چالش‌های پیش روی ناسا برای اکتشافات فضایی در ۱۰ سال آینده

یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که ناسا برای پیشرفت اکتشافات فضایی و فرستادن انسان‌ها به ماه و مریخ در ۱۰ سال آینده، با چه چالش‌هایی روبه‌رو خواهد شد و باید چه اقداماتی را انجام دهد.

کد خبر: ۶۵۴۰۹۰

تاریخ: ۲۲ شهريور ۱۴۰۲ - ۱۷:۲۳

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از اسپیس، عصر جدیدی از اکتشافات فضایی با تمرکز فراوان بر بازگشت بشر به ماه در حال ظهور است. اگر آمریکا و ناسا به رهبری جهان در اکتشافات فضایی در دورانی که فضا به ‌مدت طولانی برای فضانوردان باقی می‌ماند، حضور پایدار انسان در ماه و حتی فرستادن اولین انسان‌ها به مریخ ادامه دهند، افق‌های روشنی پیش روی آنها خواهد بود. نیاز به افزایش سرمایه‌گذاری در «بخش علوم زیستی و فیزیکی»(BPS) ناسا احساس می‌شود. این نتیجه‌ توسط پژوهشگران یک پروژه جدید در «آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی»(NASEM) به دست آمده است.

این گزارش موسوم به «شکوفایی در فضا - تضمین آینده تحقیقات علوم زیستی و فیزیکی: یک بررسی ۱۰ ساله بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۳۲»، به برخی از چالش‌هایی می‌پردازد که برنامه «آرتمیس»(Artemis) ناسا در ۱۰ سال آینده با آنها روبه‌رو خواهد شد. ماموریت آرتمیس قرار است اولین شخص رنگین‌پوست و اولین زن را تا سال ۲۰۲۵ به سطح ماه برساند و حضور پایدار انسانی را روی ماه رقم بزند.

«رابرت فرل»(Robert Ferl) رئیس یک کمیته راهبری ۱۰ ساله و استاد «دانشگاه فلوریدا»(UF) گفت: اکتشاف پایدار انسان فراتر از مدار پایین زمین، اهداف علمی و چالش‌هایی را به همراه دارد که هنوز آنها را تکمیل نکرده‌ایم یا در برخی موارد حتی در دوران ایستگاه فضایی بین‌المللی به آنها نزدیک نشده‌ایم. در اکتشافات پایدار، خدمه زمان بیشتری را فراتر از مدار پایین زمین برای زندگی و کار کردن در پایگاه‌های ماه یا مریخ صرف خواهند کرد. ناسا باید تلاش کند تا از انبوه قابلیت‌های تحقیقات دانشگاهی و از طریق پلتفرم‌های فضایی تجاری برای مقابله با این چالش‌های جدید استفاده کند و اطمینان یابد که بخش علوم زیستی و فیزیکی می‌تواند به تامین کردن نیازهای علمی ادامه دهد.

«الکساندر گرست» فضانورد «آژانس فضایی اروپا» و «سرنا آونون چانسلر» فضانورد ناسا، در حال نمونه‌گیری خون در ماژول «کلمبوس» ایستگاه فضایی بین المللی در سال ۲۰۱۸

۱۱ حوزه کلیدی مورد نیاز برای تضمین موفقیت فضایی در دهه آینده

این مقاله ۱۱ پرسش علمی کلیدی را نام برده است که باید در دهه آینده به آنها پاسخ داده شود تا ناسا بتواند به طور ایمن فضا را بررسی کند و تحقیقات حیاتی را فقط در محیط‌های کم‌گرانش انجام دهد. این پرسش‌ها در سه حوزه تحقیقاتی گسترده تحت پوشش بخش علوم زیستی و فیزیکی و «برنامه پژوهش انسانی»(HRP) ناسا قرار دارند و بر تعامل بین پدیده‌های فیزیکی و بیولوژیکی تأکید می‌کنند.

جنبه‌های بیولوژیکی که در این پژوهش به آنها پرداخته شده است، به شرح زیر هستند.

علوم زیستی در فضا و محیط‌های سیاره‌ای: طبق این بررسی ۱۰ ساله، دانشمندان با برنامه‌های بیولوژیکی ناسا باید خطرات سلامتی را که در محیط‌های فضایی برای انسان و سایر سیستم‌های بیولوژیکی ایجاد می‌شود، شناسایی کنند. این کار، بررسی کردن نحوه تعامل انسان‌ها، گیاهان، حیوانات و میکروب‌ها در فضا را شامل می‌شود.

زیست‌شناسی انسان و حیوان: این پژوهش بر نیاز ناسا به شناسایی کردن اثرات فضا بر جنبه‌های فردی سیستم‌های بیولوژیکی و چگونگی انعکاس تغییرات در سیستم قلبی-عروقی، عضلانی، استخوانی، دهلیزی، بینایی، مغز و سایر اندام‌های بدن تاکید می‌کند و به سطح ژنتیکی می‌رسد. این کار به معنی مطالعه کردن عواملی مانند مدت زمان پرواز فضایی، سطوح تشعشعات و حتی جنبه‌های رفتاری ناشی از زندگی کردن در فضاهای محدود و بسیار کنترل‌شده است.

گیاهان در فضا: گیاهان می‌توانند به عنوان بخشی از یک سیستم پشتیبانی از حیات طبیعی انسان در فضا مورد استفاده قرار بگیرند و برای رسیدن به این هدف، دانشمندان ناسا باید چگونگی رشد گیاهان در محیط‌های فضایی تحت ریزگرانش را بررسی کنند. همچنین، این پژوهش باید روش‌های رساندن آب و نور خورشید به گیاهان را برای رشد آنها در فضای دور از سطح زمین بررسی کند. با در نظر گرفتن انواع جدیدی از امکانات رشد گیاهان، چنین اطلاعاتی می‌توانند به فضانوردان آینده کمک کنند تا گیاهان را روی سطح ماه و حتی مریخ پرورش دهند.

«سوئیچی ناگوچی» فضانورد ژاپنی و مهندس پرواز ماموریت «اکسپدیشن ۶۴» به همراه تربچه‌های در حال رشد درون مرکز کاملا خودکار «زیستگاه گیاهی پیشرفته» در ایستگاه فضایی بین‌المللی

زیست‌شناسی میکروبی در فضا: انتظار می‌رود میکروارگانیسم‌ها در همه قسمت‌های فضاپیما و زیستگاه‌های فضایی انسان وجود داشته باشند. بنابراین، شناسایی کردن چگونگی رشد میکروب‌ها در فضا برای موفق شدن در ماموریت‌های بلندمدت و حفظ سلامتی فضانوردان حیاتی است. علاوه بر این، پژوهش حاضر نشان می‌دهد که دانشمندان باید بدانند چگونه میکروارگانیسم‌ها بر مواد فضاپیما و سایر جنبه‌های اقامت در فضا مانند بازیافت ادرار فضانوردان برای به دست آوردن آب تأثیر می‌گذارند.

همچنین، حیات میکروبی می‌تواند در ماموریت‌های بلندمدت اکتشاف فضایی برای عملکردهایی مانند چرخش کربن و سایر مواد مغذی، تخریب آلاینده‌ها، بیوسنتز مواد با ارزش و حمایت از رشد گیاهان استفاده شود. بنابراین، دانستن این که شرایط فضا چگونه بر جوامع میکروبی و خدمات بالقوه سودمند آنها تأثیر می‌گذارد، مهم است.

بیوفیزیک در فضا و محیط‌های سیاره‌ای: یک جنبه به سرعت در حال توسعه از تحقیقات بخش علوم زیستی و فیزیکی ناسا، استفاده کردن از فیزیک برای رسیدن به درک و توصیف فرآیندهای بیولوژیکی است. این پژوهش نشان می‌دهد ناسا باید از بیوفیزیکی استفاده کند که می‌توان از آن برای درک کردن چیزهایی مانند تأثیر گرانش بر مکانیسم‌های سلولی و مولکولی و چگونگی جریان یافتن مایعات در ساختارهایی مانند رگ‌های انسان و ساقه‌های گیاه استفاده کرد.

این پژوهش نشان می‌دهد ناسا در جنبه فیزیک صرفا بر تحقیقات پیرامون جنبه‌های اکتشاف فضایی تمرکز دارد که به شرح زیر هستند.

احتراق: این گروه پژوهشی دریافتند که محیط‌های گرانشی تغییریافته فضا، ماه و مریخ، چالش‌های منحصربه‌فردی را برای احتراق سوخت ایجاد می‌کنند و باید توسط ناسا در نظر گرفته شوند. در این گزارش آمده است که این عناصر باید برای جلوگیری از ایجاد آتش‌سوزی‌های ناخواسته و خطرناک در فضاپیماها و زیستگاه‌های فضایی درک شوند.

این بدان معناست که ناسا باید فیزیک احتراق اساسی را در ریزگرانش مطالعه کند تا اقدامات ایمنی بهتری را در برابر آتش، به ویژه برای ماموریت آرتمیس پیش بگیرد. رسیدن به درک بهتری از احتراق در فضا نیز می‌تواند به توسعه سوخت‌های بهتر کمک کند. فراتر از نیروی محرکه، این پژوهش را می‌توان برای مواردی مانند اکسیداسیون آب به منظور دفع زباله و برای تولید مواد سیمانی مورد نیاز زیستگاه‌های فضایی نیز استفاده کرد.

سیالات در فضا: ایمن نگه داشتن فضانوردان در مأموریت‌های فضایی، مطالعه کردن نحوه رفتار مایعات در طول فعالیت‌هایی مانند بازیافت هوا و آب، تولید غذا در فضاپیما، تولید نیرو و کنترل دما را نیز در بر دارد. بهتر درک کردن سیالات می‌تواند در مدل‌سازی نحوه رفتار مواد روی سطح ماه و مریخ هنگام عبور یا استخراج از آنها نقش داشته باشد.

گزارش ۱۰ ساله، بررسی چگونگی تأثیر گرانش را روی مایعات و گازها در حباب‌ها و قطره‌ها توصیه می‌کند. یکی از نمونه‌های تاثیرگذاری گرانش بر فضانوردان این است که چگونه جوشیدن در شرایط ریزگرانش، بر اندازه حباب‌های مایع تأثیر می‌گذارد. این موضوع به روش‌های پخت‌وپز مانند سرخ کردن مربوط می‌شود.

جامدات نرم و مواد دیگر: این بررسی ۱۰ ساله بر مطالعه کردن مواد غیر سیال مانند فوم‌ها تاکید دارد که به دلیل تغییر کردن روش تخلیه مایع در ساختار درونی‌شان، در فضا بسیار متفاوت از گرانش زمین شکل می‌گیرند و تکامل می‌یابند.

درک بهتر مواد دانه‌ای مانند غبار ماه می‌تواند کمکی برای ماموریت‌های فضایی باشد که حول مجموعه مواد سطح ماه یا مریخ می‌چرخند و به ناسا کمک کند تا از تجهیزات ظریف در برابر آسیب‌دیدگی ناشی از تجمع مواد ریز مانند رگولیت ماه روی آنها محافظت کند.

درک کردن عملکرد مواد و نحوه رفتار آنها در فضا نیز برای در نظر گرفتن این که از چه تجهیزات فضایی، ابزار و وسایل نقلیه شود، بسیار مهم است. همچنین، بهتر درک کردن نحوه رفتار مواد در فضا می‌تواند به فضانوردان کمک کند تا مواد را به طور ایمن در محل استخراج کنند. این بدان معناست که ماموریت‌های طولانی‌تر، پایدارتر خواهند بود و پس از ایجاد زیرساخت، مأموریت‌ها نیازی به بردن مواد اضافی به فضا ندارند. بدین ترتیب، هزینه‌های پرتاب کاهش می‌یابد.

این پژوهش پیشنهاد کرده است که ناسا بر توسعه مواد ابررسانا و ایجاد تحول در علم مواد برای ابداع وسایل الکترونیکی پوشیدنی تمرکز کند.

این بررسی ۱۰ ساله بر نیاز ناسا به تمرکز کردن بر جنبه‌های اساسی جهان تأکید می‌کند که مستقیما بر مأموریت‌های فضایی تأثیر نمی‌گذارند اما درک بشر را در مورد کیهان گسترش می‌دهند. این کار شامل تحقیقات در مورد ماهیت ماده اسرارآمیزی موسوم به ماده تاریک است که حدود ۸۵ درصد از جهان را تشکیل می‌دهد اما به دلیل عدم تعامل با نور و انرژی تاریک که باعث ایجاد جهان می‌شود، نامرئی باقی می‌ماند.

در این گزارش استدلال می‌شود که برخی از اساسی‌ترین پرسش‌های فیزیک، تنها در محیط فضا و به دور از تأثیر گرانش زمین قابل پاسخ‌گویی هستند. این بدان معناست که ناسا باید در ۱۰ سال آینده یک نقش کلیدی را در این تحقیقات ایفا کند.

آزمایش «تانپوپو-۵» متعلق به «آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن» در ایستگاه فضایی بین‌المللی که نحوه واکنش نشان دادن موجودات زنده را به قرار گرفتن در معرض فضا بررسی می‌کند و می‌تواند راهبردهایی را برای محافظت کردن از سیارات دیگر در برابر آلودگی انسانی و آوردن نمونه‌های فرازمینی به زمین ارائه دهد

ناسا باید کجا سرمایه‌گذاری کند؟

پژوهش ۱۰ ساله توصیه می‌کند که ناسا طی دهه آینده باید در چندین کمپین تحقیقاتی اختصاصی سرمایه‌گذاری کند تا توسعه مناطق کلیدی مورد نیاز را برای پیشرفت در فضا سهولت ببخشد. این شامل ابتکاراتی است که ناسا را قادر می‌سازند تا علم میدان‌های گرانشی و فضا-زمان را کشف کند و به بررسی تأثیرات تابش و ریزگرانش بر شکل‌های گوناگون حیات بپردازد.

همچنین در این پژوهش، توسعه «سیستم‌های پشتیبانی حیات زیستی»(BliSS) برای ایجاد سیستم‌های پشتیبانی بیولوژیکی کاملا کاربردی که می‌توانند مأموریت‌های اکتشاف فضایی بیش از سه سال را حفظ کنند، برجسته شده است. این کار طراحی و توسعه سیستم‌هایی را برای تولید غذا، بازیافت آب، تصفیه هوا، پردازش زباله و ایجاد مواد حیاتی شامل می‌شود.

این نظرسنجی توصیه می‌کند BliSS باید به بررسی سیستم‌هایی بپردازد که می‌توانند از خواص گیاهان و میکروب‌ها استفاده کنند تا به انسان برای زندگی کردن در فضا کمک کنند، بدون این که به تامین مجدد منابعی مانند اکسیژن از زمین وابسته باشند. با پرداختن به این مسائل، گروه گفتند BliSS می‌تواند به حل کردن مشکلات غذایی روی زمین که ناشی از تغییرات آب‌وهوایی و محیط‌های ناملایم هستند نیز کمک کند.

کمپین دیگری که در این پژوهش پیشنهاد شده، «ساخت مواد و فرآیندها برای پایداری در فضا»(MATRICES) است. این امر مستلزم ایجاد یک محیط فضایی پایدار است که در آن مواد و تجهیزات عمر دایره‌ای دارند و در نتیجه، مصرف مواد خام و تولید زباله کاهش می‌یابد. تمرکز بر پایداری فضا نیز مانند سایر توصیه‌ها می‌تواند به رفع کردن مشکلات پردازش محصولات روی زمین کمک کند.

پژوهش جدید بر این واقعیت تأکید می‌کند که ناسا همچنان به نقش حیاتی در اکتشافات فضایی ادامه می‌دهد و هم‌زمان پذیرفته که این نقش مانند دوره برنامه «آپولو»(Apollo) نیست زیرا بخش فضایی اکنون در حال رشد است و ظرفیت پرتاب تجاری همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد و ساخت ایستگاه‌های فضایی تجاری در اطراف زمین نیز برنامه‌ریزی می‌شود.

این پژوهش، اقداماتی را که ناسا باید با توجه به بازنشستگی ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال ۲۰۳۰ انجام دهد نیز در نظر می‌گیرد؛ به ‌ویژه با توجه به این واقعیت که ایستگاه فضایی در حال حاضر محل تحقیقات و آزمایش‌های زیادی از بخش علوم زیستی و فیزیکی است.

نتیجه این است که ناسا باید به طور فزاینده‌ای با آژانس‌های فضایی و نهادهای تجاری دیگر کشورها برای حمایت کردن از توسعه زیرساخت‌های فضایی و اطمینان یافتن از دسترسی به سایر پلتفرم‌های فضایی مشارکت کند.

«کریستین ون ویلت»(Krystyn Van Vliet) رئیس کمیته راهبری پژوهش ۱۰ ساله استاد مهندسی و معاون تحقیقات و نوآوری «دانشگاه کرنل»(Cornell University) گفت: تحقیقات در محیط فضایی طی دهه گذشته گام‌های قابل توجهی را برداشته است اما ناسا، دولت آمریکا و جامعه فضایی، برنامه‌های اکتشافی جسورانه‌تری دارند که نیازمند سرمایه‌گذاری متناسب در حوزه پژوهش‌های علوم زیستی و فیزیکی است. سرمایه‌گذاری در اکتشافات بنیادین و نوآوری‌های فناوری، آمریکا را قادر می‌سازد تا پیشرفت‌های دگرگون‌کننده‌ای را در حوزه‌های گوناگون، از مأموریت‌های اعماق فضا و زیستگاه‌های ماه گرفته تا کشف منشا ماده تاریک در فضا داشته باشد و روی زمین نیز به مقابله کردن با چالش‌های مرتبط با تأثیرات تغییرات آب‌وهوایی و رشد جمعیت کمک کند.