Tiangong که نام آن به معنی قصر آسمانی است، ایستگاه فضایی ماژولاری است که توسط سازمان فضایی سرنشیندار چین ساخته شده و هدف آن ایجاد یک پایگاه مستقل و پایدار در مدار زمین است. ایستگاه فضایی تیانگونگ به منظور کاهش وابستگی به همکاریهای بینالمللی و ایجاد یک ساختار فضایی کاملا ملی طراحی شده است. ایستگاه فضایی تیانگونگ چین در چند مرحله اجرا شد و از چند ماژول تشکیل میشود. برخلاف ایستگاههای پیشین چین که هرکدام به صورت مستقل عمل میکردند، این ایستگاه به صورت ماژولار طراحی شده و قابلیت گسترش در طول زمان دارد. این طراحی نشاندهنده پیشرفت چشمگیر چین در ساخت زیرساختهای فضایی پیچیده است.
به گزارش سایت مخاطب هدف اصلی ایستگاه فضایی تیانگونگ ایجاد یک ایستگاه فضایی مستقل با قابلیت سکونت بلندمدت برای فضانوردان، انجام پژوهشهای علمی، اجرای آزمایشهای فناوری در مدار زمین و پیشبرد برنامههای فضایی بلندمدت چین است. این ایستگاه فرصتی فراهم میکند تا چین بدون وابستگی به پروژههایی مانند ایستگاه فضایی بینالمللی مسیر فضایی خود را ادامه دهد و بتواند در رقابت میان قدرتهای فضایی جایگاه قدرتمندی به دست آورد. در کنار استقلال فضایی، Tiangong بستری مهم برای توسعه فناوریهای داخلی چین و پشتیبانی از مأموریتهای آینده فضایی این کشور به شمار میرود.
هدف چین از ساخت ایستگاه فضایی مستقل
دلایل اصلی چین برای ساخت Tiangong را میتوان در چند محور خلاصه کرد.
• چین امکان مشارکت در ایستگاه فضایی بینالمللی را نداشت و این موضوع باعث شد برای ادامه برنامههای فضایی سرنشیندار خود نیازمند یک ایستگاه مستقل باشد. ایجاد یک ساختار ملی این امکان را فراهم میکند که چین حضور بلندمدت خود در مدار زمین را بدون محدودیت ادامه دهد.
• ساخت ایستگاه Tiangong زمینه انجام تحقیقات علمی در شرایط میکروگرانشی را فراهم میکند. بسیاری از آزمایشهای زیستشناسی، فیزیک مواد، فناوریهای نوین و پژوهشهای مرتبط با پزشکی فضایی تنها در مدار زمین قابل اجرا هستند. ایستگاه فضایی تیانگونگ بستری پایدار برای گسترش این نوع پژوهشها در اختیار دانشمندان چینی قرار میدهد.
• این ایستگاه فرصتی ارزشمند برای توسعه توانمندیهای مهندسی چین ایجاد کرده است. انجام عملیات اتصال ماژولها، فعالیت فضایی توسط فضانوردان، مدیریت سامانههای پیچیده و کنترل یک سکونتگاه فضایی تجربهای است که برای مأموریتهای آینده چین به ماه یا اعماق فضا ضروری خواهد بود.
• ایجاد استقلال استراتژیک یکی از اهداف اصلی چین است. داشتن یک زیرساخت فضایی ملی این امکان را فراهم میکند که چین بدون وابستگی به قدرتهای فضایی دیگر، برنامههای خود را بر اساس نیازهای داخلی پیش ببرد.
ماژولهای اصلی ایستگاه فضایی تیانگونگ
ایستگاه فضایی تیانگونگ به صورت ماژولار ساخته شده است. تا سال ۲۰۲۲ ایستگاه با سه ماژول اصلی تکمیل شد: Tianhe (ماژول مرکزی)، Wentian (ماژول آزمایشگاهی اول) و Mengtian (ماژول آزمایشگاهی دوم). شکل نهایی ایستگاه به صورت «T» طراحی شده است: Tianhe در مرکز، و Wentian و Mengtian به کنارههای آن متصل. برنامه برای توسعه آینده وجود دارد، چین پیش از این مقولاتی برای افزودن ماژولهای بیشتر داشت؛ البته تا ۲۰۲۳ این طرح تغییر یافت و قرار شد ابتدا افزودهشدن ماژول چهارم با شش پورت دمینگ انجام شود.
نقش ماژول مرکزی: Tianhe
ماژول Tianhe اساس و هسته اصلی Tiangong است. این ماژول در ۲۹ آوریل ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد.
- Tianhe از سه بخش تشکیل شده است: بخش زندگی و کنترل (habitable living quarter)، بخش خدمات (service section) شامل نیروی رانش، انرژی و زیرساخت، و بخش هاب اتصالی (docking hub) برای ماژولها و فضاپیماها.
- ناحیه زندگی قابل سکونت برای سه نفر طراحی شده، با حجمی در حدود 50 متر مکعب، بسیار بزرگتر از ایستگاههای آزمایشی سابق چین.
- فضا شامل آشپزخانه، توالت، سیستم اطفاء حریق، تجهیزات کنترلی هوا، تجهیزات ارتباطی با زمین، سیستمهای علمی و کامپیوتری است.
- Tianhe همچنین مرکز هدایت، کنترل، انرژی، نیروی رانش و زندگی است — یعنی ستون فقرات ایستگاه محسوب میشود.
در ضمن، Tianhe دارای یک بازوی رباتیک بزرگ است (معروف به Chinarm) با قابلیت هفت درجه آزادی و شعاع عملیاتی نزدیک به ۱۰ متر است. این بازو کارهای مونتاژ ماژولها، جابجایی محمولهها، نگهداری و پشتیبانی EVA را انجام میدهد.
ماژولهای Wentian و Mengtian
Wentian
Wentian اولین ماژول آزمایشگاهی است که به Tiangong اضافه شد. این ماژول در ۲۴ ژوئیه ۲۰۲۲ پرتاب و به پورت محوری (forward port) ماژول Tianhe متصل شد؛ سپس با استفاده از بازوی رباتیک (indexing robotic arm) به پورت جانبی (starboard) منتقل شد.
- ابعاد تقریباً برابر با ماژول Mengtian: طول 17.9 متر، قطر 4.2 متر.
- Wentian علاوه بر فضای آزمایشگاهی، کاربردهای کمکی برای ناوبری، نیروی رانش و کنترل وضعیت ایستگاه به عنوان پشتیبان Tianhe دارد.
- همچنین Wentian دارای ایربرِک (airlock) برای خروج فضانوردان (EVA)، و بازوی رباتیک ~۵ متر برای جابجایی تجهیزات و انجام وظایف خارج ماژول است.
این ماژول فضا و امکانات بیشتری برای تحقیقات در زمینههای متنوع مانند زیستشناسی، فیزیک، فناوری مواد و … فراهم میکند.
Mengtian
Mengtian دومین و آخرین ماژول آزمایشگاهی است که در ۳۱ اکتبر ۲۰۲۲ پرتاب شد و ابتدا به پورت محوری Tianhe متصل گردید. تقریباً ۱۳ ساعت بعد از پرتاب، اتصال برقرار شد. سپس با بازوی رباتیک (indexing robotic arm) به پورت جانبی (port side) جابجا شد. ماژول Mengtian حجم قابل توجهی برای آزمایشها فراهم میکند: محفظههای آزمایشگاهی فشردهشده و همچنین امکان نصب ابزارها بیرونی برای مواجهه با محیط فضا شامل تشعشعات کیهانی، باد خورشیدی، خلأ و غیره. Mengtian نیز مانند Wentian دارای ایربرِک است و قابلیت حمل محموله و ابزارهای علمی را دارد.
اضافه شدن این دو ماژول، Tiangong را به یک ایستگاه فضایی واقعی با کاربرد چندمنظوره تبدیل کرد: زندگی انسانی + پژوهش علمی + زیرساخت فضا.
فناوریهای بهکاررفته در ایستگاه فضایی تیانگونگ چین
تیانگونگ مجموعهای از فناوریهای پیشرفته فضایی را در خود جای داده است. یکی از مهمترین آنها سامانه ناوبری و کنترل حرکت است که امکان حفظ مدار دقیق ایستگاه را فراهم میکند. ایستگاه به کمک موتورهای کوچکی که به صورت منظم فعالیت میکنند در مدار پایین زمین باقی میماند و اثرات کم شدن ارتفاع به دلیل مقاومت جو را جبران میکند.
فناوری دیگری که نقش حیاتی دارد بازوهای رباتیک پیشرفته است. این بازوها قادر به انجام حرکات دقیق در سه بعد هستند و وظایفی مانند نصب قطعات، جابهجایی محمولهها یا کمک به اتصال ماژولهای جدید را بر عهده دارند. این بازوها با الگوریتمهای پیچیده کنترل میشوند و میتوانند بخشی از کارها را بدون دخالت مستقیم فضانورد انجام دهند.
در کنار این موارد سامانههای هوشمند کنترل محیط داخلی، مدیریت هوا، تصفیه آب و پایش شرایط زیستی نیز نقش مهمی در طولانیتر شدن دورههای اقامت فضانوردان دارند.
سیستم انرژی و پنلهای خورشیدی
منبع اصلی انرژی ایستگاه فضایی تیانگونگ پنلهای خورشیدی بزرگ هستند. برای مثال، Tianhe دارای دو آرایه خورشیدی قابل هدایت (steerable solar arrays) است که با سلولهای فوتوولتاییک سهجلدی (مثل گالیم – آرسنید) با بازده بالا کار میکنند.
گزارشها از یک span (گستره) بزرگ برای پنلها خبر میدهند. برخی منابع از ۶۰ متر کامل برای دو جفت پنل روی Tianhe یاد میکنند. انرژی تولیدی پنلها برای تأمین برق سیستمهای حیاتی، زندگی، ارتباطات، محاسبات و همچنین آزمایشهای علمی کافی است. برای شبهای مداری (وقتی ایستگاه در سایه زمین قرار میگیرد)، باتریهایی برای ذخیره انرژی وجود دارد تا جریان برق قطع نشود.
این سیستم انرژی مدرن و قابل اعتماد موجب شده Tiangong بتواند به طور مداوم کار کند و میزبان زندگی و فعالیت علمی باشد.
سیستمهای پشتیبانی حیات (Life Support) در ایستگاه فضایی تیانگونگ
این سامانه شامل تجهیزات تولید اکسیژن، تصفیه هوا، کنترل دما و مدیریت آب است. دستگاههای بازچرخانی آب بخش بزرگی از رطوبت و فضولات مایع را تبدیل به آب قابل مصرف میکنند. کنترل دقیق دما و رطوبت باعث میشود شرایط زندگی فضانوردان در ایستگاه پایدار و قابل تحمل باشد. سامانه پشتیبانی حیات به گونهای طراحی شده که بتواند حضور بلندمدت فضانوردان را بدون نیاز به تأمین مداوم از زمین پشتیبانی کند.
نحوه اتصال ماژولها به یکدیگر
یکی از ویژگیهای مهم Tiangong، طراحی ماژولار و قابلیت پرتاب و اتصال مجزا ماژولها است. روند مشترک به این صورت است:
- پرتاب یک ماژول با موشک راهبر (مثل Long March 5B) به مدار.
- رِندِزو و داکینگ خودکار یا نیمهخودکار با ماژول Tianhe (یا ایستگاه). اغلب ابتدا به پورت محوری (forward port) متصل میشوند.
- پس از اتصال اولیه، انتقال ماژول با بازوی رباتیک (indexing robotic arm) به پورت جانبی دائمی (starboard یا port side) انجام میشود. این عملیات با دقت بالایی انجام میشود تا ماژول در موقعیت نهایی خود بنشیند.
- پس از مستقر شدن ماژول، اتصالات ساختاری، الکتریکی، تهویه، حیات و ارتباط برقرار میشوند و ماژول در ترکیب ایستگاه فعال میگردد.
عملیات پرتاب و اتصال فضاپیماها (مثلاً شنجو) به ایستگاه
علاوه بر ماژولها، ایستگاه فضایی Tiangong میزبان فضاپیماهای سرنشیندار (مثل Shenzhou) و محمولهای (مثل Tianzhou) نیز هست. هنگامی که فضانوردان یا محمولهای به ایستگاه میآید:
- فضاپیما با سیستم Rendezvous خودکار یا نیمهخودکار به ایستگاه نزدیک میشود. کنترل جهت، سرعت و مسیر توسط سیستمهای ناوبری و رهیاب انجام میشود.
- سپس در یکی از پورتهای داکینگ (محوری یا جانبی) متصل میشود. در حالت اضطراری یا ورود سرنشیندار معمولاً پورت محوری رزرو است.
- پس از داکینگ نرم (soft capture)، قفل سخت (rigidization) انجام میگیرد تا اتصال ساختاری، الکتریکی، تهویه و داده برقرار شود.
- سپس فضانوردان یا محموله به داخل ایستگاه منتقل میشوند و فرایند پشتیبانی ادامه مییابد.
در نتیجه Tiangong مانند یک پلتفرم مداری پویا عمل میکند: ماژولها، فضاپیماها و محمولهها بهطور منظم تردد دارند و ایستگاه تکامل مییابد.
کنترل و هدایت ایستگاه
ایستگاه فضایی تیانگونگ از ترکیبی از سامانههای کنترل خودکار و نظارت انسانی برای حفظ موقعیت و عملکرد ایستگاه استفاده میکند. موتورهای کوچک اصلاح مسیر در بدنه ایستگاه قرار دارند و در صورت نیاز برای حفظ مدار یا اصلاح موقعیت فعال میشوند. در کنار این سامانهها تجهیزات ناوبری، حسگرهای ستارهای و سامانههای کنترل زمین به طور مداوم وضعیت ایستگاه را بررسی میکنند. ترکیب این فناوریها باعث شده Tiangong بتواند با ثبات بالا در مدار زمین باقی بماند.
زندگی در تیانگونگ به گونهای طراحی شده که فضانوردان بتوانند برای مدت طولانی در شرایط میکروگرانشی زندگی و کار کنند. این ایستگاه دارای فضای خوابگاه، آشپزخانه کوچک، امکانات ورزشی، تجهیزات پزشکی و بخشهایی برای استراحت و فعالیت روزمره است. برنامه غذایی فضانوردان با توجه به نیازهای فیزیولوژیک و شرایط بدون وزن تنظیم میشود. فعالیتهای ورزشی روزانه برای جلوگیری از تحلیل عضلانی و کاهش تراکم استخوان ضروری است. طراحی داخلی ایستگاه فضایی تیانگونگ چین تلاش کرده محیطی قابل تحمل و به دور از استرس ایجاد کند.
منبع مقاله: شفق نیوز shafaghnews.com