مسبار فضائي

اختيار المشروع

في الوقت الذي تتضاعف فيه مواضيع الدراسة بالموازاة مع التقدم العلمي، تظل بعثات استكشاف النظام الشمسي باهظة التكلفة ونادرة إلى حد ما. لذلك فإن عملية الاختيار تكون دائما صارمة وكثيرة التنظيم. تعتمد وكالات الفضاء الرئيسية حول العالم على تحديد استراتيجية الخاصة لاستكشاف الفضاء على الوثائق التي تنتجها
السلطات العلمية المتخصصة الرئيسية. في هذا السياق تعتمد وكالة ناسا في استراتيجياتها على منشور المسح العشري للعلوم الكوكبية الصادر عن مجلس البحوث الوطني الأمريكي على رأس كل عشر سنوات، في وقت كانت تمتلك فيه وكالة الفضاء الأوروبية وثيقة مماثلة أعدت خصيصا لبرنامجها العلمي "الرؤية الكونية" الذي
أنشئ في سنة 2004 للمشاريع التي يتنتهي أجلها في الفترة الممتدة ما بين 2015 و2025. المركز الوطني للدراسات الفضائية من جهته يفعل نفس الشئ؛ على الرغم من توفره على ميزانية بحثية لا تسمح له بإجراء استكشاف للنظام الشمسي بشكل مستقل. في هذا الصدد، يمكن لوكالة الفضاء إطلاق دعوة للأفكار تليها دعوة أخرى لتقديم المقترحات تؤدي إلى اختيار وتطوير البعثة. ليبدأ كل ذلك في إطار ميزانية محددة مسبقا. عند ناسا بند الميزانية هذا متاحة بشكل دوري كما هو الحال في برنامجي الحدود الجديدة أو ديسكفري، من أجل السماح بتطوير البعثات خلال كل عقد على حدى. تختار وكالة الفضاء الأوروبية هي الأخرى، والتي لا تملك سوى جزء ضئيل من ميزانية ناسا، البعثات قبل وقت طويل من إطلاقها. إلا أنه في كثير من الأحيان يتم تأجيل تاريخ الإطلاق لمواجهة قيود الميزانية. تشمل الفرق التي تستجيب للمناقصات المهندسين والعلماء على حد سواء. حيث تقدم مقترحات تفصل بين الأهداف العلمية والخصائص التقنية بالإضافة إلى الجوانب المالية. يتم اختيار هذه الفرق في النهاية من قبل اللجان العلمية التي تأخذ في الاعتبار الاستراتيجية العلمية طويلة
الأجل التي وضعتها الوثائق التي تنتجها السلطات
الأكاديمية في بداية هذه العملية.

أنواع مسابير الفضاء المختلفة

تحدد طريقة الاستكشاف المستخدمة في مسابير الفضاء بشكل أساسي استنادا للأهداف العلمية المتوخاة والقيود المفروضة على التكاليف. على سبيل المثال، إذا كانت دراسة كوكب معين هي الأولى من نوعها، يكون الهدف الأسمى هو وضع المسبار في مداره حول الكوكب لإجراء ملاحظات على الكوكب بأسره على مدى فترات طويلة من الزمن. لكن في هذه الحالة تتطلب عملية وضع  المسبار في المدار إضافة أجهزة دفع تتطلب تكلفة كبيرة. لهذا السبب يتم استعراض لمحة بسيطة عن الهدف واراء البعثة بغرض الاستفادة المثلى من المسار باستعمال أدوات علمية تمكن من جمع أكبر قدر من البيانات. في الأخير، تبقي عملية اختيار طريقة الاستكشاف مرهونة بمستوى خبرة الأمة أو مجموعة الدول التي تطور مسبار الفضاء. أقل مستوى من الصعوبة هو تحلق المسبار فوق كوكب داخلي تابع للنظام الشمسي. لكن عملية انزال المسبار على الكوكب لطالما كانت تعتبر تحديا كبيرا لوكالات الفضاء بصفة خاصة ناسا، حيث ان ثلثي الرحلات التي ارسلت هذه الأخيرة في الماضي إلى هذا كوكب المريخ على سبيل المثال باءت بالفشل نتيجة لاحتراق المركبات التي كانت تحمل المسابير لدى محاولتها اختراق جو المريخ. هذا الواقع سرعان ما تغير في 6 أغسطس 2012 بعدما نجت ناسا في انزال روفر (كيوريوسيتي روفر) مستقل جزئيا على سطح كوكب المريخ، الذي يتميز بغلاف جوي وبجاذبية قوية.
اعتمادا على طريقة الاستكشاف المستخدمة، يمكن
ترتيب مسابير الفضاء في 9 فئات رئيسية. يمكن لبعض المسابير الفضائية الجمع بين عدة فئات في آن واحد على سبيل المثال مسابير برنامج فايكينغ (فايكينغ 1 وفايكينغ 2).

مسبار التحليق فوق الأجسام السماوية

يمكن تصميم مسابير الفضاء للتحليق فوق الأجسام السماوية وتصوير نظر عامة عنها بغرض دراستها. في أبسط الحالات يجب أن وضع هذه المسابير من الأرض على مسار دقيق للقيام بمهامها مع عدد قليل من التصحيحات الصغيرة أثناء العبور. أولى مسابير ما بين الكواكب على غرار مارينر 4 كانت من هذا النوع. بالرغم من كل هذا تظل الأهداف التي يمكن تحقيقها من خلال مثل هذه البعثات محدودة: وقت المراقبة هو قصير جدا نظرا للسرعة الكبيرة التي يحلق بها والتي تبلغ عدة كيلوميترات في الثانية، وغالبا ما يظهر وجه واحد فقط من الأجرام السماوية مرئيا في وقت التحليق بالإضافة إلى ظروف الإضاءة الغير مثالية لاتقاط الصور وجمع البيانات. طريقة من الملاحظة قد تكون الوحيدة التي يمكن استخدامها لأكثر الأجسام السماوية بعدا (مثل مسبار نيو هورايزونز الذي تم ارساله بهدف استكشاف كوكب بلوتو وأقماره). تستخدم هذه النوعية من المسابير أيضا في بعثات الاستطلاع المتطورة التي تهدف إلى اجراء سلسلة من الدراسات على عدة كواكب أو أقمار (مسابير فوياجر على سبيل المثال). كما أنها قد تكون هي السبيل الوحيد لدراسة الأجسام  الصغيرة مثل المذنبات والكويكبات (كمهمة ستاردوست).

المسبار المداري

المسبار المداري هو مسبار فضاء يقوم بعد وصوله إلى هدفه (جسم سماوي) بالدوران في مدار حوله بغرض دراسته. تعتبر هذه المسابير ثاني أكبر فئة بعد فئة المسابير التي تقومون بالتحليق. لكي يتمكن مسبار الفضاء من دخول المدار، يجب عليه أن يقلل إلى حد كبير من سرعته عندما يصل إلى هدفه. يمكن أن تمثل الدفعات المستخدمة لعملية الكبح هذه جزءا كبيرا من الكتلة الكلية للآلة (عادة حوالي 50% بالنسبة لتلك المرسلة إلى المريخ). يسمح المسبار المداري باجراء ملاحظات منتظمة على السطح الكامل تقريبا الأجرام السماوية لعدة سنوات. منطقيا، إرسال المسبار المداري إلى هدف معين هي الخطوة التي تلي مباشرة إرسال مسبار التحليق البسيط. يتم اختيار مدار مسبار الفضاء وفقا للأهداف المتوخاة ولكن أيضا استنادا للقيود التي تمثلها كتلته. تختار البعثات التي لديها ميزانية مقيدة على غرار بعثة مارس إكسبريس مدارا بيضاوي الشكل أقل كفاءة ولكن أقل تكلفة في الوقود من المدار الدائري المنخفض الذي يحتفظ به بالنسبة لمعظم مدارات المريخ التابعة لوكالة ناسا.

مسبار الغلاف الجوي

مسبار الغلاف الجوي هو مسبار فضاء يعبر الغلاف الجوي لكوكب معين بغرض دراسته. مهمة هذا المسبار هي قصيرة نسبيا، تستمر عموما طوال المدة تستغرقها عملية نزول المسبار على السطح. يحتاج المسبار خلال هذه المرحلة فقط إلى كمية محدودة من الطاقة يجري سحبها من البطاريات. ينقل مسبار الغلاف الجوي عادة إلى الكوكب المراد استكشاف غلافه الجوي بواسطة سفينة أم تكون على اتصال به. تمت دراسة كوكب الزهرة على وجه الخصوص من خلال هذه الطريقة باستعمال سلسلة من المسابير السوفياتية لبرنامج فينيرا. من بين مسابير الغلاف الجوي البارزة الأخرى نجد كلا من مسبار هويجنز الذين درس الغلاف الجوي لقمر تيتان (أكبر أقمار زحل)، بالإضافة إلى مسبار الغلاف الجوي غاليليو الذي استطاع الدخول حوالي 200 كيلومتر عبر الطبقات العليا للغلاف الجوي للكوكب الغازي العملاق المشتري. سمح الغلاف الجوي السميك للغاية لكوكب الزهرة بتنفيذ بالونات برنامج فيغا السوفياتي التي يمكنها نقل البيانات لعدة عشرات من ساعات.

مسبار الإنزال

مسبار الإنزال هو نوع من المركبات الفضائية المصممة للبقاء على "قيد الحياة" بعد هبوطها على سطح كوكب أو قمر ومن ثم جمع البيانات العلمية عنه من على سطحه ونقلها إلى مقر القيادة على الأرض بشكل مباشر أو غير مباشر (عن طريق مركبة فضائية أخرى في المدار). في هذا السياق تم استكشاف كل من القمر وكوكب المريخ بشكل خاص باستخدام هذا النوع من المسابير، على سبيل المثال مسابير برنامج سيرفيور التي هبطت على سطح القمر والمسابير الإثنين لبرنامج فايكينغ بالإضافة إلى مسبار فينيكس التي انزلت كلها على سطح المريخ. في كل الحالات تظل مسألة "الهبوط السلس" هي النقطة الرئيسية التي تواجه المصممين عندما يتعلق الأمر بهذا النوع من المسابير. استخدام المظلة التي تفتح أثناء انزال المسبار على سبيل المثال من قبل هويجنز على قمر تيتان قد يكون حلا لهذه الإشكلية، لكن طريقة الإنزال هذه تتطلب وجود غلاف جوي سميك بما فيه الكفاية، وبالتالي فهي ليست مناسبة للمريخ. بالرغم من أن  أسلوب الإنزال باستعمال المظلة يقلل من كتلة المسبار ويتميز بتكلفته، إلا أنه وبمقارنته مع أساليب أخرى لا يسمح هذه الإنزال بهبوط المسبار بطريقة مسيطر عليها تماما. لإنزال مسبار الفضاء على سطح الأجرام السماوية التي تفتقر للغلاف الجوي يجب استخدام محركات صاروخية بغرض التقليل التدريجي لسرعة المركبة الفضائية. تتجلى سلبيات طريقة الإنزال باستعمال محركات صاروخية كابحة في حاجتها إلى نقل كميات كبيرة من الوقود الشئ الذي يزيد من الكتلة الكلية للمسبار. بالنسبة للمريخ، ولتفادي مشكلة الوزن الزائد قامت وكالة ناسا بتطوير تقنيات هبوط خاصة بديلة: طريقة الإنزال باستعمال الوسائد الهوائية على سبيل المثال، التي جرى تنفيدها للمرة الأولى أثناء مهمة مارس باثفايندر لاستكشاف سطح المريخ. كما تم تنفيد نظام الإنزال المتطور للغاية هذا أيضا بحلول سنة 2012 على مسبار مختبر علوم المريخ.

المسبار المتجول أو الروفر

الروفر هو مسبار فضاء مصمم للتحرك فوق سطح الكواكب أو الأجسام الفضائية بغرض القيام بدراسات على الكوكب في الموقع في نقاط مختلفة ذات أهمية علمية. يمكن لهذه المسابير المتجولة حمل مختبرات صغيرة متكامل لتحليل العينات التي تم جمعها تماما كما كان الحال مع مختبر علوم المريخ الذي اصطحب معه مسبار كيوريوسيتي روفر المتجول. يحصل هذا النوع من المسابير على طاقته انطلاقا من الألواح الشمسية أو من مولد الكهرباء من الحرارة الناجمة عن الاضمحلال المشع. إذا كانت المسافة بين الروفر ومركز القيادة ليست بالمهمة جدا (القمر على سبيل المثال) يمكن في هذه الحالة التحكم في المسبار عن بعد. في حين إذا كانت هذه المسافة مهمة جدا بالنسبة لمتجولات المريخ، يكون لهذه الأخيرة استقلالية معينة في عملة تنقلهم على سطح المريخ تعتمد أساسا على برامج تحليل الأرض. لكن حركته تظل دائما بطيئة نسبيا الحركات لاتتعدي في جميع الأحوال بضع مئات الأقدام في اليوم الواحد.

بعثة العودة بالعينات إلى الأرض

في هذه الحالة يكون الهدف من المهمة هو جلب عينات تم جمعها من جسم سماوي آخر (كوكب، مذنب أو كويكب) أو جسيمات بين الكواكب أو بين النجوم إلى الأرض لتحليلها. بالمقارنة مع دراسة ميدانية بواسطة أدوات روبوت مثل الروفر المريخي كيوريوسيتي، تسمح العودة بعينات التربة إلى الأرض بتحليل أكثر دقة، كما تسمح أيضا بمناولة العينات وتعديل الظروف التجريبية بالموازاة مع تقدم التكنولوجيا والمعرفة. لكن في الوقت نفسه قد ينطوي هذا النوع من المهام على صعوبات كبيرة، لعل أبرزها هو قيام المسبار بإنزال تلقائي علي جسم سماوي تنعدم فيه تقريبا الجاذبية أو على العكس من ذلك ان يكون قادرا علي الهبوط والانطلاق من على سطح جسم ذي جاذبية معتبرة، كما يجب على مسابير هذه النوعية من المهام في كل الأحوال أن تكون لها القدرة على إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي للأرض بسرعة عالية وبدقة كبيرة. مهمة العودة بالعينات المريخية إلى الأرض، التي شكلت في سنة 2016 أهم أهداف دراسة المجموعة الشمسية، لم تتحقق بعد نظرا لأسباب مالية وتكنولوجية على سواء.

المخترق

المخترق أو المتغلغل (بالفرنسية: Pénétrateur) هو عبارة عن مركبة فضائية صغيرة مصممة لاختراق أرض جسم سماوي (كوكب، قمر، كويكب أو مذنب) بسرعة عالية خاضعة لتباطؤ من عدة مئات من جي. تنتقل المعلومات التي تجمعها الأجهزة العلمية على متن المركبة بواسطة مرسل صغير إلى السفينة المدارية الأم، التي ترسلها بدورها إلى محطات على الأرض. يمكن مبدأ عمل المخترق من تجنب حمل المظلات والصواريخ اللازمة للهبوط السلس، وبالتالي يخفف إلى حد كبير من وزن الإنزال. لكنه في الآن ذاته يجب أن يكون قادرا على تحمل الأثر الذي يخلق بدوره العديد من القيود على كتلته، وهيكله وتصميم حمولته. لم تتجاوز العديد من مشاريع المسبار المخترق مرحلة الدراسة، وبحلول سنة 2013، تم تنفيد بعثتين فقط من للمسابير المخترقة لكن دون نتائج بسبب فقدان المركبة الأم.

أقمار الإتصالات

أقمار الإتصالات هي مركبات مسؤول عن نقل الاتصالات بين سطح جسم سماوي (من مكان تواجد مسبار الإنزال أو روفر) والأرض. تمتلك هذه المركبات دائما وإلى غاية اللحظة مدارات لها أهدافها العلمية الخاصة على غرار مارس أوديسي أو مارس ريكونيسانس أوربيتر. يمكن أن تندرج بعض مسابير الفضاء أحيانا ضمن عدة فئات مثل مسابير.فايكنج التي تجمع في نفس الوقت بين مسبار الإنزال والمسبار المداري.

العارض التكنولوجي

العارض التكنولوجي هو مركبة فضائية يتمثل هدفها الرئيسي في التحقق من صحة تقنية جديدة. على سبيل المثال مسبار الفضاء العميق 1 الذي كان الهدف الرئيسي منه هو التحقق من صحة إمكانية استخدام الدفع الأيوني لبعثات بين.الكواكب.

أبرز المسابير ومهامها

اقتصرت المهام الأولى لمسابير الفضاء على مهمات بسيطة إلى أهداف أقرب نوعا ما للكرة الأرضية تضمنت رحلال في اتجاه واحد لدراسة القمر والزهرة على سبيل المثال. لكنها سرعان ما تطورت إلى مهام معقدة، شملت رحلات في اتجاهين بغرض دراسة أجسام سماوية بعيد نسبيا عن الأرض والهبوط عليها والعودة ببيانات وعينات منها إلى الأرض.
انبثقت أولى مهام استكشاف الفضاء باستخدام مسابير فضاء غير مأهولة عن ما يعرف تاريخيا باسم سباق غزو الفضاء بين الاتحاد السوفيتي من جهة والولايات المتحدة الأمريكية مجهة أخرى. في كل الحالات تمكن الأمريكيون من إحراز تقدم فيما يخص إرسال بشر إلى الفضاء، أين لامست أقدامهم سطح القمر أولا قبل السوفييت. في حين تمكن السوفييت من الوصول الأول بمسابير الفضاء التابعة لهم إلى الأجرام السماوية، فكانو أول من تمكن من إنزال مركباتهم على عدد من الكواكب على غرار القمر والمريخ والزهرة.