السفينة الفضائية: تعريغها، ومكوناتها، وأكثر

تتم صناعة السفن الفضائية لغايات السفر في الفضاء؛ حيث يتم إطلاق هذه السفن من الأرض باستخدام مركبة إطلاق، وقد تكون هذه السفن مأهولة؛ أي أنها تحمل أشخاصًا يسافرون للفضاء عبرها أو غير مأهولة؛ أي أنها تحمل حمولة دون وجود أشخاص مسافرين عبرها للعودة بهم للأرض.^[١][٢]

السفينة الفضائية

تخضع المركبات أو السفن الفضائية لنمط طيران خاضع للرقابة أعلى الغلاف الجوي السفلي للأرض، وقد صُممت هذه المركبات بأشكال عدة اعتمادًا على البعثات التي تخرج لأجلها وتفاوتها في التعقيد، إذ يتم إطلاق هذه المركبات للعديد من المهام والخدمات كزيادة المعرفة العلمية والاتصالات، بالإضافة إلى التنبؤ بالطقس وتعزيز الأمن القومي.^[٣][١]

أجزاء السفينة الفضائية

يوجد العديد من الأجزاء الرئيسية للسفن الفضائية أهمها: المحرك، والنظام الفرعي للطاقة، ونظام التوجيه، ونظام الاتصالات كما يوجد العديد من الأدوات العلمية الأخرى وتقع أغلب هذه النظم في وحدة أو قسم يدعى وحدة الخدمة، إلا أن الأدوات العلمية تتبع لوحدة الحمولة كما أنها مغطاة من داخل الوحدة الهيكلية الرئيسية، وفيما يلي أهم احتياجات المركبة الفضائية عند الإطلاق:^[٤][٥]

• الدفع: قد تكون وحدة الدفع الخاصة بالسفن الفضائية مرفقةً بها أو قابلة للتخلص، أو قد تكون قوة الدفع ناجمة عن مركبة الإطلاق، وهناك العديد من أنظمة الدفع أهمها:
• الدفع الكيميائي: يعد الدفع بالغاز البارد من أبسط أنواع الدفع الكيميائي؛ حيث يتكون هذا النظام من غاز مضغوط وفوهة، وكلما كانت السفينة الفضائية بحاجة للدفع يتم إطلاق بعض الغاز من الفوهة
• الدفع بالطاقة الشمسية والطاقة الكهربائية: يتم استخدام محركات أيونية؛ حيث يطلق هذا المحرك رذاذ من الجسيمات المتأينة لإعطاء قوة الدفع، ويتم الحصول على الطاقة اللازمة لهذه المحركات؛ أي لتأيين جزيئات الوقود باستخدام ألواح الطاقة الشمسية.
• القوة: على السفن الفضائية توليد القوة وتوزيع القدرة اللازمة لإطلاق هذه السفن، وغالبًا ما يتم توفير هذه الطاقة باستخدام الألواح الشمسية، والتي يتم من خلالها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام، وتجدر الإشارة إلى أنه عندما تكون السفن الفضائية في الكسوف تفقد هذه الألواح وظيفتها ولا تولد الطاقة اللازمة.
• نظام الملاحة: يعرف نظام الملاحة عادةً بأنه القدرة على التحكم في الموقف والمدار، وهو ضروي جدًا؛ حيث يُستخدم للتحكم في موقف السفن الفضائية وتوجيهها لوجهتها الصحيحة، كما أنه يستخدم في الألواح الشمسية؛ إذ يساهم في إبقاء اتجاه الألواح الشمسية نحو الشمس، بالإضافة للأدوات التي تشير لمواقع وأهداف محددة، ويمكن تحقيق هذا التحكم في الاتجاه من خلال الشمس وأجهزة استشعار النجوم؛ حيث يمكن لهذه السفن استشعار كل من الشمس والنجوم، وهذا يسمح بحساب موقعها واتجاهها ثم يقوم نظام الدفع بنقل السفن الفضائية وتوجيهها بالشكل المناسب.
• نظام التحكم الحراري بالمركبات الفضائية: يتم استخدامه للتحكم في بيئة ودرجة حرارة نظام التشغيل في السفن الفضائية.^[٦]

مهام السفينة الفضائية

يتم إطلاق السفن الفضائية للفضاء للعديد من الأسباب، أهمها:^[٤]

• بعثات الفيزياء الفلكية: تقوم هذه البعثات بدراسة الكون من نجوم، ومجرات، وثقوب سوداء، وغيرها الكثير، وتتم دراسة هذه الأجسام من خلال جمع الإشعاعات التي تنبعث منها باستخدام التلسكوبات والكاميرات، بالإضافة إلى أجهزة الكشف، وغالبًا ما تمتلك هذه الأجهزة مرآة كبيرة لجمع الضوء من الأجسام الفلكية البعيدة، وتجدر الإشارة إلى أنه كلما زاد حجم هذه المرآة زاد الضوء الذي يمكنها جمعه، لينعكس ذلك على رؤية الجسم الفضائي بشكل أفضل.
• بعثات النظام الشمسي: تحمل السفن الفضائية مجموعة كبيرة وواسعة من الأجهزة التي تعمل على تسجيل المعلومات للغلاف الجوي للكوكب وسطحه وتحت سطحه، وقد تشمل هذه الأجهزة والأدوات كاميرات لأجل التقاط الصور، ويستخدم المطياف لتحديد التركيب الكيميائي لسطح الكوكب والغلاف الجوي والرادار الذي يستخدم لدراسة باطن الأرض، بالإضافة لبعض الأدوات التي تستخدم لدراسة الطريقة التي يتفاعل بها الكوكب مع الشمس.
• بعثات الفيزياء الأساسية: تستخدم هذه البعثات للقيام بتجارب فيزيائية جديدة وغير مجربة لمراقبة الكون.

أنواع السفن الفضائية

تنتمي السفن الفضائية لثماني فئات تبعًا لنوع البعثة التي تهدف لها، وفيما يلي هذه الفئات:^[٧]

• سفينة الفضاء فلاي باي 1: قامت المركبة الفضائية (Flyby) بمرحلة الاستطلاع الأولي لاستكشاف النظام الشمسي؛ حيث إنها تتبع مدارًا شمسيًا مستمرًا، ولم يتم التقاطها أبدًا في أي مدار كوكبي، وتجد الإشارة إلى أن هذه المركبة لديها القدرة على استخدام الأجهزة لمراقبة الأهداف التي قامت بالتجاوز عنها.
• السفينة الفضائية المدارية: تقوم هذه المركبة الفضائية بالسفر إلى كوكب بعيد والدخول في مداره، إذ إنها تحمل قدرة دفع كبيرة تتباطأ في لحظة مناسبة معينة لتدخل في مدار الكوكب، حيث يجب أن تكون هذه المركبة مصممة للتعايش مع الكسوف الشمسي، فقد يقوم الكوكب بوضع المركبة تحت ظله، مما يعمل على قطع إنتاج الألواح شمسية للطاقة الكهربائية اللازمة.
• سفينة الفضاء الجوية: يتم تصميم هذه المركبات الفضائية لمهمات قصيرة نسبيًا كجمع البيانات حول الغلاف الجوي لكوكب أو قمر صناعي وغالبًا ما تكون هناك مجموعة محددة من النظم الفرعية للمركبات الفضائية.
• سفينة لاندر الفضائية: تم تصميم مركبة لاندر الفضائية للوصول إلى سطح الكوكب والبقاء على سطحه لفترة كافية من أجل قياس البيانات عن بعد وإيصالها إلى الأرض.
• سفن المرصد الفضائية: تجدر الإشارة إلى أن هذه المركبات لا تسافر إلى وجهة معينة لاستكشافها؛ فهي تحتل مدارًا أرضيًا أو مدارًا شمسيًا؛ حيث تعمل فيه على مراقبة الأهداف البعيدة الواضحة لغلاف الأرض الجوي.
• الأقمار الصناعية للاتصالات: تكون مركبات الاتصالات الفضائية كثيرة في مدار الأرض كما يتم استخدام مركبات الاتصالات الفضائية التي تدور حول الأرض من قبل مرافق الاتصالات الأرضية التابعة لشبكة الفضاء لنقل البيانات بين مواقعها.
• السفن الفضائية الاختراقية: تمتلك هذه السفن أجهزة اختراق السطح وتحديد خصائص السطح المخترق.

تاريخ السفن الفضائية

تم إطلاق أول مركبة فضائية والتي تعرف بما يسمى سبوتنك 1 وتتبع للاتحاد السوفيتي في 4 أكتوبر من عام 1957 م، وكان وزن هذه السفينة 83.6 كجم، ثم تبعتها العديد من السفن الفضائية السوفييتية، والأمريكية الأخرى غير المأهولة، وبعدها بـ4 سنوات في 12 أبريل من عام 1961م تم إطلاق أول مركبة فضائية مأهولة، فوستوك 1، والتي حملت رائد الفضاء السوفييتي يوري غاغارين ومنذ ذلك الوقت تم إطلاق العديد من المركبات المأهولة وغير المأهولة الأخرى للعديد من الأهداف.^[١]

مراحل إطلاق السفن الفضائية

توجد العديد من المراحل اللازمة لإطلاق السفن الفضائية، أهمها:^[٨][٩]

• الغرض من المهمة: وهي الخطوة الرئيسية؛ حيث يجب تحديد بعض متطلبات إجراء البعثة التي تساعد على تصميم السفن الفضائية المناسبة؛ حيث يجب تحديد الغرض من المهمة وحجم الحمولة ومقدار قوة الدفع والتسارع وما إلى ذلك.
• التصميم: يتم تحديد تصميم المركبة الفضائية من حيث شكلها وحجمها وتكوينها بناء على طبيعة الحمولة؛ فإن كانت هذه المركبات مأهولة فإنها تتطلب احتياجات خاصة كسعة الجلوس وبوابات الدخول والخروج، كما يجب أن تتوفر نظم الدعم كالاتصالات، والنظم الكهربائية، والغذاء، والأكسجين.
• التحليلات: يجب على المهندسين تحليل العملية العامة للمركبة قبل إطلاقها وعند العودة؛ حيث يجب عليهم تحليل الخصائص الإيروديناميكية، وتدفق الهواء، ومراقبة الإجهاد الهيكلي، وآثار السرعة العالية، كما يجب عليهم الاطلاع على المواد الجديدة المناسبة التي يمكنها التقليل من التكلفة والوزن لسفينة الفضاء.
• الاختبار: يجب التحقق من إمكانية تحليق السفن الفضائية من خلال العديد من اختبارات الأداء والاهتزاز والحرارة، وبعد إجراء الاختبار الأولي للسفينة الفضائية يقوم المهندسون بإعادة تصميم أي أجزاء من هيكل سفينة الفضاء، أو أي من النظم الداخلية التي لا تستطيع الإيفاء بمتطلبات الأداء، ثم إعادة اختبار التصميم الجديد لها.
• التصنيع: بعد اجتياز التصميم النهائي للسفينة الفضائية الاختبارات الأولية، يتم تصنيع نموذج كامل من زجاج الألياف، أو بعض المواد الأخرى غير مكلفة، ثم يتم بناء نموذج فعلي أولي لهذا التصميم -والذي يدعى بنموذج الرحلة-، واختباره لضمان الجودة في التصميم، ثم إجراء الاختبارات اللازمة فإذا اجتاز هذا النموذج ساعات طويلة من الاختبارات بالإضافة إلى سلسلة من اختبارات الطيران التجريبية فيكون هذا النموذج جاهزًا للإنتاج والتشغيل.

أشهر السفن الفضائية

يوجد العديد من السفن الفضائية الشهيرة أهمها:^[١٠][١١]

• فوستوك: هي سفينة تابعة للاتحاد السوفيتي حملت أول إنسان إلى الفضاء، وهو يوري غاغارين، الذي انطلق في 12 أبريل 1961م وسجل دورة كاملة حول الأرض.
• وحدة أبولو: هي سفينة تابعة الولايات المتحدة كان هدفها نقل البشر إلى الفضاء، أطلقت في عام 1968م.
• شنتشو: سفينة تابعة لصين، انضمت بها الصين إلى قائمة أصحاب المركبات المأهولة للوصول إلى الفضاء، وأطلقت في عام 2003م.