مهندسی فضایی

نویسنده: مهندس علیرضا وفا– کارشناس ارشد مهندسی فضایی

مهندسی فضایی شاخه ای از علوم مهندسی است که در آن تحلیل، طراحی و ساخت کلیه اجرام و وسایل جهت انجام ماموریت در فضا، مانند ماهواره ها، فضاپیماها، رباتهای فضایی و … در این بستر انجام می شود. به عنوان مثال ارسال فضاپیمایی چند تنی به نواحی دور دست منظومه شمسی، مدارهای پیچیده فضایی، و کنترل و هدایت یک فضاپیما در میلیاردها کیلومتر دورتر از زمین، تنها گوشه کوچکی از چالشهایی است که علم مهندسی فضایی جهت پاسخ گویی به آنها ایجاد شده است. این علم که در دنیا از آن با عنوان لبه حمله پیشرفت تکنولوژی فناوری یاد می شود، برآیندی از فناوریها و توانایی های علوم مختلف بشر در سطوح بالاست که از آن به عنوان مولد و بستر نیاز ایجاد و توسعه فناوری در حوزه های مختلف یاد می شود.
در حقیقت بدون احساس نیازی که بشر در ساخت ادوات و تجهیزات فضایی از آغاز فضا تا کنون احساس نموده است، هم اکنون شاهد چهره دیگری از دنیای مدرن بودیم. از کم حجم وکابردی نمودن رایانه ها که هم اکنون به جزء جداناشدنی از زندگی روزمره بشر امروزی تبدیل شده اند تا دریلی پرتابل برای سوراخ کردن دیوار و هزاران فناوری مرسوم دیگر، همگی ارمغان های غیر مستقیم نقش فناوری فضایی در زندگی بشر است. مهندسان فضایی در چنین افق گسترده ای از لحاظ زمانی و مکانی به ساخت تجهیزات و برآورده سازی ملزومات یک ماموریت می پردازند.

بسیاری از تجهیزات و وسایلی که زندگی مدرن بدون آنها مفهومی نداشت، اولین بار در راستای ماموریتهای فضایی متولد شدند و پس از سالها به دنیای روزمره تمامی ما وارد شده اند!

به طور کلی فناوری لازم برای ساخت و هدایت ماهواره ها و فضاپیماها به دو حوزه کلی مهندسی فضایی و مهندسی برق قابل تفکیک است. بخش برق که خود به زیرشاخه های اصلی الکترونیک و مخابرات و کامپیوتر تقسیم می شود، وظایف اصلی ساخت زیرسیستمهای الکترونیکی و مخابراتی ماهواره و فضاپیما را برعهده دارد. هم اکنون درخشانترین و پیچیده ترین حوزه فناوری مخابرات، متعلق به شبکه اعماق فضا (Deep Space Network) است که در این شبکه بشر توانایی ارسال و دریافت فرامین و اطلاعات را به تمامی سفیران زمین تا فاصله 18 میلیارد کیلومتری (فاصله کنونی فضاپیمای ویجر 1) داراست.

مهندسی فضایی (Space Engineering) به عنوان گرایش تحصیلات تکمیلی در مقطع کارشناسی و دکتری مهندسی هوافضا (Aerospace Engineering) در دنیا تعریف شده است. تمامی مباحث مربوط به طراحی ماموریت و ساخت وسیله ای که بتواند در خارج از جو زمین، به کند و کاو بپردازد، در مهندسی فضایی تعریف شده اند. از آنجا که یک فضاپیما یا ماهواره تجمیعی از محصولات در علوم مختلف است، بستر کار و فعالیت در چنین پروژه هایی کاملا به صورت گروهی و تیمی است.

مهندسی فضایی – Space Engineering  – علم طراحی و ساخت ماهواره ها و فضاپیماهاست.

بیایید با هم مراحل مختلف در طراحی یک ماهواره یا فضاپیاما را که در بستر مهندسی فضایی صورت می گیرد را مرور نماییم. در قدم اول، نیاز و هدف کاربردی توسط یک مهندس فضایی با گرایش سیستمی به نیازهای ماموریتی ترجمه می شود. این بدان معنی است که مثلا دانشمندان در حوزه نجوم، به این نتیجه رسیده اند که برای پاسخ گویی به چالشهای جدید در حوزه کیهان شناسی به تلسکوپی فضایی برای رصد در طول موجهای بلند احتیاج دارند. این هدف توسط مهندس سیستمهای فضایی به سلسله ای از پارامترهای فنی ترجمه می شود. در خصوص این مثال خاص، نیازهای فنی عبارتند از سلسله پارامترهای مختلف در خصوص ابعاد و ویژگیهای تلسکوپ فروسرخ، مدار مورد نظر برای انجام بهینه ماموریت، دقت کنترل و نشانه روی تلسکوپ فضایی، حفظ دمای سنجنده ها برای آشکارسازی امواج فرو سرخ، ارسال و دریافت اطلاعات، تامین انرژی موردنیاز فضاپیما، ابعاد و جرم حدودی اولیه فضاپیما، انتخاب کلاس پرتابگر و دهها مورد دیگر. پس از مشخص شدن نیازهای فنی، گروههای تخصصی ورودی موردنیاز برای طراحی زیرسیستمهای مختلف را دریافت می کنند و در روندی با زمان بندی و توالی از پیش تعیین شده، در قالبی کاملا گروهی طراحی قسمتهای مختلف فضاپیما را انجام می دهند. این روند بدلیل پیچیدگی ها و حساسیت بالا جهت دستیابی به محصول بهینه نهایی معمولا بین چند سال تا چند دهه به طول می انجامد. پروژه های فضایی مانند ماهواره گرانش کاو بی ناسا (Gravity Probe B) که برای آزمایش نسبیت عام انیتشتن در سال 2004 میلادی به فضا پرتاب شد، قریب به نیم قرن متخصصین در حوزهای مختلف علوم فضایی را تا به انجام رسیدن به چالش کشاند.
خوشبختانه در چندین دانشگاه معتبر ایران نیز گرایش مهندسی فضایی در مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری تعریف شده است و علاقمندانی که هم به گرایشهای فنی- مهندسی و هم به نجوم به عنوان فضای عملکردی ماهواره ها و فضاپیماها علاقمندند، می توانند زمینه تحصیلی خود را در رشته مهندسی فضایی دنبال کنند. امیدورایم که در آینده شاهد موفقیت بیش از پیش متخصصین در این حوزه فناوری در ایران و جهان باشیم.