«کاوشگر پژوهش» در یک نگاه
به دنبال موفقیت کاوشگر پیشگام در ارسال اولین میمون فضایی ایران به فضا در بهمن‌ماه ۱۳۹۱ و در راستای تحققِ بخشی از برنامه اعزام انسان به فضا، کارشناسان و پژوهشگران «پژوهشکده سامانه‌های فضانوردی» با امید و انگیزه دوچندان، آماده‌سازی کپسول فضایی دیگری را برای ارسال دومین میمون فضایی ایران به فضا، در دستور کار قرار دادند.
این محموله سرنشین‌دار که «کاوشگر پژوهش» نام دارد پس از بهبود و توسعه زیرسامانه‌های کاوشگر پیشین و افزایش قابلیت اطمینان آن، برای پرتاب با یک حامل سوخت مایع در مورخ شنبه ۲۳ آذرماه ۱۳۹۲ آماده شد.
مطابق برنامه‌ریزی، «کاوشگر پژوهش» در این روز در پایگاه پرتاب‌های فضایی ایران واقع در سمنان، روی سکوی پرتاب مستقر شد و همان‌طور که انتظار می‌رفت دومین میمون فضایی ایران را به فضای زیرمداری ارسال کرد و پس از مدت زمان حدود ۱۵ دقیقه سالم به زمین بازگرداند. در پرتو عنایات الهی، با موفقیت «کاوشگر پژوهش» در این مأموریت، گام بلند دیگری در دستیابی به فناوری‌های فضانوردی برداشته شد.
بارزترین تفاوت میان «کاوشگر پژوهش» و پیشگام، استفاده از حامل سوخت مایع بود که زمینه انجام این مأموریت را با شتاب برخاست کمتری فراهم کرد. «سامانه ضربه‌گیر فرود»، دیگر فناوری ارتقاء یافته در «کاوشگر پژوهش» بود که با به‌کارگیری آن، ضربه واردشده به موجود زنده در لحظه برخورد به زمین کاهش چشمگیری یافت. دستیابی به این فناوری‌ها گام مؤثری در راه نزدیک شدن به شرایط مطلوب برای انجام مأموریت‌های فضایی سرنشین‌دار است.
برنامه‌ریزی «کاوشگر پژوهش» به نحوی بود که بعد از جدا شدن از پرتابگر و اوج‌گیری تا ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری از سطح زمین و مواجهه با شرایط بی‌وزنی، پس از حدود ۱۵ دقیقه سالم به زمین بازگردد.
در تمامی این مراحل داده‌های ثبت‌شده توسط حسگرهای علائم حیاتی موجود زنده و پارامترهای محیطی کپسول زیستی در رایانه پرواز ثبت و هم‌زمان به ایستگاه‌های زمینی مخابره شد تا وضعیت عمومی موجود زنده در طول پرتاب پایش شود. در این پرتاب داده‌برداری صوتی با حسگر و تجهیزات داده‌برداری بسیار دقیق برای نخستین بار صورت پذیرفت.
«کاوشگر پژوهش» با برخورداری از محموله‌ای به وزن ۳۲۰ کیلوگرم، به زیرسامانه‌های مهم و اساسی برای پشتیبانی حیات موجود زنده و تجهیزات حساس برای ارائه خدمات الکترونیکی و مخابراتی مجهز شده بود. در مسیر بازگشت، محموله علمی ـ پژوهشی کاوشگر که میمون فضانورد ایرانی را در خود جای داده بود، پس از جدایش دماغه و بخشی از سامانه جدایش حامل با وزنی حدود ۲۹۰ کیلوگرم به همراه تمامی داده‌های به دست آمده از تحقیقات و کاوش‌های فضایی مورد نظر، به کمک سامانه بازیابی بر زمین فرود آمد.
چالش‌های پیش‌رو در ماموریت کاوشگر پژوهش
ارسال موجود زنده به فضای زیرمداری با به‌کارگیری کاوشگرها و برآوردن اهداف اصلی در مطالعات زیست‌فضایی، نیازمند توانمندی‌های خاص و فناوری‌های جدیدی است که دستیابی به هریک از آنها با چالش‌های متعددی روبه‌روست.
در کنار چالش‌های مهندسی و فنی انتخاب حیوان به عنوان موجود زنده مناسب برای تحقیقات زیست‌فضایی، آماده‌سازی، آموزش، سازگارسازی و حساسیت‌زدایی آن نیز از مراحل مهمی است که باید هم‌زمان با توسعه فناوری کاوشگرها صورت گیرد. همچنین، طراحی و ساخت یک کپسول زیستی که بتواند شرایط ارسال جاندار به فضای زیرمداری را در محیطی امن و سالم فراهم کند و تحقیقات و مطالعات زیستی موجود زنده را در حین پرتاب میسر سازد، از مهم‌ترین نیازمندی‌های چنین پروژه‌هایی است.
پس از آن، کسب فناوری بازیابی محموله زیستی از ارتفاعات بالا، رهگیری آن و تعیین موقعیت فرود برای یافتن سریع محموله، و همچنین عملیات و خدمات گسترده لجستیک اهمیت فراوانی دارد.
علاوه بر این، تمامی اجزای کاوشگر ـ از زیرسامانه‌های خدماتی مانند تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی تا سپر حرارتی و سطوح ایرودینامیکی ـ باید در تمام مراحل پروازی عملکردی مطلوب داشته باشند و اجزای سخت‌افزاری، حسگرها، سامانه صدور فرامین، بخش نرم‌افزاری و ارتباطات بین آنها بی‌‌هیچ عیب و نقصی عمل کند. اگر اختلالی در کارایی هریک از این اجزاء روی دهد، ممکن است اهداف این مأموریت به خطر افتد.
تمامی موارد یادشده توانمندی‌هایی است که پژوهشگران و کارشناسان در کاوشگرهای پیشین، گام به گام به آنها دست یافته‌اند و اینک پرتاب موفق «کاوشگر پژوهش»، مهر تأییدی بر این آموخته‌هاست.
آماده‌سازی کاوشگر پژوهش
ماه‌ها پیش از پرتاب «کاوشگر پژوهش»، به موازات فرایند طراحی و ساخت کاوشگر و پس از آن، براساس برنامه‌ای دقیق، آزمایش‌های مختلفی انجام شد تا قابلیت اطمینان مورد نظر برای عملکرد مناسب هریک از زیرسامانه‌ها فراهم شود. برای انجام این آزمایش‌ها، از دانش متخصصان ایرانی و مجهزترین تجهیزات آزمایشگاهی موجود در صنایع و دانشگاه‌های کشور استفاده شد. حدود دو هفته پیش از پرتاب، آزمایش‌های یکپارچه‌سازی و سازگاری سامانه‌ها به منظور اطمینان از هماهنگی عملکرد تمامی زیرسامانه‌های محموله کاوشگر در کنار حامل به انجام رسید.
هم‌زمان با طراحی کاوشگر، فعالیت‌های متعددی نیز برای سازگارسازی موجود زنده با شرایط پروازی انجام پذیرفت که از مهم‌ترین اقدامات این مأموریت بود. تیم فیزیولوژی پژوهشکده سامانه‌های فضانوردی به موازات تیم فنی، با انتخاب سه میمون از نژاد رزوس با نام‌های «ترنج»، «ترنگ» و «فرگام»، آموزش‌شان را با به‌کارگیری محیط‌های شبیه‌ساز فضایی و با هدف تحمل شرایط پرواز (شامل شتاب، ارتعاش و شوک) و حساسیت‌زدایی نسبت به این شرایط آغاز کردند.
سناریوی پروازی کاوشگر پژوهش
توالی درست وقایع پرتاب برای حامل و محموله کاوشگر، مستلزم برنامه‌ریزی و زمان‌بندی دقیق زیرسامانه صدور فرامین است. مسیر پرواز «کاوشگر پژوهش» با تفاوت اندکی در زمان وقایع (ناشی از تفاوت در زمان سوزش موتور)، مشابه مسیر کاوشگر پیشگام بود. بعد از شمارش معکوس و جدایش کاوشگر از سکوی پرتاب، زمان صفر زیرسامانه صدور فرامین آغاز شد. با گذشت ۲۲ ثانیه از لحظه پرتاب، کاوشگر در ارتفاع حدود ۵ کیلومتری به سرعت مافوق‌صوت رسید و ۱۵ ثانیه بعد، ناحیه بیشینه فشار دینامیکی را در ارتفاع حدود ۱۰ کیلومتری پشت سر گذاشت. اینجا ناحیه‌ای است که تنش‌های مکانیکی به دلیل ترکیب سرعت و مقاومت ناشی از جو زمین، به بیشترین مقدار خود می‌رسد.
پس از آنطبق سناریوی پروازی، سوزش موتور به پایان رسید و کاهش شتاب کاوشگر آغاز شد. در این مرحله است که کاوشگر در ارتفاع حدود ۳۲ کیلومتری از سطح زمین با سرعتی معادل ۵,۴ برابر سرعت صوت، فضا را می‌پیماید. کاوشگر به صعود خود ادامه داد تا طبق زمان‌بندی تعیین‌شده، در خارج از جو غلیظ و پیش از رسیدن به نقطه اوج، سیستم‌های جدایش عمل کرده و با ارسال فرمان الکتریکی، به ترتیب دماغه کاوشگر و حامل از محموله جدا شدند.
پس از این مراحل، محموله استوانه‌ای حامل موجود زنده از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتر عبور کرده و پس از گذشت ۱۰۰ ثانیه تا ارتفاع ۱۲۰ کیلومتر اوج گرفت. در تمام این مدت و پیش از بازگشت دوباره به جو غلیظ، کاوشگر با شرایط بی‌وزنی مواجه است و باید بتواند سرنشین زنده خود را به سلامت به زمین بازگرداند ـ مهمی که با موفقیت کامل محقق شد. در تمامی این مراحل، داده‌های ثبت‌شده توسط حسگرهای علائم حیاتی موجود زنده و حسگرهای علائم محیطی کپسول زیستی در رایانه پرواز ثبت و هم‌زمان به ایستگاه‌های زمینی ارسال می‌شد.
فرود آرام کاوشگر پژوهش
کاوشگر در مسیر بازگشت و بعد از ورود به جو غلیظ، به کمک سطوح ایرودینامیکی پایدارکننده خود که روی بدنه آن نصب شده است حول وضعیت قائم پایدار شده و برای بازیابی مهیا می‌شود.
با توجه به طراحی ایرودینامیکی و دینامیکی کاوشگر، موجود زنده در مسیر بازگشت به زمین، در وضعیت نخستین خود هنگام پرتاب قرار می‌گیرد. موجود زنده در این وضعیت، توانایی بیشتری برای تحمل شتاب و شوک‌های ناشی از ورود به جو خواهد داشت.
همچنین در حین ورود به جو، گرمایش ایرودینامیکی، گرم شدن بیش از اندازه کاوشگر را به دنبال خواهد داشت؛ از این‌رو، ضروری بود برای ممانعت از انتقال حرارت و آسیب دیدن کاوشگر و سرنشین آن، از عایق‌های حرارتی (سپر حرارتی) مناسب استفاده شود.
شایان ذکر است حرارت تولیدشده دمای بدنه را به ۰۰ ۸ درجه سانتی‌گراد می‌رساند ولی سپر حرارتی و پوشش‌های به کار گرفته‌شده روی بدنه کاوشگر و بالک‌ها، به‌راحتی این دما را تحمل کرده و از انتقال آن به درون کپسول جلوگیری کرده است.
با کاهش ارتفاع و افزایش نیروهای ایرودینامیکی، از سرعت کاوشگر کاسته شده و در نهایت در ارتفاع ۷ کیلومتری زمین، کاوشگر به سرعت مطمئن برای باز شدن چترها (حدود ۰۰ ۸ کیلومتر بر ساعت) رسید.
در ادامه، نخست چتر ترمزی عمل کرد و سپس چتر اصلی کاوشگر باز شد و کاوشگر به‌آرامی بر خاک کویر فرود آمد. سامانه بازیابی کاوشگر در مجموع از چهار چتر استفاده می‌کند که یک چتر بسیار کوچک به عنوان راهنما، یک چتر کوچک ریبونی به عنوان چتر ترمزی، یک چتر متوسط و یک چتر بزرگ هم به عنوان کاهنده‌های اصلی سرعت به کار می‌روند. دو مکانیزم شلیک هم وظیفه پرتاب چترها به بیرون از محفظه را به عهده دارند.
فرگام، دومین میمون فضانورد ایرانی
با آغاز مرحله بازیابی، تیم‌های دیده‌بانی، رادار و رهگیری موتور، جمع‌آوری اطلاعات و تحلیل مسیر کپسول زیستی را آغاز کردند. با فرود سالم و موفقیت‌آمیز محموله، آغاز بی‌درنگ عملیات بازیابی و حضور سریع تیم پزشکی در نقطه فرود، اهمیتی دوچندان یافت.
تیم عملیات با جمع‌آوری اطلاعات تیم‌های رهگیری و دیده‌بانی، در نهایت براساس اطلاعات زیرسامانه موقعیت‌یاب، محل فرود محموله را تعیین کرده و تیم‌هایی را به همراه بالگرد به نقطه مورد نظر اعزام کرد. با رسیدن اولین تیم به نقطه فرود، دومین میمون فضانورد ایران، کاملاً هوشیار و در سلامت کامل از کپسول خارج شده و برای انجام آزمایش و مراقبت‌های بیشتر، به ایستگاه و از آنجا به محل نگهداری خود منتقل شد.
به این ترتیب با بازگشت سالم میمون و کپسول زیستی، گام بلند دیگری برای دستیابی ایران به فناوریزیست‌فضایی برداشته شد. این دستاورد و افتخار بزرگ که حاصل دسترنج کارشناسان و دانشمندان ایرانی است، هدیه‌ای باشد به رهبر معظم انقلاب و ملت دانش‌پرور و خردورز ایران.
