هرآنچه باید درباره ایستگاه فضایی اسکای‌لب (Skylab) بدانید

اسکای‌لب نخستین ایستگاه فضایی آمریکا بود که توسط ناسا توسعه یافت و در 14 مه 1973 با موشک Saturn V از مرکز فضایی کندی در ایالت فلوریدا به مدار زمین فرستاده شد. اسکای‌لب با جرم حدود 77 تن، تا پیش از ساخت ایستگاه فضایی میر شوروی، سنگین‌ترین سازه‌ای بود که انسان در مدار زمین قرار داده بود. هدف از ساخت آن، ایجاد آزمایشگاهی دائمی برای بررسی تأثیر زندگی طولانی‌مدت در فضا و انجام پژوهش‌های علمی در حوزه‌های پزشکی، فیزیک، خورشیدشناسی و مشاهده زمین بود. برخلاف مأموریت‌های کوتاه‌مدت برنامه آپولو، اسکای‌لب امکان اقامت چند هفته تا چند ماه فضانوردان را فراهم کرد و مسیر برنامه‌های فضایی آینده را تغییر داد.

ناسا در طراحی این پروژه از سخت‌افزارهای باقی‌مانده برنامه آپولو استفاده کرد. بدنه اصلی ایستگاه در اصل از مرحله سوم موشک Saturn V با نام S-IVB ساخته شده بود که پس از تغییرات گسترده، به فضای قابل سکونت تبدیل شد. این تصمیم باعث کاهش هزینه توسعه پروژه شد و امکان استفاده دوباره از فناوری‌های موجود را فراهم کرد. قطر داخلی ایستگاه حدود 6.6 متر و حجم قابل استفاده آن نزدیک به 361 متر مکعب بود که در زمان خود فضای بسیار بزرگی برای فعالیت فضانوردان به شمار می‌رفت.

مشخصات کامل ایستگاه فضایی اسکای‌لب (Skylab)

ویژگی	مشخصات
نام	ایستگاه فضایی اسکای‌لب (Skylab)
کشور سازنده	ایالات متحده آمریکا
سازمان	ناسا (NASA)
تاریخ پرتاب	14 مه 1973
پرتابگر	ساترن 5 (Saturn V)
تعداد مأموریت‌های سرنشین‌دار	3 مأموریت
تعداد فضانوردان	9 نفر
جرم	حدود 77,000 کیلوگرم
طول	حدود 36 متر
قطر	حدود 6.7 متر
کاربرد	پژوهش‌های علمی، پزشکی فضایی، رصد خورشید و آزمایش‌های مهندسی
پایان مأموریت	11 ژوئیه 1979 (ورود مجدد به جو زمین)

چرا ناسا پروژه اسکای‌لب را آغاز کرد؟

در پایان دهه 1960، برنامه آپولو به هدف اصلی خود یعنی فرود انسان بر ماه دست یافت و ناسا با این پرسش روبه‌رو شد که از فناوری توسعه‌یافته برای مأموریت‌های بعدی چگونه استفاده کند. هزینه ساخت موشک‌های ساترن و تجهیزات وابسته بسیار بالا بود و کنار گذاشتن آن‌ها از نظر اقتصادی منطقی به نظر نمی‌رسید. به همین دلیل، ناسا تصمیم گرفت بخشی از تجهیزات باقی‌مانده را برای ساخت یک آزمایشگاه مداری به کار بگیرد تا تحقیقات علمی در مدار زمین ادامه پیدا کند.

هدف پروژه تنها حضور انسان در فضا نبود. پژوهشگران قصد داشتند اثرات اقامت طولانی‌مدت در محیط بی‌وزنی را روی بدن انسان بررسی کنند. کاهش تراکم استخوان، تحلیل عضلات، تغییرات دستگاه قلب و عروق، الگوی خواب و سازگاری روانی فضانوردان از جمله موضوعاتی بود که تاکنون اطلاعات محدودی درباره آن وجود داشت. این داده‌ها بعدها در طراحی مأموریت‌های شاتل فضایی کلمبیا، ایستگاه فضایی بین‌المللی و حتی برنامه‌های سفر به مریخ مورد استفاده قرار گرفت.

اسکای‌لب Skylab همچنین به دانشمندان امکان داد تا خورشید را با ابزارهایی مطالعه کنند که خارج از جو زمین قرار داشتند. جو زمین بخش زیادی از پرتوهای فرابنفش و پرتو ایکس را جذب می‌کند و مشاهده این طول موج‌ها از سطح زمین ممکن نیست. تلسکوپ خورشیدی نصب‌شده روی اسکای‌لب برای نخستین بار تصاویر دقیقی از تاج خورشید، زبانه‌های خورشیدی و فوران‌های عظیم ثبت کرد و داده‌های ارزشمندی در اختیار اخترفیزیک‌دانان قرار داد.

طراحی و ساخت ایستگاه فضایی اسکای‌لب

فرایند طراحی اسکای‌لب از دهه 1960 آغاز شد. مهندسان ناسا به جای طراحی کامل یک سازه جدید، از مرحله سوم موشک Saturn V استفاده کردند. این بخش پس از ایجاد تغییرات اساسی به محیطی مجهز برای زندگی و انجام آزمایش‌های علمی تبدیل شد. دیواره‌های داخلی بازطراحی شدند، سامانه‌های برق، تهویه، کنترل دما و تجهیزات آزمایشگاهی نصب شدند و فضای داخلی برای حرکت فضانوردان آماده شد. این روش توسعه، زمان ساخت پروژه را نیز کاهش داد.

در بخش جلویی ایستگاه، یک ماژول اتصال قرار داشت که فضاپیماهای آپولو از طریق آن به اسکای‌لب متصل می‌شدند. علاوه بر این، مجموعه‌ای از تجهیزات علمی شامل Apollo Telescope Mount (ATM) روی سازه نصب شد که چندین تلسکوپ تخصصی برای رصد خورشید را در خود جای داده بود. این مجموعه می‌توانست خورشید را در طول موج‌های مختلف ثبت کند و اطلاعاتی تولید کند که پیش از آن در دسترس نبود.

برای حفظ شرایط مناسب زندگی، سامانه کنترل محیط داخلی به صورت پیوسته دما، فشار و ترکیب گازها را تنظیم می‌کرد. در فضای داخلی، محل خواب، آشپزخانه کوچک، سرویس بهداشتی، فضای ورزش و میزهای انجام آزمایش وجود داشت. این امکانات نسبت به فضاپیماهای آپولو که تنها برای چند روز طراحی شده بودند، پیشرفت قابل توجهی به شمار می‌رفت و شرایط زندگی چندماهه را فراهم می‌کرد.

زمان پرتاب اسکای‌لب و موشک حامل آن

ایستگاه فضایی اسکای‌لب در 14 مه 1973 ساعت 17:30 به وقت جهانی (UTC) با موشک Saturn V SA-513 از سکوی پرتاب Launch Complex 39A در مرکز فضایی کندی فلوریدا به فضا پرتاب شد. این مأموریت بدون سرنشین انجام گرفت، زیرا ابتدا باید ایستگاه در مدار قرار می‌گرفت و سپس فضانوردان با فضاپیمای آپولو به آن ملحق می‌شدند.

موشک ساترن 5 که پیش‌تر در مأموریت‌های ماه استفاده شده بود، حدود 111 متر ارتفاع داشت و توانایی حمل بارهای بسیار سنگین به مدار زمین را فراهم می‌کرد. استفاده از این موشک باعث شد اسکای‌لب بدون نیاز به مونتاژ چندین قطعه در مدار، به صورت یکپارچه وارد فضا شود. این روش با شیوه ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی تفاوت داشت؛ زیرا ایستگاه بین‌المللی طی ده‌ها پرتاب و در مدت چند سال در مدار مونتاژ شد.

چند دقیقه پس از پرتاب، ایستگاه با موفقیت وارد مدار شد، اما هم‌زمان حادثه‌ای رخ داد که تقریباً کل پروژه را در معرض شکست قرار داد. پوشش محافظ شهاب‌سنگی بر اثر فشار آیرودینامیکی جدا شد و هنگام جدا شدن، یکی از صفحات خورشیدی را نیز از بدنه کند. صفحه خورشیدی دیگر نیز در حالت بسته گیر کرد و امکان باز شدن کامل آن وجود نداشت. این آسیب‌ها موجب کاهش شدید توان الکتریکی و افزایش دمای داخل ایستگاه شد و ناسا مجبور شد برنامه نخستین مأموریت سرنشین‌دار را برای انجام عملیات نجات تغییر دهد.

بخش‌های مختلف ایستگاه

اسکای‌لب از چند بخش اصلی تشکیل شده بود که هر کدام وظیفه مشخصی بر عهده داشتند. این ساختار به گونه‌ای طراحی شده بود که زندگی روزمره فضانوردان و انجام آزمایش‌های علمی به صورت هم‌زمان امکان‌پذیر باشد.

مهم‌ترین بخش‌های اسکای‌لب عبارت بودند از:

• Orbital Workshop یا کارگاه مداری که محل اصلی زندگی فضانوردان، انجام آزمایش‌ها و نگهداری تجهیزات بود.
• Airlock Module که امکان خروج فضانوردان برای راهپیمایی فضایی و ورود دوباره به ایستگاه را فراهم می‌کرد.
• Multiple Docking Adapter که محل اتصال فضاپیمای آپولو به ایستگاه محسوب می‌شد.
• Apollo Telescope Mount (ATM) که مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های خورشیدی را در خود جای داده بود.
• سامانه تولید انرژی خورشیدی شامل صفحات خورشیدی نصب‌شده روی ایستگاه و مجموعه ATM.
• سامانه کنترل وضعیت که جهت‌گیری ایستگاه را برای انجام رصدهای علمی و حفظ ارتباط با زمین تنظیم می‌کرد.

نحوه تأمین انرژی در اسکای‌لب

منبع اصلی برق، صفحات خورشیدی بود. دو صفحه بزرگ روی مجموعه Apollo Telescope Mount نصب شده بودند و دو صفحه دیگر روی بدنه اصلی ایستگاه قرار داشتند. این صفحات نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کردند و برق مورد نیاز تجهیزات علمی، سامانه‌های کنترل محیط، رایانه‌ها، ارتباطات و روشنایی داخلی را تأمین می‌کردند.

حادثه زمان پرتاب باعث شد تنها بخشی از این سامانه در دسترس باشد. با جدا شدن یک صفحه خورشیدی و گیر کردن صفحه دیگر، توان تولید برق به مقدار زیادی کاهش یافت. فضانوردان مأموریت Skylab 2 با انجام چند راهپیمایی فضایی موفق شدند صفحه گیرکرده را آزاد کنند و بخشی از ظرفیت تولید انرژی را بازیابی کنند. همچنین یک سایه‌بان خورشیدی موقت روی ایستگاه نصب شد تا دمای داخلی که به بیش از 50 درجه سانتی‌گراد رسیده بود کاهش یابد و تجهیزات علمی آسیب نبینند.

پس از انجام این تعمیرات، سامانه برق دوباره توانست نیازهای عملیاتی ایستگاه را تأمین کند و سه مأموریت سرنشین‌دار بدون مشکل جدی از نظر انرژی ادامه یافت. تجربه مدیریت این بحران بعدها در طراحی مأموریت‌های تعمیر ماهواره‌ها، ایستگاه فضایی میر و ایستگاه فضایی بین‌المللی مورد توجه مهندسان قرار گرفت.

سیستم پشتیبانی حیات در ایستگاه فضایی

ایستگاه برای اقامت چندین هفته تا چند ماه فضانوردان طراحی شده بود و به همین دلیل، سامانه پشتیبانی حیات آن نسبت به فضاپیماهای برنامه آپولو ساختار کامل‌تری داشت. این سامانه وظیفه حفظ فشار داخلی، تأمین اکسیژن، حذف دی‌اکسید کربن، کنترل رطوبت، تنظیم دما و تصفیه هوا را بر عهده داشت. فضای داخلی ایستگاه با محیطی مشابه فشار جو زمین نگهداری می‌شد، اما ترکیب گازها عمدتاً از اکسیژن تشکیل شده بود؛ همان روشی که در مأموریت‌های آپولو نیز به کار گرفته شده بود.

آب مورد نیاز فضانوردان در مخازن ویژه ذخیره می‌شد و برای آشامیدن، آماده‌سازی غذا و رعایت بهداشت مورد استفاده قرار می‌گرفت. سامانه تهویه نیز به صورت مداوم هوا را در تمام بخش‌های ایستگاه به گردش درمی‌آورد، زیرا در شرایط بی‌وزنی هوای گرم به سمت بالا حرکت نمی‌کند و بدون گردش اجباری، تجمع دی‌اکسید کربن در اطراف صورت فضانورد می‌توانست خطرناک باشد. ناسا همچنین تجهیزات ورزشی مانند دوچرخه ثابت و دستگاه کششی را در اسکای‌لب نصب کرد تا کاهش حجم عضلات و افت تراکم استخوان تا حدی کنترل شود. داده‌های پزشکی جمع‌آوری‌شده در این مأموریت، بعدها در طراحی سامانه‌های پشتیبانی حیات ایستگاه فضایی بین‌المللی نقش مهمی داشت.

نخستین مشکلات فنی پس از پرتاب

در لحظه پرتاب، هیچ نشانه‌ای از نقص جدی دیده نمی‌شد، اما حدود یک دقیقه پس از عبور موشک از لایه‌های متراکم جو، فشار آیرودینامیکی باعث جدا شدن سپر محافظ شهاب‌سنگی و عایق حرارتی ایستگاه شد. این قطعه هنگام جدا شدن، یکی از صفحات خورشیدی بدنه را نیز از جای خود کند و صفحه دیگر را زیر بقایای فلزی گیر انداخت. در نتیجه، بخش زیادی از توان تولید برق از بین رفت و دمای داخل ایستگاه به سرعت افزایش یافت.

ناسا در ابتدا احتمال از دست رفتن کامل مأموریت را مطرح کرد، زیرا دمای داخلی از حدود 50 درجه سانتی‌گراد عبور کرده بود و تجهیزات الکترونیکی و مواد غذایی در معرض آسیب قرار داشتند. مهندسان طی چند روز طرحی اضطراری تهیه کردند و مأموریت نخست سرنشین‌دار با هدف نجات ایستگاه بازطراحی شد. فضانوردان با استفاده از ابزارهای مخصوص، صفحه خورشیدی گیرکرده را آزاد کردند و یک سایه‌بان پارچه‌ای روی بدنه نصب کردند تا تابش مستقیم خورشید کاهش یابد. این عملیات از موفق‌ترین تعمیرات مداری دهه 1970 محسوب می‌شود و نشان داد که تعمیر سازه‌های فضایی در مدار امکان‌پذیر است.

فضانوردانی که در اسکای‌لب زندگی کردند

در طول فعالیت اسکای‌لب، سه مأموریت سرنشین‌دار با استفاده از فضاپیماهای آپولو انجام شد و در مجموع 9 فضانورد در این ایستگاه زندگی و کار کردند. هر مأموریت نسبت به مأموریت قبلی مدت بیشتری در مدار باقی ماند و رکورد تازه‌ای در اقامت فضایی ثبت کرد.

فضانوردان اسکای‌لب عبارت بودند از:

Skylab 2 (25 مه تا 22 ژوئن 1973)

• چارلز کنراد (Charles Conrad)
• جوزف کِروین (Joseph Kerwin)
• پل وایتز (Paul Weitz)

Skylab 3 (28 ژوئیه تا 25 سپتامبر 1973)

• آلن بین (Alan Bean)
• اوون گاریوت (Owen Garriott)
• جک لوزما (Jack Lousma)

Skylab 4 (16 نوامبر 1973 تا 8 فوریه 1974)

• جرالد کار (Gerald Carr)
• ویلیام پوگ (William Pogue)
• ادوارد گیبسون (Edward Gibson)

در این سه مأموریت، صدها آزمایش علمی در زمینه پزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک مواد، خورشیدشناسی و تصویربرداری از زمین انجام شد. مأموریت Skylab 4 با 84 روز اقامت، در زمان خود طولانی‌ترین حضور پیوسته فضانوردان آمریکایی در مدار زمین بود و اطلاعات گسترده‌ای درباره سازگاری بدن انسان با اقامت بلندمدت در فضا تولید کرد.

تفاوت اسکای‌لب با ایستگاه‌های سالیوت شوروی

هم‌زمان با فعالیت اسکای‌لب، اتحاد جماهیر شوروی مجموعه‌ای از ایستگاه‌های فضایی با نام سالیوت (Salyut) را در مدار زمین مستقر کرده بود. هر دو برنامه با هدف انجام پژوهش‌های مداری توسعه یافتند، اما از نظر طراحی، ابعاد و شیوه بهره‌برداری تفاوت‌های قابل توجهی داشتند.

ایستگاه فضایی اسکای‌لب از موشک Saturn V به صورت یکپارچه به مدار منتقل شد و فضای داخلی بسیار بزرگی در اختیار خدمه قرار داد. در مقابل، ایستگاه‌های سالیوت با موشک Proton پرتاب می‌شدند و ابعاد کوچک‌تری داشتند. همچنین اسکای‌لب از آغاز برای آزمایش‌های خورشیدی، پزشکی و مشاهده زمین طراحی شده بود، در حالی که برخی مأموریت‌های سالیوت علاوه بر پژوهش‌های علمی، اهداف نظامی نیز دنبال می‌کردند.

تفاوت‌های اصلی این دو برنامه را می‌توان چنین خلاصه کرد:

• جرم اسکای‌لب حدود 77 تن بود، در حالی که جرم ایستگاه‌های سالیوت حدود 18 تا 20 تن بود.
• اسکای‌لب تنها سه مأموریت سرنشین‌دار را پذیرفت، اما خانواده سالیوت طی چندین سال میزبان مأموریت‌های متعدد شد.
• فضای قابل استفاده داخل اسکای‌لب چند برابر سالیوت بود و امکان حرکت آزادانه‌تری برای فضانوردان فراهم می‌کرد.
• اسکای‌لب پس از پایان مأموریت‌ها دیگر بازدید نشد، اما برنامه سالیوت مسیر توسعه ایستگاه میر و سپس فناوری‌های مورد استفاده در روسیه را هموار کرد.

علت خروج اسکای‌لب از مدار زمین

پس از پایان مأموریت Skylab 4 در فوریه 1974، ایستگاه بدون سرنشین در مدار باقی ماند. ناسا امیدوار بود با آغاز برنامه شاتل فضایی بتواند دوباره به آن دسترسی پیدا کند و حتی طرح‌هایی برای ارتقا یا انتقال مدار اسکای‌لب بررسی شده بود. اما توسعه شاتل با تأخیر روبه‌رو شد و این فرصت از دست رفت.

عامل اصلی کاهش ارتفاع مدار، مقاومت جو زمین بود. هرچند اسکای‌لب در ارتفاع چندصد کیلومتری قرار داشت، اما لایه‌های بسیار رقیق جو همچنان بر آن اثر می‌گذاشتند و به مرور سرعت مداری را کاهش می‌دادند. در اواخر دهه 1970 نیز فعالیت خورشید بیش از پیش‌بینی‌های اولیه افزایش یافت. این افزایش باعث انبساط لایه‌های بالایی جو شد و مقاومت هوا در ارتفاع مدار اسکای‌لب بیشتر شد. در نتیجه، کاهش ارتفاع با سرعت بیشتری ادامه پیدا کرد و دیگر امکان حفظ ایستگاه در مدار وجود نداشت.

سقوط ایستگاه فضایی اسکای‌لب در سال 1979

اسکای‌لب در 11 ژوئیه 1979 دوباره وارد جو زمین شد. ناسا تلاش کرد با استفاده از سامانه کنترل وضعیت، محل ورود را تا حدی مدیریت کند، اما به دلیل کاهش شدید ارتفاع و محدودیت توان کنترل، تمام قطعات ایستگاه به طور کامل در جو نسوختند.

بخش عمده بقایا هنگام عبور از جو از بین رفت، اما تعدادی قطعه فلزی در نواحی کم‌جمعیت استرالیای غربی و بخش‌هایی از اقیانوس هند سقوط کردند. بررسی‌های انجام‌شده نشان داد هیچ تلفات انسانی در این رویداد ثبت نشده است. پس از سقوط، گروه‌هایی از دولت استرالیا و ناسا بقایای پیدا شده را بررسی و جمع‌آوری کردند و بخشی از این قطعات اکنون در موزه‌های فضایی نگهداری می‌شود.

منبع: شفق نیوز، ناسا