌ها شامل یك‌ها و صفرها استفاده می‌كند. در PSK، مرحله سیگنال دیجیتالی دریافتی مشخص می‌شود كه آیا به یك بیت «1» یا به یك بیت «0» در مقایسه با یك سیگنال مرجع ترجمه شده است یا نه.

این امر نیازمند زمان‌بندی دقیقی بین سیگنال دریافتی و سیگنال مرجع است. اگر زمان‌بندی اشتباه باشد، بیت‌ها به اشتباه رمزگشایی می‌شوند به طوری كه ممكن است یك بیت «1» به اشتباه به بیت «0» تعبیر شده و بنابراین كل سیگنال اطلاعاتی در هم ریخته و مغشوش می‌شود.

اشكال در طراحی خط كاسینی ـ هویگنس این بود كه اگرچه بر روی سیگنال حامل Doppler Shift توضیح داده شد، فاقد یك طرح مشابه برای سیگنال اطلاعاتی واقعی بود كه بر روی حامل حركت می‌كند. در نتیجه این امر باعث گم شدن هم‌زمانی میان دو سیگنال می‌شود و در نهایت سیگنال مربوطه قابل رمزگشایی نخواهد بود.

یك مهندس سوئدی به نام «بوریس المرز»، كه برای آژانس فضایی اروپا كار می‌كند، موفق به كشف این مشكل شد.

زمانی كه وی مهندسان و مدیریت پروژه «كاسینی» را در این واقعیت مطرح كرد، تیمی برای حل این مشكل تشكیل شد. اگر «كاسینی» هنوز بر روی زمین می‌بود، راه حل بسیار ساده بود؛ اما با توجه به این كه فضاپیما تا آن هنگام در مسیر حركت بود و بنابراین تعمیر نرم‌افزار ثابت كه پارامترهای سیستم ارتباطاتی را كنترل می‌كند غیر ممكن بوده و باید راه‌حل‌های دیگری پیدا می‌شد، پس از بررسی بسیاری از گزینه‌های پیشنهادی، آخرین موردی كه درباره آن به توافق رسیدند، تغییر مسیر طراحی شده فضاپیمای «كاسینی» بود به طوری كه در طول فرود «هویگنس» بر سطح «تیتان»، «كاسینی» و «هویگنس» سرعت نسبی صفر در طول خطی كه آن‌ها را به هم مرتبط می‌كند، داشته باشند.

تنها سرعت نسبی آن‌ها حالت عمود نسبت به آن خط بود كه باعث یك Doppler Shift نمی‌شد. تاثیر این تغییر بر روی ماموریت این بود كه برخورد با «تیتان» به مدت یك ماه به تاخیر افتاد كه پس از آن «كاسینی» قرار بود به مدار از قبل برنامه‌ریزی شده خود بازگردد. از آن جا كه ذخیره سوختی موشك كافی بود، آتش كردن اضافی موشك‌ها تغییر مهمی در ادامه ماموریت ایجاد نمی‌كرد.»

ایسنا: لطفا قدری هم درباره سیستم‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری رادار فضاپیمای «كاسینی» توضیح دهید.

« سیستم‌های سخت‌افزاری «كاسینی» شامل ابزارهای اندازه‌گیری علمی مختلف، زیرسیستم‌های انرژی مسوول تهیه انرژی برای سیستم‌های سخت‌افزاری مختلف دیگر (با استفاده از ژنراتورهای رادیو ایزوتوپ ترموالكتریكی)،سیستم كنترل موقعیتی و صوتی برای كنترل وضعیت، آوا و تعیین موقعیت فضاپیما، الگوی رانشی برای ایجاد اطمینان در هنگام تغییر ضروری مسیر و جهت فضاپیما، زیرسیستم‌های فركانس رادیویی و آنتنی برای ارتباط ‌گیری با زمین (در این جا یك آنتن با گیرندگی بالا و دو آنتن باگیرندگی پایین وجود دارد كه برای ارسال اطلاعات و داده‌ها و نیز تبادل دستور و كنترل سیگنال‌ها به كار می‌روند)، زیرسیستم كنترل فرمان و داده‌ها كه تمام زیرسیستم‌ها و دسته‌بندی‌های اطلاعاتی را كه از كنترل كننده‌های زمینی دریافت می‌كند برای فرمان دادن به هرچیز دیگری در فضاپیما، كنترل می‌كند، دستگاه ثبت داده برای جمع‌آوری و ضبط داده‌ها از تمام ابزار بار مفید علمی (این وسیله بر خلاف وسایل ضبط نواری قبلی جامد است)، یك زیرسیستم ساختاری برای ایجاد حمایت ساختاری و متحد كردن تمام تجهیزات و چندین زیرسیستم سخت‌افزاری دیگر از جمله زیرسیستم‌های سیم‌كشی، زیرسیستم‌های دسته‌بندی الكترونیك و زیرسیستم كنترل دما است.

«كاسینی» همچنین دارای سیستم‌های نرم‌افزاری مختلف برای كنترل سخت‌افزار و ایجاد ارتباط بین آن‌ها، فضاپیما و زمین است.»

ایسنا: «كاسینی» برای ارتباط با زمین و «هویگنس» از چند رادار و سیستم ارتباطی استفاده می‌كند؟ آیا برای پیشگیری از مشكلات احتمالی رادارهای جایگزین هم برای آن پیش‌بینی شده است؟

« ارتباطات با زمین از طریق آنتن‌هایی با گیرندگی بالا (HGA) و دو آنتن با گیرندگی پایین (LGA-2 و LGA-1) صورت می‌گیرد.

این دو منتقل كننده خودكار مسیر ارتباط دو طرفه میان «كاسینی» و تعدادی از ایستگاه‌های ردیابی بر روی زمین كه شبكه فضایی عمیق ناسا را تشكیل می‌دهد، ایجاد می‌كند. آنتن‌های ضعیف‌تر برنامه پشتیبانی برای ارتباط ‌گیری در موقعیت‌های اضطراری مانند نقص در جریان برق ارایه می‌كند.

به طور طبیعی آنتن قوی‌تر ارتباط با زمین را برقرار می‌كند. این آنتن هم‌چنین به عنوان آنتنی برای رادار تصویری كاسینی و وسیله رادیومتری استفاده می‌شود. در طول بخش ابتدایی از سفر، این آنتن به عنوان یك چتر محاظفت از خورشید برای فضاپیما عمل می‌كند.»

ایسنا: فضاپیمای «كاسینی» چطور از این فاصله بسیار زیاد اطلاعات خود را به زمین می‌رساند؟

«اطلاعات از «كاسینی» و به سمت آن از طریق شبكه فضایی عمیق (DSN) ناسا كه یك شبكه گسترده از آنتن‌های بزرگ بر روی زمین است، منتقل می‌شوند. ایستگاه‌های این شبكه در سه موقعیت اساسی متمركز می‌شوند. یك ردیف آنتن در گلداستون در كالیفرنیای آمریكا، یكی نزدیك مادرید در اسپانیا و مجموعه دیگر نزدیك كانبرا در استرالیا قرار دارد.

این موقعیت‌ها تقریبا 120 درجه از طول جغرافیایی از هم فاصله دارند و امكان نظارت‌های دایمی از فضاپیمای مختلف هم‌زمان با چرخش زمین را فراهم می‌كند. هم مقر این شبكه مجموعه‌ای از آنتن‌های منعكس كننده سلجمی شكل با گیرندگی قوی دارد.»

ایسنا: آیا در جریان ارسال این اطلاعات پارازیت یا اختلالی ایجاد نمی‌شود؟

« امكان بروز اختلال یا قطع ارتباطات همواره وجود دارد. این مشكلات حتی می‌توانند در سایت‌های شبكه فضایی ناسا كه ممكن است یك یا چندین آنتن آن گهگاهی دچار اشكال شود و یا بر روی كاسینی به وجود آیند. در اغلب موارد مشكلات دایمی و یا بسیار جدی نیستند. اگر یكی از این پایگاه‌ها دچار اشكال شود، معمولا دو مقر دیگر دریافت و انتقال داده‌ها را ادامه می‌دهند.»

ایسنا: آیا كنترل «كاسینی» صرفا از طریق ایستگاه‌های زمینی است؟( یعنی اگر ارتباط آن با زمین برای مدتی قطع شود، امكان ادامه فعالیت آن وجود دارد؟)

«بله، «كاسینی» هم‌اكنون تنها از طریق ایستگاه‌های زمینی كنترل می‌شود. از آن جا كه فضاپیما تاكنون از زمین دور بوده است، مگر این كه سیگنال بسیار قوی از آن و یا به سمت آن مخابره شود، ارتباطات قابل اطمینان قابل برقرار شدن نیستند. قدرت یك سیگنال پس از مسافرت در مسافت بالای یك میلیارد كیلومتر بسیار كمتر می‌شود؛ بنابراین، یك سیستم آنتی بسیار حساس بر روی زمین مورد نیاز است.

در حال حاضر هیچ مقر دیگری بر روی زمین یا در مدار اطراف زمین وجود ندارد كه برق محدود یا نیاز به جریان را برای ماموریت كاسینی هماهنگ كند.»

ایسنا: سیستم ارتباطی كاسینی چگونه طیف متنوع دیتاها مثل اطلاعات دریافتی از «هویگنس» شامل عكس، صدا و اطلاعات به دست آمده از ابزارهای مختلف آن را دریافت و به زمین ارسال می‌كند؟

« داده‌های جمع‌آوری شده توسط هویگنس از طریق سیستم‌های گوناگون جمع‌آوری صدا، تصویر و داده‌های رادیویی ابتدا دیجیتالی شده و سپس از طریق سیستم‌های ارتباطاتی خود آن‌ها به فضاپیمای كاسینی فرستاده شد. در پاسخ سوال‌های قبل برخی از ویژگی‌های این سیستم توضیح داده شد.

اطلاعات ارسال شده به كاسینی از هویگنس ضبط شدند و سپس با گذشت زمان به زمین بازگردانده شدند. آنچه در طول فرود هویگنس اتفاق افتاد، این بود كه یكی از دو كانال ارتباطاتی میان آن‌ها (در فضاپیمای كاسینی) به اشتباه روشن نشد و بنابراین برخی از داده‌های جمع‌آوری شده به سفینه مادر منتقل نشدند.

ایستگاه فضایی اروپا مسوولیت این خطای كوچك را بر عهده گرفته است. خوشبختانه، چندین تلسكوپ رادیویی زمینی در آمریكا، استرالیا، ژاپن و چین برای گوش دادن به هویگنس در طول این مدت طراحی شده بودند به طوری كه حجم زیادی از داده‌ها دوباره احیا شدند و در نهایت در اختیار دانشمندان قرار خواهند گرفت.»

ایسنا: چه خطرات احتمالی «كاسینی» و تجهیزات رادار آن را در این سفر طولانی فضایی تهدید می‌كند؟

« به طور كلی موارد زیادی هستند كه می‌توانند در سیستمی به پیچیدگی «كاسینی» به طور غیر طبیعی كار كرده و دچار نقص شوند ولی با طراحی دقیق و اقدامات مهنسی سعی شده است كه در پروژه این مشكلات پیش‌بینی شده و طرح‌های پشتیبانی و سیستم‌های تصادفی برای جلوگیری از مشكلات و نواقص بزرگ وجود داشته باشد. ده‌ها و صدها سناریوی احتمالی خطا برای هر زیرسیستم بر روی زمین در نظر گرفته شده و هر یك اصلاح می‌شوند.

البته هنوز ممكن است سناریوهای دیگری نیز وجود داشته باشند كه ما نمی‌توانیم پیش‌بینی كنیم. گاهی اوقات ساده‌ترین مشكلات نادیده گرفته می‌شوند (مانند مورد طراحی ایتالیایی از سیستم ارتباطاتی میان كاسینی و هویگنس كه در سوالات قبل شرح داده شد.) در این موقعیت‌ها، ما به بهبودپذیری سیستم‌های موجود و تجربه و خلاقیت بسیاری از مهندسان و دانشمندان باهوش برای حل مشكلات در دقایق آخر اطمینان می‌كنیم. گاهی اوقات مشكلاتی وجود دارند كه نسبت به آن‌ها نه كنترل و نه راه حلی در اختیار داریم.

نه تنها در مورد «كاسینی» بلكه در مورد هر ماموریت فضایی دیگر، اگر برای مثال زیرسیستم برق دچار نقص شود، هیچ سیستم دیگری كار نخواهد كرد كه بدیهی است این امر مضر است.

خوشبختانه از طریق چندین ماموریت پیشین قابل اطمینان بودن این زیرسیستم‌های اصلی ثابت شده است.

برای تصور سیستم راداری این قبیل مشكلات مشاهده نشده‌اند ولی برای هر سیستم الكترونیك، آنچه ممكن است در نهایت عمر ماموریت را محدود كند در بیانی ساده استهلاك و فرسودگی است.»

ایسنا: آیا امكان تغییر مسیر «كاسینی» برای جلوگیری از برخوردهای احتمالی مثلا برخورد با شهاب سنگها و اجرام كوچك آسمانی وجود دارد؟ سیستم‌های حساس راداری و سایر بخش‌های كاسینی چگونه در مقابل حوادث احتمالی محافظت می‌شوند؟

«ابعاد كاسینی حدودا دو برابر یك خودروی كوچك است. اندازه آن در حدود هفت متر در چهار متر است و تقریبا دو هزار و 500 كیلوگرم وزن دارد؛ بنابراین برخورد اجرام كوچك به سفینه تاثیر مهمی بر عملكرد و مسیر آن ایجاد نمی‌كند. برخورد كاسینی با یك جرم بزرگ‌تر مانند یك شهاب سنگ اگرچه غیر ممكن نیست اما احتمال آن بسیار اندك است، به ویژه اگر احتمال برخورد دو نقطه در حال حركت را در یك چنین فضای بزرگی در نظر بگیرید. به منظور حفاظت علیه اجرام خارجی دیگر، زیرسیستم‌های مختلفی كه درباره آن شرح داده شد، به كار گرفته می‌شوند.»

ایسنا: یكی از مهم‌ترین استدلال‌هایی كه طرفداران ماموریت‌های پرخرج فضایی در برابر مخالفان دارند این است كه ماموریت‌های فضایی به توسعه فنی و تكنولوژیك در سایر زمینه‌های مورد نیاز انسان منجر می‌شود. به نظر شما ماموریت «كاسینی» و به ویژه سیستم راداری آن كه شما از نزدیك با آن آشنایی دارید چه دستاوردی علمی و تكنولوژیك برای بشر داشته است؟

«مهمترین سهم كاسینی تهیه اطلاعات جدید و بی‌سابقه درباره قسمت مهمی از منظومه شمسی ما و در نتیجه تهیه سرنخ‌هایی از منابع پیداش آن خواهد بود. بعلاوه، این ماموریت مهمترین همكاری میان ایالات متحده و آژانس فضایی اروپا در زمینه یك ماموریت فضایی بوده و راه را به سوی سایر همكاری‌های فعلی و آتی میان این دو آژانس باز كرده است.

این ماموریت بدون همكاری تمام شركا امكان‌پذیر نمی‌شد و در همین راستا نمادی از روح همكاری و موفقیت بوده است. هم‌چنین تاثیرات آموزشی این ماموریت را نمی‌توان نادیده گرفت. این ماموریت تلاش‌ها‌ی بسیاری را برای تدریس و اطلاع‌رسانی به محصلان مدارس و دانشجویان و دانش‌پژوهان درباره ماموریت‌های فضایی، منظومه شمسی، حسگرهای مختلف كنترل از راه دور، فناوری‌های ابزار مستقر و نیز دینامیك‌های مداری در پی داشته است.»

ایسنا: لطفا كمی درباره برنامه‌ها و طرح‌های «ناسا» درباره سیاره زمین توضیح دهید. ناسا در سیاره ما چه اهدافی را دنبال می‌كند؟

«ناسا اهداف علمی بسیاری برای زمین در نظردارد. مطابق با آنچه از اسناد و مدارك ناسا نقل شده است، هدف این آژانس در علم زمین مشاهده، درك و الگو برداری از نظام این سیاره برای كشف نحوه تغییرات آن در حال حاضر، پیش‌بینی بهتر این تغییرات و درك نتایج و پیامدهای زندگی بر روی زمین می‌باشد.در این راستا چندین حوزه تحقیقاتی مهم مورد تاكید قرار می‌گیرند:

1) سیستم خورشید- زمین كه در آن خورشید، بادهای خورشیدی و سیارات به عنوان یك سیستم واحد مطالعه می‌شوند و اطلاعات درباره ارتباطات آنها در نهایت برای پیش‌بینی تاثیرات تغییرات خورشید بر روی ما و زیرساخت حیات ما مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2) تغییرات جوی و آب و هوایی در جایی كه داده‌های مقیاس جهانی مستقر شده بر روی سیستم‌هایی چون اقیانوس‌ها و كهكشان‌ها جمع‌آوری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.

3) چرخه جهانی كربن و اكوسیستم‌ها در شرایطی كه انتشار و چرخه كربن در خشكی، اقیانوس و اتمسفر مشاهده و تحلیل شده و برای تعیین كمیت تولید جهانی، جریان‌های كربن و دینامیك‌های پوشاننده خشكی‌ها بكار می‌روند. هم‌چنین پیش‌بینی روند‌های آتی از چرخه كربن از اهداف اصلی این مبحث علمی است.

4) سطح و داخل زمین، با هدف ارزیابی موقعیت‌های فعلی و بررسی روش‌هایی برای پیش‌بینی خطرات طبیعی نشات گرفته از داخل زمین كه در قالب زمین‌لزره‌ها، فوران‌های آتشفشانی و زمین لغزه‌ها بروز می‌كنند.

5) تركیبات اتمسفر برای مطالعه تغییرات در تركیبات شیمیایی اتمسفر با گذشت زمان، شامل تاثیرات تغییرات ایجاد شده از سوی بشر مانند سوزاندن سوخت‌های فسیلی

6) آب و هوا، با هدف مطالعه دینامیك‌های اتمسفر و تعاملات داخلی آن با خشكی‌ها و اقیانوس‌ها كه در مقابل بر روی پروسه‌هایی كه در كوتاه مدت و طولانی مدت بروز می‌كنند تاثیر می‌گذارند.

یك حوزه آشكار از این مطالعه بهبود وضعیت پیش‌بینی شرایط آب و هوایی بویژه برای پیش‌بینی‌های طولانی مدت است.

7) چرخه جهانی آب و انرژی در شرایطی كه انتقال آب و انرژی در كل سیستم زمین مورد بررسی قرار می‌گیرد. این سیستم شامل انتقال آب در قالب‌های مختلف از جمله بارش، ذخائر، آب تخلیه شده و آب‌های تبخیر شده می‌باشد. اگرچه اهداف علمی به این بخش‌های مجزا تقسیم می‌شوند، با توجه به اینكه ظاهرا كار سیستم زمین و به طور كلی عملكردهای آن به هم مرتبط هستند، یك تصویر منفرد و قابل درك تشكیل می‌دهد.

برای درك این اهداف، ناسا مقادیر قابل توجهی در زمینه مدارگرد‌های زمینی و ابزار هوای حسی از راه دور از جمله رادارها، ابزار نوری چند طیفی و ماوراء طیفی و حسگرهای مستقر سرمایه‌گذاری كرده و این سرمایه‌گذاری هم‌چنان ادامه دارد. این آژانس هم‌چنین سرمایه‌گذاری مهمی بر روی آزمایش‌های زمینی و توسعه فناوری برای اثبات مفاهیم مختلف ارزیابی داشته است. به علاوه تحلیل‌های تئوریك و توسعه الگویی حوزه دیگری از تاكیدات ناسا است.»

ایسنا: لطفا درباره Team X ناسا و مسوولیت و فعالیت‌های خود در آن توضیحاتی بفرمایید. این تیم چه برنامه‌هایی را دنبال می‌كند؟

«تیم X » نام گروهی از مهندسان و دانشمندان است كه با یكدیگر و به طور همزمان ماموریت‌های مدار زمینی یا فضایی را در مدت زمانی كوتاه طراحی می‌كنند. این یك فضای مهندسی همزمان است؛ جایی كه افراد با تجارب مختلف می‌توانند در طراحی ماموریت شركت كنند و با یك طراحی ابتدایی روبرو شوند كه نیازها و ضروریات از نقطه نظر تمام زیرسیستم‌ها را به حساب می‌آورد.

این یك فضای بسیار پویا با گامی سریع است كه طی آن یك مفهوم ابتدایی ارزیابی علمی به یك طراحی ماموریتی در الگویی زمانی تبدیل می‌شود.

نقش من در گروه زمانی كه در آزمایشگاه JPL بودم این بود كه مطمئن شوم ماموریت‌ها و ابزار طراحی شده در اقدامات علمی مورد نیاز بكار گرفته شوند. به عبارت دیگر، من پل ارتباطی میان دانشمندان و مهندسان برای حصول اطمینان از این امر بودم كه دستاورد‌های علمی و محدودیت‌های مهندسی می‌توانند همزمان و هماهنگ باشند.»

ایسنا: لطفا درباره رادار SAR، نحوه عملكرد و كاربردهای آن، مزیت آن نسبت به سایر سیستم‌های راداری و استفاده‌هایی كه در آزمایشگاه JPL از آن می‌شود توضیحاتی بفرمایید.

« رادار دهانه تركیبی (Synthetic Aperture Radar) یا SAR یك رادار قدرتمند است كه با وجود تركیب یك روزنه آنتنی بزرگ از یك روزنه فیزیكی كوچك در آن این امكان برای ما پیش می‌آید كه به تصاویر دقیق و واضح دسترسی پیدا كنیم. در اصل یك آنتن دارای یك ردپا است كه به اندازه آن بسته به طول موج سیگنال دریافتی یا ارسالی بستگی دارد. این فاكتور دقت رادار را محدود می‌كند چرا كه هر چه فركانس‌ها كاهش می‌یابد اندازه فیزیكی آنتن‌ها آنقدر بزرگ می‌شود كه می‌تواند تصاویر قابل‌قبولی را در زمین از فضا یا حتی هوا تهیه كند. برای مثال از یك مدار از فاصله 500 كیلومتری و فركانس 2/1 گیگا هرتز ( طول‌موج حدود 25 سانتی متر ) یك آنتن با طول تقریبا یك كیلومتر نیاز است تا تصویری با رزولوشن 100 بر روی زمین دریافت شود.

SAR بر اساس تركیب روزنه عمل می‌كند كه به معنی استفاده از یك آنتن كوچكتر بین 10 تا 15 متر است اما یك روزنه بزرگ و موثر به طور مصنوعی همزمان با حركت آنتن با ماهواره یا هواپیما ایجاد می‌شود و در هر موقعیت ركوردی از سیگنال‌هایی كه از سطح زمین بازگردانده می‌شوند، گرفته می‌شود، سپس از راه پردازش كافی سیگنالی تصاویر با وضوح بالا در مقایسه با رزولوشنی حاصل آنتن‌های بزرگتر بدست می‌آید. در واقع در حالت تئوری از این راه می‌توان به رزولوشنی برابر با نیمی از طول آنتنی در راستای خط پرواز دست پیدا كرد.»

ایسنا: در پایان، لطفا درباره فعالیت‌های خود در حوزه رادار SAR و همچنین طرح spaceborne SAR instrument for global measurement of deep and subsoil moisture نیز توضیحاتی بفرمایید. اجرای آن از كی آن شده و چه هدفی را دنبال می‌كند؟ این طرح به چه فناوری‌ها و تكنیك‌هایی نیاز دارد؟ مسوولیت شما در این طرح چیست؟

« من سال‌ها در حوزه كلی SAR فعالیت كرده‌ام. این فعالیت شامل جنبه‌های مختلف از قبیل مهندسی سیستم‌ها، درجه‌بندی و تفسیر داده‌ها، بازگرداندن تحلیل‌های پراكنده و طراحی ماموریت‌های جدید بوده است. 

 پروژه‌ای كه به آن اشاره كردید نیز ایده‌ای ناشی از تجربه من با بسیاری از سیستم‌های راداری دیگر و مشاهده آن است كه آنچه در مطالعه انواع مختلف زیرسطح‌ها وجود نداشت، رادارهایی با فركانس‌های پایین بود. هر چه فركانس كمتر باشد نفوذ بیشتر شده و موارد كمتری از قلم می‌افتد؛ بنابراین من این ایده را برای ماموریتی با عنوان Microwave Observatory of Subcanopy ارائه كردم.

این ایده شامل سیستم راداری با فركانس پایین است كه می‌تواند به جنگل‌ها و درون خاك نفوذ كند و اطلاعات را به سوی دریافت‌كننده رادار درباره شماری از خصوصیات زیرسطح حمل كند.

این یك سیستم SAR است كه به رغم تكنیك‌های روزنه تركیبی هنوز به یك آنتن بزرگ در ترتیب 30 متری نیازمند است. چنین آنتنی به طور طبیعی چندین تن وزن دارد اما ما روشی ارائه كرده‌ایم كه این حجم را تا یك دهم كاهش می‌دهد.

در حال حاضر این پروژه در مرحله تحلیل و توسعه فناوری است. هنوز نمی‌توان گفت كه این ماموریت به حقیقت می‌پیوندد یا خیر؛ چرا كه به بسیاری از مسائل فنی و مالی بستگی دارد. من پژوهشگر اصلی این پروژه هستم.»

رهام به نقل از ایسنا

 كاسینی از حلقه ای درمیان قمرهای زحل عكس گرفت

فضاپیمای كاسینی حلقه ی كم نور و جزئی را در چرخش با قمر آنته به دور زحل كشف كرده است و وجود حلقه ی جزئی دیگری را در گردش با قمری دیگر را تایید كرده است.این مدرك دیگری است گواه بر اینكه بیشتر قمرهای كوچك داخلی زحل، درون حلقه ای جزئی یا كامل بدور سیاره در چرخ هستند.

تصاویر اخیر كاسینی موادی را موسوم به كمان حلقوی نشان می دهد كه مقابل و پشت قمرهای آنته و متون در مدارهایشان گسترده شده است.یافته ها نشان میدهد كه تاثیر گرانشی قمرهای نزدیك بر روی ذرات حلقه ،عامل اصلی در جهت شكلگیری یك كمان یا حلقه است.

عر دو قمر منتون و آنته در مكان های موسوم به رزونانس به دور زحل در گردشند، جایی كه جاذبه ی قمر بزرگتر همسایه میماس، مدارشان را مختل می كند. رزونانس های گرانشی همچنین مسئول بسیاری از ساختارها در حلقه های باشكوه زحل هستند. میماس كشش گرانشی منظمی را بر هر قمر وارد می كند كه این باعث پرش قمر به جلو یا عقب در داخل یك محدوده ی كمان شكل در مسیر مداریشان می شود. این عقیده ی نیك كوپر از اعضای تیم عكس برداری كاسینی از ذانشگاه كوئین مری لندن است. كوپر گفت" هنگامی كه ما فهمیدیم كه كمان های حلقوی آنته و متون در ظاهر بسیار شبیه به منطقه ای است كه در آن قمرها بعلت رزونانسشان با میماس به جلو و عقب نوسان دارند. ما می دانستیم یك رابطه ی علت و معلولی ممكن را داشتیم."

دانشمندان براین باورند كه كمان حلقوی كم فروغ آنته و متون به نظر شمال مواد كنده شده از این دو قمر كوچك در اثر برخورد شهابسنگ های كوچك باشد.این مواد به دلیل رزونانس های گرانشی در طول راه به دور زحل پخش نمی شود تا یك حلقه را تشكیل دهد. این تعامل مواد را در محدوده ای كم پهنا در طول مدارهای این قمرها محدود می كند.

این اولین كشف دررابطه با كمانی از مواد به دور آنته است.كمان متون اخیرا توسط كاسینی بوسیله ی ابزار تصویربرداری مگنتوسفری كشف شده بود،اما تصاویر جدید وجودش را تایید می كنند. تصاویر قبلی كاسینی حلقه های كم نوری را در ارتباط با قمرهایی كوچكی كه هم در داخل و هم در نزدیكی مجموعه ی حلقه های اصلی نشان می دهند از قبیل پن، جانوس، اپیمتوس و پالن.كاسینی همچنین قبلا كمانی را در حلقه ی جی،یكی از حلقه های اصلی و كم نور زحل مشاهده كرده است.

متیو هدمن از اعضای تیم عكسبرداری كاسینی از دانشگاه كرنل در ایتاكای نیویورك گفت: "احتمالا سازوكار مشابهی مسبب ایجاد كمان در حلقه ی جی است." هدمن و همكارانش در تیم عكسبرداری كاسینی اخیرا به این نتیجه رسیدند كه كمان حلقه ی جی به وسیله ی رزونانسی گرانشی با میماس ابقا می شود. بسیار شبیه به كمان های قمرهای كوچك. هدمن گفت" در واقع كمان آنته ممكن است شبیه به باقی مانده هایی باشد كه ما در كمان حلقه ی جی، كه در آن بزرگترین ذرات كاملا قابل مشاهده اند، مشاهده می كنیم. كسی ممكن است حتی فكركند كه اگر آنبه خرد شده است، بقایایش احتمالا ساختاری بسیار شبیه حلقه ی جی را شكل دهند."

تجزیه وتحلیل های اضافی توسط دانشمندان نشان می دهد كه هنگامی كه تاثیرات گرانشی میماس، كمان های آنته، میماس و حلقه ی جی را درجا نگه می دارد، موادی كه بهمراه قمرهای پالن ،جانوس و اپیمتوس در مدار حركت می كنند و دركنترل چنین نیروهای قوی تشدید شده ای نیستند و آزادند تا با گسترش به دور سیاره حلقه های كامل بدون كمان ایجاد نمایند.

ارتباط های پیچیده بین كمان های حلقوی و قمرها تنها یكی از چندین سازوكاری است كه در سیستم زحل وجود دارد. عضو تیم عكسبرداری كاسینی پروفسور مورای از دانشگاه كوئین مری لندن گفت: " مثال های متعددی در سیستم زحل وجود دارد از قمرهایی كه ساختارهایی را در حلقه ها ایجاد می كنند و مدار سایر قمرها را مختل می سازند. درك این فعل و انفعالات و یادگیری در مورد منشاشان به ما كمك می كند تا آنچه را در تصاویر كاسینی می بینیم قابل فهم كنیم."

منبع:http://www.physorg.com/news139841673.html