بحران ارتباطات فضایی ناسا به خاطر آتش سوزی در اسپانیا و قطعی آنتن های شبکه فضای دوردست
به گزارش مجله حیات، چند روز پیش اخباری از گرمای بی سابقه در اروپا منتشر شد، اما شاید کمتر کسی تصور می کرد این موج سرما و گرما بتواند مستقیماً روی ارتباط ما با دوردست ترین کاوشگرهای بشریت تأثیر بگذارد. در این پست با هم می بینیم که چطور آتش سوزی در اسپانیا، یکی از کلیدی ترین مراکز ارتباطی ناسا را به تعطیلی کشانده و شبکه ای را که از قبل تحت فشار شدید بود، با یک بحران جدی روبرو نموده است. آیا واقعاً ارتباط ما با کاوشگرهای تاریخی مثل وویجر 1 قطعی شده است؟ با هم آنالیز می کنیم.
???? لیست بخش های این نوشته (کلیک کنید)
- گذر آتش از میان آنتن های غول پیکر ناسا در مادرید
- چرا ایستگاه مادرید جایگزینی در کره زمین ندارد؟
- بحرانی که از قبل رخ نشان داده بود؛ شبکه ای بدون ظرفیت خالی
- وقتی یک ایستگاه فضای دوردست از مدار خارج می شود چه اتفاقی می افتد؟
- تغییرات اقلیمی و تهدید زیرساخت های فضایی روی زمین
- چالش آسیب پذیری آنتن های غول پیکر و بازسازی پیچیده آن ها
- پیامدهای بحران شبکه فضای دوردست برای مأموریت های آینده فضا
گذر آتش از میان آنتن های غول پیکر ناسا در مادرید
آتش سوزی گسترده ای در تپه پایه های منطقه ای در غرب مادرید، مجتمع ارتباطات فضای دوردست ناسا (MDSCC) را در بر گرفت. این منطقه پوشیده از پوشش گیاهی خشک، سال هاست که میزبان شش آنتن رادیویی غول پیکر است که از سال 1964 میلادی تا به امروز ارتباط بشریت را با کاوشگرهای بین سیاره ای برقرار نگه داشته اند. با نزدیک شدن زبانه کشیدن شعله های آتش، تمامی 90 کارمند و متخصص این مرکز به سرعت و با امنیت کامل تخلیه شدند. اما تا زمانی که ارزیابی های ایمنی اجازه ورود بازرسان را ندهد، هیچ کس به طور دقیق نمی داند چه بلایی سر دیش های بزرگ الجثه آمده است. در میان این تجهیزات، یک دیش 70 متری واقع شده است که وزنی حدود 2694 تن دارد و یکی از حیاتی ترین ابزارهای گیرنده روی زمین است.
ناسا پس از خروج نیروها، قطع فعالیت ایستگاه مادرید را تأیید کرد و خاطرنشان کرد که راهنمایی ارتباطات به صورت بی وقفه به مرکز گلدستون در کویر موهاوی کالیفرنیا منتقل شده . البته باید توجه داشت که این پیوستگی سیگنال به معنای سلامت کامل شبکه نیست. پیش از بروز این حادثه آتش سوزی، بازرسان ارشد ناسا هشدار داده بودند که ظرفیت شبکه فضای دوردست بیش از حد مجاز زیر بار واقع شده است و مقدار تقاضای ارسال و دریافت داده در زمان های اوج، تا 40 درصد بیشتر از توان فعلی شبکه است. از دست رفتن مرکز مادرید شاید سیگنال ها را به طور کامل قطع ننموده باشد، اما فشار را روی سیستمی که هیچ ظرفیت اضافی نداشت چند برابر نموده است.
چرا ایستگاه مادرید جایگزینی در کره زمین ندارد؟
مجموعه آنتن های مادرید در موقعیت جغرافیایی خاصی قرار گرفته اند که دقیقاً 120 درجه از نظر طول جغرافیایی با دو مرکز دیگر این شبکه یعنی گلدستون کالیفرنیا و کانبرا در استرالیا فاصله دارد. این چیدمان هندسی اصلاً تصادفی نیست و کل منطق شکل گیری این شبکه بر پایه همین فاصله طراحی شد. همان طور که زمین به دور خود می چرخد، فضاپیمایی که از افق دید یک ایستگاه خارج می شود، درست در زاویه دید ایستگاه بعدی قرار می گیرد. به این ترتیب یک چرخه ارتباطی 24 ساعته و بدون وقفه برقرار می ماند.
در دنیا هیچ ایستگاه چهارمی وجود ندارد. سیستم شبکه فضای دوردست ناسا (DSN) از زمان راه اندازی رسمی خود به صورت سه پایه ای کار نموده است. اگر یکی از این سه پایه از مدار خارج شود، کل شبکه به یک سیستم دو پایه ای تبدیل می شود. نتیجه این اتفاق، ایجاد شکاف های زمانی در پوشش ارتباطی و قطع دسترسی به فضاپیماهایی است که در نقاط خاصی از آسمان قرار دارند.
شش آنتن موجود در مادرید شامل دیش های مختلفی هستند که فرکانس های متنوعی را پوشش می دهند. قوی ترین آن ها دیش 70 متری موسوم به DSS-63 است که مخصوص مأموریت های بسیار دور و حساس طراحی شده است. آنتن های نوتر این مرکز توانایی دریافت و ارسال فرکانس های مختلف مانند باند S، باند X و باند Ka را دارند. همین چندی پیش بود که برای نخستین بار در تاریخ این شبکه، هر شش آنتن مادرید هم زمان با هم آرایش یافتند تا سیگنال های بسیار ضعیف وویجر 1 (Voyager 1) را دریافت نمایند. وویجر 1 دورترین دست ساخته بشر است که بیش از 38 میلیارد کیلومتر از زمین فاصله دارد و سیگنال آن چنان ضعیف شده که تنها ترکیب توان چند دیش می تواند اطلاعات آن را بازخوانی کند. مادرید تنها مرکزی بود که چنین پیکربندی شش گانه ای را به طور کامل آماده داشت.
بحرانی که از قبل رخ نشان داده بود؛ شبکه ای بدون ظرفیت خالی
اهمیت فنی از دست رفتن مرکز مادرید را نمی توان بدون نگاه به شرایط کلی شبکه درک کرد. شبکه ای که اکنون بار مادرید را به دوش می کشد، از قبل تحت فشار شدید عملیاتی قرار داشت. ارزیابی های نظارتی نشان داده بود که مقدار تقاضا برای استفاده از این شبکه بسیار بیشتر از توان فنی آن است و این محدودیت حتی باعث شده بعضی مأموریت های علمی نتوانند داده های خود را به طور کامل به زمین بفرستند. پروژه های ارتقای تجهیزات نیز با تاخیرهای زمانی و هزینه های اضافی روبرو شده بودند.
مشکل دیگر این است که بزرگ ترین آنتن مرکز گلدستون در کالیفرنیا یعنی دیش 70 متری DSS-14 نیز از مدتی پیش به علت یک حادثه فنی از مدار خارج شده است. در آن حادثه به علت چرخش بیش از حد و خرابی سیستم های ایمنی، بخش پایه آنتن دچار آب گرفتگی شدیدی با مخلوط آب و گلیکول شد. تعمیرات سنگین این آنتن غول پیکر زمان بر است و تا مدت ها به مدار بازنمی شود.
به زبان ساده، از سه آنتن بزرگ 70 متری دنیا که توانایی ارتباط اضطراری و دریافت ضعیف ترین سیگنال های فضایی را دارند، یکی در کالیفرنیا خرابی سنگین دارد، دیگری در کانبرا بار اضافی گلدستون را تحمل می نماید و سومی در مادرید در میان آتش سوزی محاصره شده است. در این میان، برنامه های آینده مانند تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که حجم داده های آن صدها برابر تلسکوپ هابل خواهد بود، احتیاجمند پهنای باند بزرگی از همین شبکه هستند که اکنون در آستانه فلج شدن قرار گرفته است.
وقتی یک ایستگاه فضای دوردست از مدار خارج می شود چه اتفاقی می افتد؟
هنگامی که یکی از سه مرکز اصلی از دسترس خارج می شود، دو مرکز دیگر باید مسئولیت تمام مأموریت های زمان بندی شده را تقبل نمایند. برای بیشتر فضاپیماهای فعال مانند مریخ نوردها، کاوشگر مشتری یا پروب های سیارکی، این اتفاق به معنای قطعی کامل نیست، زیرا این ربات ها می توانند اطلاعات را در حافظه داخلی خود ذخیره نمایند و در زمان دسترسی بعدی بفرستند. اما جدول زمان بندی ارسال داده شبیه به تابلوی پروازهای یک فرودگاه شلوغ است و خارج شدن مادرید، تمام این برنامه ها را دچار اختلال می نماید و ناسا را مجبور می سازد دست به اولویت بندی بزند.
اما برای کاوشگرهایی نظیر وویجر 1، مسئله بسیار پیچیده تر است. سیگنال این کاوشگر به قدری ضعیف است که یک آنتن به تنهایی نمی تواند آن را آشکار کند. بدون آرایه شش تایی مادرید، مهندسان یا باید منتظر بمانند تا شرایط آرایش مشابه در مراکز دیگر فراهم شود یا به نرخ دریافت داده بسیار پایین تری رضایت دهند. در مأموریت های قبلی مانند پرتاب فضاپیمای اوریون (Orion) در مأموریت آرتِمیس 1 نیز دیدیم که برای دریافت داده های این فضاپیما، ارتباط با سایر مأموریت ها مثل تلسکوپ جیمز وب و مریخ نوردها کاهش یافت یا متوقف شد. اکنون همین سیاست اولویت بندی با شدت بیشتری روی تمام مأموریت ها اعمال خواهد شد.
تغییرات اقلیمی و تهدید زیرساخت های فضایی روی زمین
آتش سوزی در نزدیکی مادرید یک حادثه ایزوله و تصادفی نبود، بلکه بخشی از بحران شدید آتش سوزی های جنگلی در اروپا است که در اثر موج های گرمای متوالی شکل گرفته است. این شرایط باعث شد تا هزاران نفر در شهرهای مختلف اسپانیا و فرانسه مجبور به ترک خانه های خود شوند. گزارش های سازمان های بین المللی نشان می دهد که آمار آتش سوزی ها در شبه جزیره ایبری نسبت به سال های گذشته افزایش چشمگیری داشته و دمای هوا به رکوردهای کم نظیری رسیده است.
زیرساخت ارتباط فضایی مادرید در سال 1964 میلادی جانمایی شد. در آن موقع، خطر آتش سوزی های این چنینی جزو تهدیدهای اصلی در طراحی بنا محسوب نمی شد. اما با گذشت شش دهه، شرایط آب وهوایی محیط اطراف این ایستگاه کاملاً تغییر نموده و مخاطرات محیطی افزایش یافته است. این واقعیت نشان می دهد که تغییرات اقلیمی روی زمین چطور می تواند به طور مستقیم ابزارهای کاوشگر ما در اعماق منظومه شمسی را تحت تأثیر قرار دهد.
چالش آسیب پذیری آنتن های غول پیکر و بازسازی پیچیده آن ها
چرا بازسازی یا تعمیر یک آنتن فضای دوردست تا این حد زمان بر است؟ برخلاف آنتن های معمولی مخابراتی، دیش های 34 متری و 70 متری شبکه فضای دوردست ابزارهایی فوق العاده حساس و سنگین هستند. یک دیش 70 متری مساحتی به میزان یک بلوک شهری را اشغال می نماید و روی پایه های چرخانی واقع شده است که باید با دقت کسری از میلی متر به سمت نقاط مشخصی در آسمان نشانه بروند. در زیر این سازه ها، هزاران متر کابل برق، فیبر نوری و لوله های خنک نماینده در میان بخش های متحرک پیچیده شده اند. هرگونه آسیب حرارتی یا دوده ناشی از آتش سوزی می تواند قطعات الکترونیکی دقیق و روغن های هیدرولیک حساس را از کار بیندازد و بازسازی آن ماه ها یا سال ها زمان ببرد.
پیامدهای بحران شبکه فضای دوردست برای مأموریت های آینده فضا
آیا ناسا باید به فکر ساخت ایستگاه چهارم باشد یا تکنولوژی ارتباطات فضایی را تغییر دهد؟ واقعیت این است که ساخت یک مرکز نو به صدها میلیون دلار بودجه و سال ها زمان احتیاج دارد. از سوی دیگر، انتقال داده ها به روش لیزری و اپتیکال در حال توسعه است اما هنوز جایگزین امواج رادیویی در فواصل بسیار دور نشده است. بحران اخیر نشان داد که اتکای کامل به سه نقطه جغرافیایی تا چه حد ریسک عملیاتی دارد و احتمالاً سازمان های فضایی مجبور خواهند شد اتوماسیون فضاپیماها را برای ذخیره سازی طولانی تر داده ها افزایش دهند یا سرمایه گذاری بیشتری روی مقاوم سازی ایستگاه های زمینی انجام دهند.
جمع بندی نهایی
حادثه آتش سوزی در ایستگاه ارتباطی مادرید، آسیب پذیری زیرساخت های کلیدی زمین در برابر تغییرات اقلیمی را به رخ کشید. شبکه ای که سال ها با حداکثر توان و بدون ظرفیت خالی کار می کرد، اکنون با از دست دادن یکی از سه پایه اصلی خود در شرایطی شنماینده قرار گرفته است. اگرچه مهندسان ناسا با انتقال بار کاری به دو مرکز دیگر مانع از قطع کامل ارتباطات شده اند، اما این بحران نشان داد که کاوش های فضایی ما در اعماق منظومه شمسی، تا چه میزان به سلامت و امنیت ابزارهای موجود روی همین زمین وابسته است.
منبع: یک پزشک