يتيح مسار “العودة الحرة” Artemis II التابع لناسا للجاذبية القيام بالقيادة

ناسا أرتميس الثاني يتيح مسار “العودة الحرة” للجاذبية القيام بالعمل

بقلم دان فيرجانو حرره لي بيلينغز

ناسا أرتميس الثاني بدأت مهمة القمر مرحلة العودة من رحلتها التاريخية مساء الاثنين، لتكمل النصف الأول من مسار “العودة الحرة” الأنيق على شكل رقم ثمانية من الأرض إلى القمر والعودة مرة أخرى.

وقال رائد الفضاء جيريمي هانسن، أحد رواد الفضاء: “سنواصل رحلتنا إلى أبعد من ذلك في الفضاء قبل أن تنجح أمنا الأرض في إعادتنا إلى الوراء”. أرتميس الثانيالمتخصصين في البعثات، حيث حطم الفريق الرقم القياسي لمسافة السفر إلى الفضاء من الأرض يوم الاثنين. “الأهم من ذلك أننا نختار هذه اللحظة لتحدي هذا الجيل والجيل القادم للتأكد من أن هذا الرقم القياسي لن يدوم طويلاً.” في وضع علامة على السجل، أرتميس الثاني اقترح رواد الفضاء تسمية إحدى الفوهات باسم Integrity، على اسم مركبتهم الفضائية أوريون، وتسمية أخرى باسم كارول، نسبة إلى زوجة قائد المهمة ريد وايزمان الراحلة، كارول تايلور وايزمان، التي توفيت في عام 2020.

وفقًا لوكالة ناسا، كان أداء المركبة الفضائية كما هو متوقع، على الرغم من بعض الأخطاء البسيطة في الكمبيوتر ومشاكل في المرحاض.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

تم إطلاقه في 1 أبريل، أرتميس الثاني دخلت الآن اليوم السابع من مهمتها لإظهار رحلة مأهولة ناجحة حول القمر، وهي الأولى منذ أكثر من نصف قرن. في حوالي الساعة 7:02 مساءً بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم الاثنين، سجلت كبسولة أوريون وطاقمها المكون من أربعة رواد فضاء رقمًا قياسيًا لمسافة رحلة الفضاء البشرية، حيث وصلت إلى 252.756 ميلًا من الأرض أثناء دورانها حول القمر قبل أن تعود إلى الأرض.

والصواب: السقوط. أرتميس الثانيلقد تم تضمين عودة المركبة الفضائية إلى الوطن بالفعل في الرحلة، وذلك بفضل جاذبية القمر التي ثني مسار المركبة الفضائية أوريون لتطير الكبسولة إلى المنزل دون مساعدة كبيرة، إن وجدت، من محركات أوريون الصاروخية. هذا هو الجزء “المجاني” من مسار العودة الحرة، كما تقول سامانثا كينيون، الأستاذة المساعدة في هندسة الطيران والفضاء في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.

يقول كينيون إن الاختيار كان إما تشغيل محركات أوريون أثناء انقضاض المركبة الفضائية على الجانب البعيد من القمر وبعيدًا عن الاتصال اللاسلكي بالأرض، أو تشغيلها في وقت مبكر جدًا من المهمة وعلى مقربة من الأرض. وتقول إن اختيار المسار الأخير “يعني خطرًا أقل على رواد الفضاء الموجودين في الكبسولة” إذا حدث خطأ ما في الصواريخ. كما سجل مسار العودة الحرة الرقم القياسي لمسافة الرحلة الفضائية الذي سجله الطاقم بالأمس.

يوم الخميس الماضي، تم تسمية كبسولة أوريون رسميًا نزاهة– أطلقت صواريخها لمدة ست دقائق تقريبًا في “حرق الحقن عبر القمر” الذي استهلك ما يقرب من 1000 رطل من الوقود، وهو ما يكفي فقط لتخفيف قبضة الجاذبية الأرضية وتحديد مسار للدوران حول الجانب البعيد من القمر والعودة الحرة. سارت المناورة بشكل جيد لدرجة أن وكالة الفضاء تخطت اثنين من أصل ثلاثة حروق تصحيحية أصغر مدرجة في جدول المهمة.

يقول كينيون إن مهندسي الفضاء الجوي يمكنهم رسم مثل هذه المسارات من خلال التفكير في عوامل الجذب الخاصة بالأرض والقمر على أنها “آبار” للجاذبية. تخيل آبار الجاذبية هذه كخرائط طبوغرافية من نوع ما، حيث الأرض والقمر عبارة عن ثقبين جاذبية يدوران حول بعضهما البعض، وتحيط بهما تلال منحنية. مسار العودة الحرة هو في الأساس خدعة إرسال رخامية نزاهة تنطلق على طول المنحنيات المرسومة حول بئر الجاذبية المتحركة للقمر على مسار يتم التقاطه مرة أخرى بواسطة بئر جاذبية الأرض. وتقول: “بمجرد وصولك إلى ارتفاع معين على الخريطة الطبوغرافية لذلك التل والسير على هذا المسار، يمكنك البقاء مجانًا”. “كل ما تفعله المركبة الفضائية هو اتباع المسار المرتبط بالطاقة الممنوحة لها.”

ابتكرت البعثة الروبوتية لونا 3 التابعة للاتحاد السوفييتي عام 1959، وهي أول من قام بتصوير الجانب البعيد من القمر، وقد تم ترسيخ الشكل المميز للشكل الثامن لمسار العودة الحرة في وقت مبكر كخيار للبعثات القمرية. لكن الاستخدام الأكثر شهرة للمسار كان لصالح وكالة ناسا أبولو 13 مهمة في عام 1970، والتي، بعد حادث مؤسف شبه مميت أثناء رحلتها إلى القمر من أجل الهبوط المخطط له على سطح القمر، تم إحباطها للعودة المجانية لضمان عودة رواد الفضاء الثلاثة إلى الأرض.

من الناحية الفنية، يُشار إلى المسار على أنه حل لمشكلة “الأجسام الثلاثة” في الميكانيكا المدارية، حيث الأجسام هي الأرض والقمر والمركبة الفضائية، كما يقول جاي وارن ماكماهون، الأستاذ المشارك في هندسة الطيران والفضاء في جامعة كولورادو، بولدر. (وتسبب جاذبية الشمس أيضاً اضطراباً طفيفاً في المسار، لذا فلابد من وضع ذلك في الاعتبار في الحسابات أيضاً). ويتطلب حل المشكلة عادة رسم حركة مركبة فضائية من “مجال تأثير” جاذبية الأرض، حيث تهيمن قوة سحب كوكبنا، إلى مجال القمر. ل أرتميس الثاني، تمت عملية التسليم هذه في تمام الساعة 12:41 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم الاثنين. يقول مكماهون: “نحن نطير أمام القمر، فيلحق بنا ثم يسحبنا إلى الخلف ويرجحنا”. “وبالتالي فإننا نعود بشكل أسرع وعلى مسار مختلف تمامًا عما كنا سنكون عليه لو لم يكن القمر هناك.”

تعمل حسابات مماثلة على تشغيل ما يسمى بمناورات مقلاع الجاذبية التي تستخدمها مجسات بين الكواكب مثل Voyager II التابعة لناسا لتحسين أوقات العبور في جميع أنحاء النظام الشمسي. تعتمد جميعها على نقل الزخم عبر قوة الجاذبية من الجسم الأكبر، سواء كان قمرًا أو كوكبًا، إلى مركبة فضائية صغيرة لتغيير مسار المركبة في الاتجاه المطلوب. في ما يعتبر في الأساس لعبة شد الحبل الجاذبية في الفضاء، تفقد المركبة الفضائية التي تمر أمام قمر أو كوكب بعضًا من زخمها الزاوي تجاه الجسم الأكبر، مما يغير مسارها تمامًا مثل القمر أرتميس الثاني. ويحدث العكس عندما تمر المركبة الفضائية خلف الجسم الأكبر لتكتسب بعض الزخم الزاوي. وفي كلتا الحالتين يغير مسار المركبة الفضائية.

ل أرتميس الثاني, هذا الجزء من الفيزياء سوف يرسل طاقمه إلى المنزل نزاهة في طريق العودة إلى الأرض في 10 أبريل في عرض رائع للميكانيكا المدارية.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.