استكشاف الفضاء

استكشاف الفضاء الخارجي هو استجابه لفضول وحب استطلاع الانسان عن الارض .القمر .الكواكب .الشمس والنجوم الاخرى وايضا المجرات الاخرى مركبات مأهوله وغير مأهوله سافرت بعيدا عن الارض لتجمع معلومات متوفره عن الكون . زار البشر القمر وعاشوا في المحطات الفضائيه لفترات طويله . استكشاف الفضاء ايضا يساعدنا على معرفة علاقة الارض الحقيقيه مع باقي الكون .
عصر الفضاء بدأ في اكتوبر 1957 في هذا اليوم اطلق الاتحاد السوفيتي اول قمر صناعي ليدور حول الارض (sputnik1)
واول رحله فضائيه مأهوله كانت في 12 ابريل 1961 عندما دار رائد الفضاء السوفيتي يوري غاغارين حول الارض في المركبه الفضائيه vostok1
مركبات غير مأهوله تسمى مجسات فضائيه زادت معرفتنا عن الفضاء الخارجي والكواكب والنجوم في عام 1959مجس سوفيتي مر بالقرب من القمر واخر اصطدم بالقمر ومسبار فضائي امريكي تخطى كوكب الزهره في 1962 وفي عام 1974 و 1976 اطلقت الولايات المتحده مسبارن المانيان دخلت مدار عطارد بالقرب من الشمس ايضا مجسان امريكيان هبطا على ارض المريخ في 1976 بالاضافه الى دراسة كل الكواكب عدا بلوتو المجسات الفضائيه ايضا بحثت عن المذنبات والكويكبات
اول رحله مأهوله لاستكشاف القمر كانت في 21 ديسمبر 1968عندما اطلقت الولايات المتحده المركبه ابوللو 8 التى دارت حول القمر 10 مرات وعادت بأمان الى الارض وفي عام 1969 رواد فضاء امريكيون بقيادة نيل ارمسترونج هبطوا بمركبتهم ابوللو 11 على سطح القمر بعدها رواد فضاء قامو بالهبوط على سطح القمر خمس مرات قبل الانتهاء من برنامج ابوللو في 1972

خلال السبعينات تمت تنميه مهارات رواد الفضاء للبقاء في المختبرات والمحطات الفضائيه لمده طويله خلال عام 1987 و1988 رائدا فضاء سوفيتيان امضيا 366 يوم في المدار .
في 12 ابريل 1981 انطلق مكوك الفضاء الامريكي كولومبيا المكوك كان اول مركبه يعاد استخدامها واول مركبه تستطيع الهبوط في احد المطارات العاديه .في 28 يناير 1986 وقع حادث مأساوي انفجر مكوك الفضاء الامريكي شالنجر خلال انطلاقه ممااسفر عن مقتل سبعة رواد على متنه اعيد بناء المكوك واستؤنفت الرحلات في 1988حادث مأساوي اخر اعترض رحلات المكوك في فبراير 2003 حيث تحطم كولومبيا خلال عودته الى الارض في الغلاف الجوي قاتلا سبعة رواد على متنه
في السنوات الاولى من عصر الفضاء النجاح في الفضاء اصبح مقياس لقيادة الدول في العلم . الهندسه.والدفاع الوطني .الولايات المتحده والاتحادالسوفيتي كانت في تنافس شديد بما يعرف بالحرب البارده ونتيجة لذلك تنافست الامتان في تطوير برامج الفضاء في الستينات والسبعينات قاد سباق الفضاء كلا الامتان الى اكتشافات كبيره .تلاشى سباق الفضاء في نهايه 1970 عندما بدأت الدولتان في تحقيق اهداف مستقله في الفضاء
جدال رئيسي في تطوير برامج الفضاء كان في تحقيق التوازن في الاستكشافات المأهوله وغير المأهوله بعض الخبراء يفضلون المجسات او المركبات غير المأهوله لانها ارخص واقل خطوره واسرع من المركبات المأهوله لكن المجسات لاتستطيع التفاعل مع الاحداث غير المتوقعه في الوقت الحاضر معظم مخططوا الفضاء يفضلون استراتيجيه متوازنه بن اطلاق المجسات والمركبات المأهوله لان المجسات تستطيع الوصول الى مناطق بعيده ومجهوله حيث البيانات التي يتم الحصول عليها تقع ضمن الحدود المتوقعه وفي بعض الحالات يكون استخدام المجسات في استكشاف اسرار الكون

نموذج لطائرة هيليوس تعمل بالطاقه الشمسيه تقاد بواسطة التحكم عن بعد حلقت فوق جزر هاواي في اوغست 2001 وحققت رقما قياسيا في الارتفاع بلغ 96863 قدم (29524 متر) . هيليوس صممت من قبل المهندسين في وكالة الفضاء الدوليه ناسا والوطنيه للملاحه الجويه .اختبرت هذه الطائره لدراسة الطيران في الغلاف الجوي الاخف في المريخ او الغلاف العلوي للارض تحطمت هذه الطائره خلال اختبار طيران في 2003

ماهو الفضاء
الفضاء هو الفراغ الذي تتحرك فيه جميع الاجسام والاجرام في الكون .الكواكب والنجوم هي نقاط صغيرة جدا بالمقارنة مع المساحة الشاسعة للفضاء.

بداية الفضاء
الارض محاطه بالهواء والذي يشكل غلافها الجوي .وكلما ازدادت المسافه من الارض يصبح الهواء اخف ولاتوجد حدود واضحه بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي ولكن معظم الخبراء يقولون ان الفضاء يبدأ في مايتجاوز 60 ميلا(95 كلم) فوق الارض
الفضاء الخارجي الذي يعلو الغلاف الجوي مباشرة ليس فارغا تماما فهو يحتوي علي بعض جزيئات الهواء فضلا عن الغبار الفضائي وقطع معدنيه او صخريه تسمى النيازك .وعدة انواع من الاشعه تطير بحريه .الاف من الاقمار الصناعيه اطلقت الى هذه المنطقة من الفضاء

الحقل المغناطيسي للارض هو الفضاء حول الارض التي يمكن ملاحظة التأثير المغناطيسي فيها هذا الحقل يمتد بعيدا حول الغلاف الجوي هذا الحقل يجذب الجسيمات المشحونه كهربائيا من الفضاء مشكلا طبقات من الاشعه تسمى حزمة فان الن (van allen belts)
هذه المنطقه من الفضاء التي يتحكم فيها المجال المغناطيسي للارض بهذه الجسيمات المشحونه تسمى بالغلاف المغناطيسي وهي على هيئة قطرة دمعه من النقطه التي تتمدد فيها من الشمس خارج حدود هذه المنطقه يفقد المجال المغناطيسي للارض تأثيره الذي يكتسبه من الشمس لكن حتى هذه المسافه البعيده عن جاذبية الارض بما يقارب مليون ميل (1.6 كلم ) من الارض هذا الحقل بامكانه ابقاء قمر صناعي بالدوران حول الارض بدلا من الطيران في الفضاء

الفضاء بين الكواكب يسمى فضاء داخلي بين الكواكب وجاذبية الشمس تتحكم في حركة الكواكب في هذه المنطقه و هذا يسبب دوران الكواكب حول الشمس
مسافات شاسعه تفصل هذه الاجرام المتحركه في هذا الفضاء مثلا الارض تدور حول الشمس من مسافه حوالي 93 مليون ميل (150 مليون كلم ) الزهره يتحرك في مدار حوالي 68 مليون ميل (110 مليون كلم ) من الشمس . الزهره هو اقرب كوكب الى الارض بمسافه حوالى 25مليون ميل (40 مليون كلم ) مهما كانت المسافه بين الارض والشمس فهي ابعد مئة مره عن القمر

الفضاء بين النجوم يسمى فضاء نجمي المسافات في هذه المنطقه كبيره جدا بحيث ان علماء الفلك لايصفونها بالاميال او الكيلومترات بدلا من ذلك يقيس العلماء المسافات بين النجوم بوحده تسمى السنه الضوئيه مثلا اقرب نجم الى الشمس هو بروكسيما قنطورس (proxima centauri) يبعد 4.2 سنه ضوئيه . السنه الضوئيه تساوي 5.88 ترليون ميل (9.46 ترليون كلم ) هذه المسافه هي التي يقطعها الضوء في سنه واحده بسرعته التي تبلغ 186282 ميل (299792كلم ) في الثانيه

غازات مختلفه . سحب خفيفه من غبار شديد البروده و عدد من المذنبات تطفوا بين النجوم الفضاء النجمي يحتوي ايضا على العديد من الاجرام التي لم تكتشف بعد

الوصول الى الفضاء والعوده منه
التغلب على الجاذبيه هي اكبر مشكله تواجه رحلات الفضاء . فالمركبه الفضائيه يجب ان تطلق بتسارع واتجاه معين فالجاذبيه الارضيه تعطي كل شيْ على الارض وزنه وتسرع سقوط الاجسام الى الاسفل على سطح الارض هذا التسارع هو بفعل الجاذبيه ويرمز له ت ويساوي تقريبا 32 قدم(10م) في الثانيه كل ثانيه
صاروخ عملاق يسمى مركبة اطلاق او تعزيزات(boosters) تساعد المركبه الفضائيه على مقاومة الجاذبيه جميع مركبات الاطلاق تحتوي على قسمين او اكثر من الصواريخ تسمى مراحل المرحله الاولى تعطي قوه دفع كافيه لمغادرة سطح الارض ولفعل ذلك يجب ان تفوق قوة دفع هذه المراحل وزن مركبة الاطلاق . المعزز(صاروخ يساعد في الدفع) يولد الدفع بحرق الوقود وطرد الغازات . محركات الصواريخ تعمل بخليط خاص يسمى مركب الدفع ومركب الدفع يتكون من وقود صلب او سائل ومؤكسد (ماده توفر الاكسجين اللازم لاحتراق الوقود في الفضاء حيث لايوجد هواء )الاكسجين السائل هو المستخدم غالبا
التسارع الادنى اللازم للتغلب على الجاذبيه والوصول الى المدار يسمى تسارع مداري بمعدل تسارع ثلاثة اضعاف تسارع الجاذبيه 3ت ومركبة الاطلاق تصل تقريبا الى التسارع المداري في تسع دقائق علي ارتفاع 120 ميل (190 كلم).والسرعة اللازمه للمركبه للمحافظه على التسارع المداري والوصول الى المدار هي تقريبا 5 اميال ( 8كلم) في الثانيه
في العديد من صواريخ الاطلاق شاحنه او تراكتور تحرك الصاروخ وحمولته الى منصة الاطلاق وعند منصة الاطلاق يحرك الصاروخ الى موقعه فوق حفره تسمى فجوة اللهب ويحمل العاملون مركب الدفع الى الصاروخ بانابيب خاصه
وفي وقت الاطلاق محركات صاروخ المرحله الاولى تشتعل حتى تتجمع قوة دفع تتحمل وزن الصاروخ هذا الدفع يطلق المركبه من منصة الاطلاق واذا كان الصاروخ متعدد المراحل المرحله الاولى تنفصل او تسقط بعد عدة دقائق بعد ان ينفذ مخزونها من مركب الدفع ثم تبدأ المرحله الثانيه بالاشتعال وبعد عدة دقائق ينفذ مخزونها و تسقط من الصاروخ وتبدأ المرحلة الاخيره بالانطلاق والوصول الى التسارع المداري
اطلاق مكوك الفضاء (space shuttle) يختلف قليلا فالمكوك لديه تعزيزات (boosters)وهي صواريخ تعمل بالوقود الصلب بالاضافه الى محركات المكوك الرئيسيه والتي تحرق مركب دفع سائل هذه التعزيزات مجتمعه مع المحركات الرئيسيه توفر الدفع اللازم لاقلاع المكوك من منصة الاطلاق وبعد دقيقتان اواكثر من الطيران تنفصل هذه التعزيزات عن المكوك وتعود الى الارض بالمظلات وتستمر محركات المكوك الرئيسيه بالاشتعال حتى يصل الى التسارع المداري

مركبات الاطلاق التي استخدمت في الولايات المتحده واسيا واوربا هذه المركبات تحمل مجسات فضائيه واقمار صناعيه الى الفضاء الخارجي مكوك الفضاء (space shuttle) والصاروخ الصيني والروسي حمل ايضا رواد فضاء ومحطات فضائيه
للوصول الى ارتفاع اعلى تبدأ المركبه بتشغيل احد محركات الصواريخ لزيادة سرعتها وعندما تصل المركبه الى سرعه حوالى 40 في المئه اسرع من التسارع المداري فانها تصل الى التحرر من التسارع المداري هذه السرعه ضروريه للهروب من الجاذبيه الارضيه
العوده الى الارض تتضمن مشكلة تقليص سرعة المركبه الهائله ولفعل ذلك تستخدم المركبه المداريه محركات صاروخيه صغيره لاعادة توجيه مسار رحلتها في الغلاف الجوي العلوي هذا الاجراء يسمى de-orbit ايضا المركبه الفضائيه العائده من القمر او كوكب توجه مسار رحلتها لتنحدر عبر الغلاف الجوي العلوي وتوفر مقاومة الهواء بعد ذلك عملية التباطؤ اللازمه والحد من سرعة المركبه
عند هذه السرعات العاليه المرتبطه بالعوده الى الغلاف الجوي من الفضاء لايتدفق الهواء عن طريق هذه المركبه المندفعه بسرعة كافيه بدلا من ذلك تتراكم جزيئات الهواء امامها وتصبح مضغوطه بشده هذا الضغط يسخن الهواء ويرفع درجة حراراته الى اكثر من 10000 درجة ف(5500 درجه س) اي اكثر من درجة حرارة سطح الشمس الحراره الناتجه التي تواجهها المركبه الفضائيه تستطيع ان تحرق مركبه غير معزوله في ثواني لذلك الواح عازله من الياف الكوارتز تلصق على سطح المركبه توفر درع واقي من هذه الحراره العاليه ويستخدم ايضا نظام تبريد . المركبات الفضائيه في وقت مبكر كان لديها طبقات واقيه على سطحها تستوعب هذه الحرارة بان تحترق طبقه بعد طبقه وتتحول الى بخار
يعتقد كثير من الناس ان سطح المركبه الفضائيه يسخن باحتكاكه بالهواء من الناحيه الفنيه هذا الاعتقاد ليس دقيقا فالهواء خفيف جدا وسرعته خلال سطح المركبه منخفض جدا ليسبب كثير من الاحتكاك
المجسات الفضائيه الغير مأهوله قوة التباطؤ (deceleration force) لديها تكون كبيره جدا بما يوازي 60 الى 90 ضعف تسارع الجاذبية بمعدل 10 الى 20 تانيه و مكوك الفضاء يستخدم اجنحته لكي ينحدر عبر الغلاف الجوي ويطول فترة هبوطه لاكثر من 15 دقيقه وبالتالي يقلل قوة التباطؤ لديه حتى 2/11 من تسارع الجاذبيه
عندما تفقد المركبه الكثير من سرعتها فانها تسقط بهدوء في الهواء وتستخدم مظلات لتبطئتها وقد يشغل صاروخ صغير في الثواني الاخيره لتخفيف اثر الهبوط . مكوك الفضاء يستخدم اجنحته ليتجه الى المدرج ويهبط كطائره قبل المكوك الكبسولات الفضائيه الامريكيه كانت تسقط في المحيط

اول صواريخ الفضاء
خلال الثلاثينات تقدمت بحوث الصواريخ في الولايات المتحده والمانيا والاتحاد السوفيتي في عام 1926 تمكن فريق روبرت جودارد من اطلاق اول صاروخ بالوقود السائل على الرغم من عدم مساندة الحكومة الامريكيه .علماء الصواريخ في المانيا والاتحاد السوفيتي تلقوا دعما من حكوماتهم في تطوير القذائف الصاروخيه
في عام 1942 خلال الحرب العالميه الثانيه خبراء صواريخ المان بقياده فيرنر فون براون صنعوا القذيفه الصاروخيه الموجهه v 2 الاف من هذه الصواريخ وغيرها اطلقت ضد المدن الاوربيه خصوصا لندن وتسببت في الكثير من الخسائر الماديه والارواح
بعد نهاية الحرب العالميه الثانيه في عام 1945 الكثير من مهندسي الصواريخ الالمان ذهبوا للعمل لصالح الولايا ت المتحده لتطوير القذائف العسكريه وكانت البحريه الامريكيه تعمل على انتاج صواريخ اكبرمثل الصواريه aerobee و viking وفي عام 1949 بنى فريق الصواريخ اول صاروخ له مرحلتين المرحلة الاولى كانت صاروخ v2 وصاروخ اصغر كمرحله ثانيه هذا الصاروخ وصل الى ارتفاع 250 ميل اي حوالي 400 كلم
بحلول عام 1947 كان الاتحاد السوفيتي قد بدأ سرا ببرنامج حثيث لتطوير قذائف باليستيه بعيدة المدى وفي الاربعينات نشرت مجموعه بريطانيه تدعى جمعية الكواكب خطط دقيقه لمركبات مأهوله تهبط على القمر .بزات فضائيه .الالتقاء في المدار.وركزت جمعية الصواريخ الامريكيه على هندسة الصواريخ وفي عام 1950 بدأ الاتحاد الدولي للملاحه الفضائيه بعقد دورات سنويه

اول الاقمار الصناعيه
في عام 1955 اعلنت الولايات المتحده والاتحاد السوفيتي عن خطط لاطلاق اقمار صناعيه مع اجهزه علميه على متنها وكان من المقرر اطلاقها الى المدار كجزءمن مشروع السنه الجيوفيزيائيه الدوليه وهي فتره من التعاون الدولي في مجال البحث العلمي بدأت عام 1957 . قدم السوفيت بيانات تفصيليه عن اجهزة الاستقبال التي سوف تدرج على قمرهم الصناعي لكن برنامج الصواريح السوفيتي بقي طي الكتمان في ذلك الوقت ونتيجة لذلك لم يصدق الناس في كثير من الدول ان السوفيت لديهم القدرة التقنيه اللازمه لاستكشاف الفضاء
وفي اكتوبر 1957 فاجأ السوفيت العالم بنجاحهم في تحقيق وعدهم والتقدم على الولايات المتحده مره اخرى فقبل ستة اسابيع فقط اطلق الروس قذيفتهم الصاروخيه R 7 ذو المرحلتين ليعبر 5000 ميل (8000كلم ) .لكن هذه المره حمل اول قمر صناعي sputnik 1 سبوتنيك 1 وسبوتنيك تعني الرفيق المسافر بالروسيه . صاروخ R 7 القى بالقمر الصناعي الذي يزن 83 كلجم والصاروخ الذي يحمله في المدار حول الارض والتقطت اشارات سبوتنيك اجهزة الراديو في جميع انحاء العالم

العيش في الفضاء
عندما يدور البشر حول الارض اويزورون القمر فانهم يجب ان يعيشوا مؤقتا في الفضاء . الظروف هناك تختلف اختلافا كبيرا عن الارض . لايوجد هواء في الفضاء ودرجات الحراره تصل الحرارة الشديده والبرد والشمس تعطي اشعاعات خطيره ومخاطر جديده قد تواجههم في الفضاء على سبيل المثال جزيئات دقيقه من الغبار تسمى (micrometeoroids ) تهدد المركبات باصطدامات تدميريه عالية السرعه ايضا اثار حطام من الرحلات الفضائيه السابقه يمكن ان تسبب الضررللمركبه الفضائيه
على الأرض ، الغلاف الجوي يعمل كدرع واق طبيعي ضد العديد من هذه التهديدات. ولكن في الفضاء ، رواد الفضاء والمعدات بحاجة إلى أشكال أخرى من الحماية. يجب عليهم أيضا أن يعانوا من الآثار الجسدية من السفر عبر الفضاء وحماية أنفسهم من قوات التسارع العالية خلال عملية الاطلاق والهبوط.
ولا بد من تلبية الاحتياجات الأساسية لرواد الفضاء في الفضاء كما يتم الوفاء بها. وتشمل هذه الاحتياجات في التنفس ، الأكل والشرب ، والتخلص من فضلات الجسم ، والنوم.

الحماية ضد الأخطار من الفضاء
عمل المهندسين مع مختصين في الطب الفضائي قد قلص إلى حد كبير أو قضى على معظم الأخطار المعروفة من العيش في الفضاء. المركبات الفضائية عادة ما يكون لديها هيكل مزدوج للحماية من اثار اصطدام الجسيمات .
رواد الفضاء ايضا محميون من الإشعاع في عدد من الطرق. الرحلات في مدار حول الأرض تكون في مناطق لا تزال محمية طبيعيا من الاشعاع ، مثل منطقة الحقل المغناطيسي للأرض. كما ان المرشحات المثبتة على نوافذ المركبة الفضائية تحمي رواد الفضاء من الاشعة فوق البنفسجية المسببة للعمى.
ويجب أيضا أن يكون الطاقم في حمايه من الحرارة الشديدة وغيرها من الآثار الجسدية لعملية الاطلاق والهبوط. المركبات الفضائيةايضا تتطلب درع واقي من الحرارة لمقاومة درجات الحرارة العالية وبناء متين لتحمل قوى التسارع. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يجلس على رواد الفضاء في وضعيه لاتتأثر فيها الدوره الدمويه ولايتم سحب الدم من الرأس إلى الأسفل من الجسم ، مما يسبب الدوخة أو الإغماء.
على متن سفينة الفضاء ، درجات الحرارة ترتفع بسبب الحرارة المنبعثة من الأجهزة الكهربائية واجسام الطاقم . لذلك هناك مجموعة من المعدات تسمى نظام التحكم الحراري ينظم درجة الحرارة. ونظام مضخات سوائل في محيط كبينة القياده يمر في لوحات المبرد ، والتي تصريف الحرارة الزائدة في الفضاء. وسوائل التبريد يتم ضخها مره اخرى في القنوات حول المقصورة.

الجاذبيه الدقيقه
في المدار ، تواجه مركبة الفضاء وكل شيء داخلها حاله تسمى الجاذبيةالدقيقه (Microgravity ).فالمركبه ومحتوياتها تسير بحرية ، نتيجة على مايبدو إلى انعدام وزن المركبة الفضائية. لهذا السبب ، فإن الجاذبية الدقيقه هي التي يشار إليها أيضا انعدام الجاذبية. كلا المبدأين غير صحيح من الناحية الفنية. فالجاذبية في المدار أقل قليلا من الجاذبية على الأرض. المركبة الفضائية ومحتوياتها تسقط باستمرار وبطء نحو الارض. وعند سرعة المركبه الهائلة إلى الأمام ، ينحني سطح الأرض بعيدا بينما تسقط المركبه نحوه. هذا السقوط المستمر يبدو انه يلغي وزن كل شيء داخل المركبة فضائية. لهذا السبب ، فإنه يشار إليه أحيانا انعدام الوزن.