موضوع مقاله: فضاپیمای بدون سرنشین | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فضاپیمای بدون سرنشین | مقدمه: (سمت راست): فضاپیمای بدون سرنشین یووهان کپلر ATV-2 در حال نزدیک شدن به ایستگاه فضایی سرنشین‌دار ISS (سمت چپ پایین). | ## بخش 1: فضاپیمای بدون سرنشین | پایین: فضاپیمای بوران، فضاپیمایی که بدون خدمه به مدار پیرامون زمین پرتاب شد و زمین را دور زد و به عنوان یک فضاپیمای بدون سرنشین در سال ۱۹۸۸ فرودآمد. (نمایش در یک نمایشگاه هوایی) فضاپیمای بدون سرنشین یا رباتیک، ، فضاپیمایی بدون فرد یا افرادی در فضاپیما است که برای پروازهای فضایی رباتیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. فضاپیماهای بدون سرنشین می‌توانند سطوح مختلفی استقلال از داده‌های ورودی انسان داشته باشند. آنها ممکن است با کنترل از راه دور، هدایت از راه دور یا حتی خودمختار باشند، به این معنی که یک لیست از پیش برنامه‌ریزی شده‌ای داشته‌باشند، که آنها را اجرا می‌کنند مگر اینکه دستور دیگری به آنها داده شود. بسیاری از فضاپیماهای قابل زندگی نیز دارای ویژگی‌های مختلفی از ویژگی‌های روباتیک هستند. به عنوان مثال، ایستگاه‌های فضایی سالیوت ۷ و میر، و ماژول ایستگاه فضایی بین‌المللی زاریا، قادر به مانور نگهداری رباتیک ایستگاه و مانور لنگرگیری از راه دور با هر دوی تدارکات دوره‌ای و ماژول‌های جدید بودند. متداول‌ترین شاخه‌ها در استفاده از فضاپیمای بدون سرنشین عبارتند از: فضاپیماهای روباتیک، فضاپیماهای پشتیبانی بدون سرنشین، پروب‌های فضایی و رصدخانه‌های فضایی هستند. فضاپیمای بی‌سرنشین یا فضاپیمای رباتیک، فضاپیماهایی هستند که افراد در آن‌ها حضور ندارند. فضاپیماهای بی‌سرنشین ممکن است سطوح مختلفی از خودمختاری از ورودی انسانی داشته باشند، مانند کنترل از راه دور، یا هدایت از راه دور. آن‌ها همچنین می‌توانند خودمختار باشند، به این معنی که یک لیست از عملیات از پیش برنامه‌ریزی‌شده دارند که در صورت عدم دستور دیگر، اجرا خواهند شد. یک فضاپیمای رباتیک برای اندازه‌گیری‌های علمی اغلب کاوشگر فضایی یا رصدخانه فضایی نامیده می‌شود. بسیاری از مأموریت‌های فضایی به دلیل هزینه و عوامل خطر کمتر، بیشتر مناسب عملیات تله‌رباتیک هستند تا عملیات سرنشین‌دار. علاوه بر این، برخی از مقاصد سیاره‌ای مانند ناهید یا مجاورت مشتری با فناوری فعلی برای بقای انسان بسیار خصمانه هستند. سیارات بیرونی مانند زحل، اورانوس و نپتون برای دستیابی با فناوری فعلی پرواز فضایی سرنشین‌دار بسیار دور هستند، بنابراین کاوشگرهای تله‌رباتیک تنها راه برای کاوش آن‌ها هستند. تله‌رباتیک همچنین امکان کاوش مناطقی را فراهم می‌کند که در برابر آلودگی توسط ریزاندامگان زمینی آسیب‌پذیر هستند، زیرا فضاپیماها می‌توانند استریل شوند. انسان‌ها را نمی‌توان به همان روش یک فضاپیما استریل کرد، زیرا آن‌ها با تعداد زیادی ریزاندامگان همزیستی می‌کنند و این ریزاندامگان نیز به‌سختی در داخل یک فضاپیما یا لباس فضایی محصور می‌شوند. اولین مأموریت فضایی بی‌سرنشین، اسپوتنیک بود که در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ برای گردش به دور زمین پرتاب شد. هر فضاپیمای بی‌سرنشین، یک فضاپیمای رباتیک نیست؛ برای مثال، یک توپ بازتاب‌دهنده یک فضاپیمای بی‌سرنشین غیررباتیک است. مأموریت‌های فضایی که در آن‌ها حیوانات دیگری به جز انسان حضور دارند، مأموریت‌های بی‌سرنشین نامیده می‌شوند. بسیاری از فضاپیماهای قابل سکونت نیز دارای سطوح مختلفی از قابلیت‌های رباتیک هستند. برای مثال، ایستگاه‌های فضایی سال یوت ۷ و میر، و ماژول ایستگاه فضایی بین‌المللی زاریا، قادر به مانورهای نگهداری ایستگاه و اتصال هدایت‌شده از راه دور با هر دو فضاپیمای ترابری و ماژول‌های جدید بودند. از فضاپیمای ترابری بی‌سرنشین به طور فزاینده‌ای برای ایستگاه‌های فضایی سرنشین‌دار استفاده می‌شود. اولین ماهواره مصنوعی، اسپوتنیک ۱، در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ توسط شوروی در مداری به ابعاد вокруг زمین قرار گرفت. اسپوتنیک ۲ با وزن ، اولین حیوان را به مدار برد، سگی به نام لایکا.از آنجایی که ماهواره برای جدا شدن از مرحله بالایی وسیله پرتاب خود طراحی نشده بود، جرم کل در مدار بود. در یک رقابت نزدیک با شوروی، ایالات متحده اولین ماهواره مصنوعی خود، اکسپلورر ۱، را در ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ در مداری به ابعاد پرتاب کرد. اکسپلورر I یک استوانه به طول و قطر بود که وزن داشت، در مقایسه با اسپوتنیک ۱، که یک کره بود و وزن داشت. اکسپلورر ۱ حسگرهایی را حمل می‌کرد که وجود کمربندهای وان آلن را تأیید کرد، یک کشف علمی بزرگ در آن زمان، در حالی که اسپوتنیک ۱ هیچ حسگر علمی‌ای حمل نمی‌کرد. در ۱۷ مارس ۱۹۵۸، ایالات متحده دومین ماهواره خود، وانگارد ۱ را در مدار قرار داد، که حدوداً به اندازه یک گریپ‌فروت بود و تا سال در مداری به ابعاد باقی ماند. هدف یک کاوشگر قمری بارها و بارها با شکست مواجه شد تا اینکه در ۴ ژانویه ۱۹۵۹ لونا ۱ دور ماه و سپس خورشید گردش کرد. موفقیت این مأموریت‌های اولیه، مسابقه‌ای بین ایالات متحده و شوروی برای پیشی گرفتن از یکدیگر با کاوشگرهای جاه‌طلبانه‌تر را آغاز کرد. مارینر ۲ اولین کاوشگری بود که سیاره دیگری را مطالعه کرد و در سال ۱۹۶۲ دمای بسیار بالای زهره را برای دانشمندان فاش کرد، در حالی که ونرا ۴ شوروی اولین کاوشگر جوی بود که زهره را مطالعه کرد. پرواز نزدیک مارینر ۴ از مریخ در سال ۱۹۶۵ اولین تصاویر از سطح دهانه‌ای آن را گرفت، که شوروی چند ماه بعد با تصاویری از سطح آن از لونا ۹ به آن پاسخ داد. در سال ۱۹۶۷، سرویور ۳ آمریکا اطلاعاتی درباره سطح ماه جمع‌آوری کرد که دو سال بعد برای مأموریت آپولو ۱۱ که انسان‌ها را روی ماه فرود آورد، حیاتی ثابت شد. | ## بخش 2: فضاپیمای بدون سرنشین | این کاوشگر در ۲۵ اوت ۲۰۱۲ وارد فضای بین‌ستاره‌ای شد، و به دنبال آن دوقلوی آن وویجر ۲ در ۵ نوامبر ۲۰۱۸. نه کشور دیگر با استفاده از وسایل پرتاب خود موفق به پرتاب ماهواره شده‌اند: فرانسه (۱۹۶۵)، ژاپن و چین (۱۹۷۰)، بریتانیا (۱۹۷۱)، هند (۱۹۸۰)، اسرائیل (۱۹۸۸)، ایران (۲۰۰۹)، کره شمالی (۲۰۱۲)، و کره جنوبی (۲۰۲۲). طراحی در طراحی فضاپیما، نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا یک وسیله نقلیه را متشکل از بار مفید مأموریت و اتوبوس (یا پلتفرم) در نظر می‌گیرد. اتوبوس ساختار فیزیکی، کنترل حرارتی، توان الکتریکی، کنترل وضعیت و تلهمتری، ردیابی و فرماندهی را فراهم می‌کند. آزمایشگاه پیشرانه جت (JPL) "سیستم پرواز" یک فضاپیما را به زیرسیستم‌ها تقسیم می‌کند. , ورود،下降 و فرود سنجش یکپارچه یکالگوریتم تبدیل تصویر را برای تفسیر داده‌های تصویری فوری ادغام می‌کند، تشخیص و اجتناب بلادرنگ از خطرات زمینی که ممکن است مانع فرود ایمن شود را انجام می‌دهد، و دقت فرود در یک سایت مورد نظر با استفاده از تکنیک‌های محلی‌سازی نشانه را افزایش می‌دهد. سنجش یکپارچه این وظایف را با تکیه بر اطلاعات از پیش ضبط‌شده و دوربین‌ها برای درک موقعیت خود و تعیین موقعیت خود و اینکه آیا صحیح است یا نیاز به اصلاح دارد (محلی‌سازی) انجام می‌دهد. دوربین‌ها همچنین برای تشخیص هرگونه خطر احتمالی استفاده می‌شوند، خواه افزایش مصرف سوخت باشد یا یک خطر فیزیکی مانند یک نقطه فرود نامناسب در یک دهانه یا کنار پرتگاه که فرود را بسیار غیرایده‌آل می‌کند (ارزیابی خطر). فرود بر زمین پرخطر در مأموریت‌های کاوش سیاره‌ای مربوط به فضاپیماهای رباتیک،سه بخش کلیدی در فرآیندهای فرود بر سطح سیاره برای اطمینان از یک فرود ایمن و موفق وجود دارد. این فرآیند شامل ورود به میدان گرانش و جو سیاره،下降 از طریق آن جو به سمت یک منطقه مورد نظر/هدف‌گیری‌شده با ارزش علمی، و یک فرود ایمن است که تضمین می‌کند یکپارچگی ابزارهای روی فضاپیما حفظ شده است. در حالی که فضاپیمای رباتیک از این بخش‌ها عبور می‌کند، همچنین باید قادر به تخمین موقعیت خود نسبت به سطح باشد تا کنترل قابل اعتماد خود و توانایی آن برای مانور خوب را تضمین کند. فضاپیمای رباتیک همچنین باید به طور کارآمد ارزیابی خطر و تنظیمات مسیر را در زمان واقعی برای اجتناب از خطرات انجام دهد. برای دستیابی به این، فضاپیمای رباتیک نیاز به دانش دقیق از محل قرارگیری فضاپیما نسبت به سطح (محلی‌سازی)، آنچه ممکن است به عنوان خطرات از زمین ایجاد کند (ارزیابی خطر)، و جایی که فضاپیما در حال حاضر باید به سمت آن هدایت شود (اجتناب از خطر) دارد. بدون قابلیت عملیات برای محلی‌سازی، ارزیابی خطر و اجتناب، فضاپیمای رباتیک ناامن می‌شود و به راحتی می‌تواند وارد موقعیت‌های خطرناک مانند برخورد با سطح، سطوح نامطلوب مصرف سوخت و/یا مانورهای ناامن شود. ارتباطات از راه دور اجزای زیرسیستمارتباطات از راه دور شامل آنتن‌های رادیویی، فرستنده‌ها و گیرنده‌ها هستند. اینها ممکن است برای ارتباط با ایستگاه‌های زمینی روی زمین، یا با فضاپیماهای دیگر استفاده شوند. توان الکتریکی تأمین توان الکتریکی روی فضاپیماها عموماً از سلول‌های فتوولتائیک (خورشیدی) یا از یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ به دست می‌آید. , کنترل دما و محافظت از محیط فضاپیماها اغلب با عایق‌کاری در برابر نوسانات دما محافظت می‌شوند. برخی فضاپیماها از آینه‌ها و سایبان‌های خورشیدی برای محافظت اضافی در برابر گرمایش خورشیدی استفاده می‌کنند. آن‌ها همچنین اغلب نیاز به محافظت در برابر ریزشهاب‌سنگ‌ها و زباله‌های مداری دارند. پیشرانه پیشرانه فضاپیما روشی است که به یک فضاپیما اجازه می‌دهد با تولید رانش برای هل دادن به جلو در فضا سفر کند. با این حال، یک سیستم پیشرانه جهانی وجود ندارد: تک‌پیشران، دوپیشران، پیشرانه یونی و غیره. هر سیستم پیشرانه رانش را به روش کمی متفاوت تولید می‌کند و هر سیستم مزایا و معایب خود را دارد. ایده کلی پشت موتورهای راکت این است که وقتی یک اکسیدکننده به منبع سوخت می‌رسد، یک آزادسازی انفجاری انرژی و گرما در سرعت‌های بالا وجود دارد که فضاپیما را به جلو می‌راند. به گفته نیوتن، "برای هر عملی یک عکس‌العمل مساوی و مخالف وجود دارد." همانطور که انرژی و گرما از پشت فضاپیما آزاد می‌شود، ذرات گاز به اطراف رانده می‌شوند تا به فضاپیما اجازه دهند به جلو رانش کند. دلیل اصلی استفاده از موتور راکت امروزی این است که راکت‌ها قدرتمندترین شکل پیشرانه هستند که وجود دارد. تک‌پیشران برای کار کردن یک سیستم پیشرانه، معمولاً یک خط اکسیدکننده و یک خط سوخت وجود دارد. اما در یک پیشرانه تک‌پیشران، هیچ نیازی به خط اکسیدکننده نیست و فقط به خط سوخت نیاز است. این کار به این دلیل است که اکسیدکننده به طور شیمیایی در خود مولکول سوخت پیوند خورده است. اما برای کنترل سیستم پیشرانه، احتراق سوخت فقط می‌تواند به دلیل وجود یک کاتالیزور رخ دهد. این به دلیل سبک‌تر و ارزان‌تر کردن موتور راکت، آسان‌کنترل‌کردن و قابل اعتمادتر بودن، کاملاً سودمند است. اما، نقطه ضعف این است که این ماده شیمیایی برای تولید، ذخیره و حمل بسیار خطرناک است. دوپیشران یک سیستم پیشرانه دوپیشران یک موتور راکت است که از یک پیشران مایع استفاده می‌کند. | ## بخش 3: فضاپیمای بدون سرنشین | این سیستم منحصر به فرد است زیرا به هیچ سیستم احتراقی نیاز ندارد، دو مایع به محض تماس با یکدیگر به طور خودجوش می‌سوزند و پیشرانه برای هل دادن فضاپیما به جلو تولید می‌کنند. مزیت اصلی داشتن این فناوری این است که این گونه مایعات چگالی نسبتاً بالایی دارند، که اجازه می‌دهد حجم مخزن پیشران کوچک باشد، بنابراین کارایی فضا را افزایش می‌دهد. نقطه ضعف آن همانند سیستم پیشرانه تک‌پیشران است: برای تولید، ذخیره و حمل بسیار خطرناک است. یونی یک سیستم پیشرانه یونی نوعی موتور است که رانش را به وسیله بمباران الکترونی یا شتاب‌دهی یون‌ها تولید می‌کند. با شلیک الکترون‌های پرانرژی به یک اتم پیشران (بار خنثی)، الکترون‌ها از اتم پیشران حذف می‌شوند و این باعث می‌شود اتم پیشران به یک اتم با بار مثبت تبدیل شود. یون‌های با بار مثبت هدایت می‌شوند تا از طریق توری‌های با بار مثبت که حاوی هزاران سوراخ دقیق ترازشده هستند و در ولتاژهای بالا کار می‌کنند، عبور کنند. سپس، یون‌های با بار مثبت ترازشده از طریق یک شتاب‌دهنده با بار منفی شتاب می‌گیرند که سرعت یون‌ها را تا افزایش می‌دهد. تکانه این یون‌های با بار مثبت، رانش برای پیشرانش فضاپیما به جلو را فراهم می‌کند. مزیت داشتن این نوع پیشرانه این است که در حفظ سرعت ثابت بسیار کارآمد است، که برای سفر فضایی عمیق مورد نیاز است. با این حال، مقدار رانش تولید شده بسیار کم است و برای کارکرد به توان الکتریکی زیادی نیاز دارد. دستگاه‌های مکانیکی اجزای مکانیکی اغلب نیاز به حرکت برای استقرار پس از پرتاب یا قبل از فرود دارند.علاوه بر استفاده از موتورها، بسیاری از حرکات یکباره توسط دستگاه‌های پیروتکنیک کنترل می‌شوند.Wiley J. , فضاپیمای رباتیک در مقابل فضاپیمای بی‌سرنشین فضاپیماهای رباتیک سیستم‌هایی هستند که به طور خاص برای یک محیط خصمانه خاص طراحی شده‌اند. به دلیل مشخصات آن‌ها برای یک محیط خاص، از نظر پیچیدگی و قابلیت‌ها به شدت متفاوت است. در حالی که یک فضاپیمای بی‌سرنشین، فضاپیمایی بدون پرسنل یا خدمه است و توسط کنترل خودکار (بدون مداخله انسانی اقدام می‌کند) یا کنترل از راه دور (با مداخله انسانی) عمل می‌کند. کنترل فضاپیماهای رباتیک ازتلهمتری برای ارسال رادیویی داده‌های کسب‌شده و اطلاعات وضعیت وسیله نقلیه به زمین استفاده می‌کنند. اگرچه عموماً به عنوان "کنترل از راه دور" یا "تله‌رباتیک" اشاره می‌شود، اولین فضاپیماهای مداری - مانند اسپوتنیک ۱ و اکسپلورر ۱ - سیگنال‌های کنترل از زمین را دریافت نمی‌کردند. به زودی پس از این فضاپیماهای اولیه، سیستم‌های فرمان برای اجازه کنترل از راه دور از زمین توسعه یافتند. افزایش خودمختاری برای کاوشگرهای دور مهم است، جایی که زمان سفر نور از تصمیم‌گیری و کنترل سریع از زمین جلوگیری می‌کند. کاوشگرهای جدیدتر مانند کاسینی-هویگنس و مریخ‌نوردهای اکتشاف مریخ بسیار خودمختار هستند و از رایانه‌های روی‌برد برای عمل مستقل برای دوره‌های زمانی طولانی استفاده می‌کنند. کاوشگرها و رصدخانه‌های فضایی یک کاوشگر فضایی یک فضاپیمای رباتیک است که به دور زمین نمی‌چرخد، بلکه به کاوش بیشتر در فضای بیرونی می‌پردازد. یک کاوشگر فضایی ممکن است به ماه نزدیک شود؛ از فضای بین‌سیاره‌ای عبور کند؛ از کنار سایر اجرام سیاره‌ای عبور کند، به دور آن‌ها بچرخد یا بر روی آن‌ها فرود آید؛ یا وارد فضای بین‌ستاره‌ای شود. کاوشگرهای فضایی همچنین می‌توانند مواد را از هدف خود جمع‌آوری کنند و به زمین بازگردانند. هنگامی که یک کاوشگر مجاورت زمین را ترک کند، مسیر آن به احتمال زیاد آن را در امتداد یک مدار حول خورشید مشابه مدار زمین قرار خواهد داد. تکنیک‌های پیچیده‌تر، مانند قلاب گرانشی، می‌توانند سوخت‌کارآمدتر باشند، اگرچه ممکن است نیاز داشته باشند کاوشگر زمان بیشتری را در ترانزیت سپری کند. برخی مأموریت‌های با دلتا-وی بالا (مانند آن‌هایی که تغییرات انحراف مداری بالایی دارند) تنها در محدودیت‌های پیشرانه مدرن، با استفاده از قلاب‌های گرانشی قابل انجام هستند. یک تکنیک که از پیشرانه بسیار کمی استفاده می‌کند، اما نیاز به زمان قابل توجهی دارد، پیروی از یک مسیر در شبکه ترابری بین‌سیاره‌ای است. یک تلسکوپ فضایی یا رصدخانه فضایی یک تلسکوپ در فضای بیرونی است که برای رصد اجرام نجومی استفاده می‌شود. تلسکوپ‌های فضایی از فیلتر کردن و اعوجاج تابش الکترومغناطیسی که مشاهده می‌کنند اجتناب می‌کنند، و از آلودگی نوری که رصدخانه‌های زمین‌پایه با آن مواجه می‌شوند اجتناب می‌کنند. آن‌ها به دو نوع تقسیم می‌شوند: ماهواره‌هایی که کل آسمان را نقشه‌برداری می‌کنند (بررسی نجومی)، و ماهواره‌هایی که بر روی اجرام نجومی انتخاب‌شده یا بخش‌هایی از آسمان و فراتر از آن تمرکز می‌کنند. تلسکوپ‌های فضایی متمایز از ماهواره تصویربرداری زمین هستند که برای تصویربرداری ماهواره‌ای به سمت زمین اشاره می‌کنند، که برای تجزیه و تحلیل آب و هوا، جاسوسی، و انواع دیگر جمع‌آوری اطلاعات به کار می‌روند. فضاپیماهای باری فضاپیماهای بارییا تأمین مجدد وسایل نقلیه رباتیکی هستند که برای انتقال تجهیزات، مانند غذا، پیشران و تجهیزات، به ایستگاه‌های فضایی طراحی شده‌اند. این آن‌ها را از کاوشگرهای فضایی متمایز می‌کند، که عمدتاً بر کاوش علمی متمرکز هستند. فضاپیماهای باری خودکار از سال ۱۹۷۸ در حال خدمت‌رسانی به ایستگاه‌های فضایی بوده‌اند و از مأموریت‌هایی مانند سال یوت ۶، سال یوت ۷، میر، ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) و ایستگاه فضایی تیانگونگ پشتیبانی کرده‌اند. | ## جمع‌بندی | در حال حاضر، ISS به چهار نوع فضاپیمای باری متکی است: HTV-X ژاپنی، پروگرس روسی، به همراه دراگون ۲ باری آمریکایی، و سیگنوس.