پرواز در گرانش صفر(4)
پرواز گرانش صفر، كه با عنوان پرواز سهموی یا خط سیر كپلری نیز شناخته می‌شود، پروازی است كه با استفاده از هواپیماهایی خاص با اندكی تغییرات داخلی تحت پروفیل پروازی ویژه‌ای صورت می‌گیرد. این نوع پروازها در دهه 50 میلادی شناخته شدند. در آن زمان، خلبانان هواپیماهای جنگنده به تفاوت شرایط و سختی حركت طی برخی مانورها پی برده بودند. به همین دلیل، برای امنیت بیشتر، حضور همزمان دو خلبان در پروازها به عنوان استاندارد مطرح شد. ظهور پروازهای فضایی سرنشین‌دار، به استفاده از پروازهای گرانش صفر پیش از پرتاب به منظور آشنایی فضانوردان با شرایط بی‌وزنی و چگونگی اقامت در ایستگاه‌های فضایی انجامید. این پروازها همچنین بهترین شرایط را برای آزمایش تجهیزاتی است كه قرار است به ایستگاه فضایی پرتاب شود، فراهم می‌آورد.
هواپیماهای گرانش صفر با انجام مانورهای سهموی قادرند حدود 20 تا 30 ثانیه حالت بی‌وزنی در داخل هواپیما ایجاد كنند تا دانشمندان بتوانند به تحقیقات و آزمایش‌هایی كه امكان انجام آنها بر روی زمین نیست، بپردازند. در هر مانور، پیش از آغاز شرایط بی‌وزنی و پس از آن، شخص مدتی را در شرایط گرانش زیاد (5/1 تا 8/1 برابر شتاب جاذبه زمین) سپری می‌كند. خلبان یك هواپیمای گرانش صفر، تنها با بهره‌گیری از حس خود و ابزارهای دقیق متعارفی مانند شتاب‌سنج می‌تواند مانورهای ویژه پروازی را برای ایجاد شرایط گرانش صفر یا ناچیز انجام دهد.
این نوع پرواز، تنها روش زیرمداری است كه می‌توان تحت آنها، شرایط بی‌وزنی را به منظور انجام تحقیقات بر روی انسان، حتی در مورد افراد عادی كه فضانورد نیستند، در راستای مطالعات فضایی و یا با اهداف تجاری ایجاد كرد.
ویژگی‌ها و كاربردهای منحصر به‌فرد پرواز گرانش صفر
پرواز گرانش صفر را می‌توان فرصتی ایده‌آل و كم‌هزینه برای تحقیقات و آزمایش‌های مقدماتی یك سفر بلندمدت فضایی و همچنین تجربه‌ای هیجان‌انگیز برای افراد عادی دانست. در حقیقت، پروازهای گرانش صفر تنها روش عملی تجربه شرایط بی‌وزنی برای انسان بدون حضور در فضاست. در طول این پروازها، شركت‌كنندگان قادر خواهند بود حس گام برداشتن نیل آرمسترانگ بر روی سطح ماه را تجربه كنند. همچنین می‌توانند تجربه گام برداشتن بر روی مریخ را حتی پیش از آنكه انسانی روی این سیاره قدم گذاشته باشد، كسب كنند. اگرچه مدت بی‌وزنی در هر مانور نسبتاً كم است، ولی عموماً عملیات پروازی به تنها یك مانور ختم نمی‌شود. به عنوان مثال، عملیات پرواز گرانش صفر آژانس فضایی اروپا (ایسا) كه با هواپیمای ایرباس A-300 انجام می‌شود، شامل سه پرواز (كه معمولاً در سه روز انجام می‌شود) هریك با 31 مانور سهمی‌گون است.
زمینه‌های گوناگون تحقیقاتی كه عموماً در پروازهای گرانش صفر مورد آزمایش و بررسی قرار می‌گیرد، شامل موارد زیر است:
- مفاهیم فیزیك پایه: بررسی حركت ذرات، فیزیك پلاسما، پدیده تراكم و غیره
- علم مواد: مطالعه خواص ترموفیزیكی، شیمی‌فیزیك، مواد دانه‌ای و غیره؛ مانند آزمایش قالب‌ریزی و ساخت بتن در شرایط گرانش ناچیز با چشم‌انداز زندگی در مریخ
- بیولوژی: تحقیق در مورد فیزیولوژی گیاهان و حیوانات، ویژگی سلول‌های انسانی و غیره
- احتراق و دینامیك سیالات: مطالعه پدیده پاشش سوخت، تشكیل دوده، فرایند احتراق، تبخیر سوخت، انتقال حرارت، دینامیك قطرات، فرایند پخش و غیره
- فیزیولوژی بدن: بررسی عملكرد سیستم گردش خون، سیستم تنفس، سیستم گوارش، سیستم اعصاب، سیستم حركتی و غیره
- فناوری: تست ابزارهای فضایی، تحقیق دوباره آزمایش‌های انجام گرفته در ایستگاه فضایی بین‌المللی، فناوری جدایش فازها، تجهیزات گوناگون فضانوردان، دستگاه‌های نشان‌دهنده وضعیت فضانوردان و غیره؛ مانند آزمایش ربات هدایت‌شونده ویژه فعالیت‌های مداری خارج از فضاپیما.
از پروازهای گرانش صفر در صنعت فیلم‌سازی هم استفاده می‌شود؛ به عنوان مثال، نماهای بی‌وزنی در فیلم آپولو 13 و مجموعه فیلم‌های ماتریكس، در هواپیمای گرانش صفر فیلمبرداری شده است.
هواپیماهای گرانش صفر
تعدادی از هواپیماهایی كه برای پروازهای گرانش صفر مورد استفاده قرار می‌گیرند، به شرح زیر هستند:
هواپیمای KC-135 و DC-9 ناسا
هواپیمای KC-135 گرانش صفر ناسا، كه با عنوان شهاب مهوّع نیز خوانده می‌شود، شكل تغییریافته (بدون مخزن) هواپیماهای بوئینگ 707 (یك توربوجت چهار موتوره) است. پایگاه پروازی این هواپیماها در مركز فضایی لیندون جانسون آمریكا قرار دارد. پروفیل پروازی این هواپیما به صورت منحنی‌های سهمی‌گون به مسافت 6 مایل همراه با صعود و شیرجه است، به طوری كه نیروی پیشرانش هواپیما برابر با نیروی پسآی هوا باشد. در این حالت، شخص در داخل هواپیما حدود 25 ثانیه احساس بی‌وزنی می‌كند. نوعاً یك چنین عملیات پروازی شامل بیش از 40 مانور سهمی‌گون بوده و حدود دو ساعت به طول می‌انجامد.
ناسا در راستای طرح فرصت‌های پروازی دانش‌آموزی گرانش كاهش‌یافته، جمعی از دانشجویان را برای پرواز با هواپیمای مكدانل داگلاس DC-9 تغییریافته خود (جایگزین جدید KC-135) با عنوان اعجوبه بی‌وزنی برگزید. این برنامه كه از 1995 هر سال یك‌بار برگزار می‌شود، به گروه‌های دانشجویی امكان تحقیق، طراحی، ساخت، آزمایش و ارزیابی ایده‌های مرتبط با شرایط گرانش صفر را می‌دهد. سالانه حدود 50 گروه از میان صدها طرح پیشنهادی برای شركت در پروازهای گرانش صفر دانش‌آموزی ناسا انتخاب می‌شوند.
پس از انتخاب طرح‌های برگزیده، از گروه‌های پیشنهاددهنده دعوت می‌شود تا طرح‌های آزمایشی خود را با پرواز در هواپیمای گرانش صفر ناسا عملی كنند. بدین ترتیب هر گروه در هر پرواز، 32 مانور 18 تا 25 ثانیه‌ای فرصت دارد تا به آزمایش طرح‌های خود در شرایط گرانش ناچیز بپردازند. طرح‌های پیشنهادی توسط گروه‌های دانشجویی در چنین برنامه‌هایی، بیشتر در زمینه پیشرانش، هوانوردی، بیولوژی، داروسازی و مخابرات است. برنامه‌های گرانش صفر مشابهی توسط آژانس فضایی اروپا (ایسا) و سازمان فضایی ژاپن (جاكسا) و آژانس توسعه فناوری و علوم ملی تایلند نیز برای علاقه‌مند كردن دانش‌آموزان و دانشجویان به مباحث فضا دنبال می‌شود.
ادامه دارد...
