مسبار فضاء

(تم التحويل من مسبار فضائي)
Technicians work on the Ulysses space probe.

مسبار الفضاء هو مركبة فضاء تحمل أجهزة تقنية متطورة ، مهمتها الأساسية هي إستكشاف الفضاء الخارجي. ومسبار الفضاء يختلف عن الساتل الصناعي والذي يستقر بشكل شبه دائم في مدارات حول الأرض ، حيث يملك المسبار كمية كافية من الطاقة للهروب من مجال الجاذبية الأرضية للقيام بمهمته بحرية في الفضاء. [1]

والمجس الفضائي هو أداة غير مأهولة ترسل لاستكشاف الفضاء، وقد يعمل بعيدًا في الفضاء أو يدور حول كوكب أو قمر، أو يهبط عليهما، وقد يقوم برحلة في اتجاه واحد، أو يحضر معه إلى الأرض عينات وبيانات. وترسل معظم المجسات بيانات من الفضاء بوساطة الراديو، مستخدمة في ذلك العملية المعروفة باسم القياس عن بعد.

عمل المجس الفضائي

تستكشف المجسات الفضاء بعدة طرق، فالمجس الفضائي يسجل ملاحظات حول درجة الحرارة والإشعاع والأجسام الموجودة في الفضاء الخارجي، كما يسجل أيضًا ملاحظات عن الأجسام القريبة. وبالإضافة إلى ذلك، يعمل المجس الفضائي على تعريض بعض المواد الأرضية لظروف الفضاء، حتى يتمكن العلماء من ملاحظة التأثيرات التي تحدث لها. وقد يجري المجس الفضائي أيضًا تجارب مثل إطلاق مواد كيميائية أو حفر التربة السطحية على البئية المحيطة به. وأخيرًا، تمكن حركة المجس، العلماء الذين يتحكمون فيه على سطح الأرض، من تحديد الظروف السائدة في الفضاء. فالتغيرات في المسار والسرعة يمكن أن توفر معلومات عن الكثافة الجوية ومجالات الجاذبية.

مركبة الفضاء المأهولة. يبين الشكل (أدناه) أربع مركبات فضاء أمريكية واثنتين سوفييتيتين. حملت كل من كبسولتي فوستوك ومركوري مرشدًا فضائيًا واحدًا. أما مركبة جميني الفضائية فقد حملت رائدين فضائيين. وقد دار ثلاثة رواد فضاء حول القمر في مركبة القيادة أبولّو. وهبط اثنان من الرواد على سطح القمر في المركبة القمرية. وحملت مركبة الخدمة أبولّو محركًا صاروخيًا استُخدم أثناء الرحلة. وتستطيع المركبة سويوز السوفييتية أن تحمل ثلاثة رواد فضاء.

تصنيف المجسات

ويمكن تصنيف المجسات القمرية والكوكبية التي تهبط على أهدافها، وفقًا لطريقة هبوطها. فالمركبات الارتطامية لاتحاول تخفيض سرعتها عند اقترابها من الهدف. وفي مركبات الهبوط العنيف تكون أجهزة القياس موضوعة داخل رزم مبطنة تمكنها من تحمل صدمة الهبوط العنيف دون أن تتلف. وتهبط مركبات الهبوط الرفيق في سهولة ويسر. وتنغرز المركبات الاختراقية عميقًا في سطح الهدف. [2]

صورة لزحل مأخوذة بمجسّ فضائي.

أنواع المجسات

المجسات القمرية

The Genesis probe was a sample return mission requiring very little fuel.

بدأت كل من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي في إطلاق مجسات فضائية تجاه القمر في عام 1958م. وكان لونا 1، الذي أطلقه الاتحاد السوفييتي في 2 يناير عام 1959م، أول مجس فضائي يقترب من القمر، حيث مر متجاوزًا القمر على مسافة لا تتعدى نحو 6,000كم، واتخذ له مدارًا حول الشمس. واستطاعت الولايات المتحدة الأمريكية، بعد شهرين من ذلك التاريخ، تحقيق إنجاز مماثل بوساطة مجسها الفضائي بيونير 4. وكان أول مجس يصطدم بالقمر المجس السوفييتي لونا 2، الذي أطلق في 12 سبتمبر 1959م. وبعد شهر من ذلك التاريخ دار المجس لونا 3 خلف القمر واستطاع تصوير الجزء المحجوب منه.

بدأ الاتحاد السوفييتي في اختبار مركبات الهبوط العنيف القمرية في عام 1963م. وبعد إخفاقات عديدة، نجحوا في تحقيق ذلك بوساطة المجس لونا 9، الذي أطلق في يناير 1966م. وتمكن برنامج المجس الأمريكي سيرفيور من تحقيق سلسلة من عمليات الهبوط الرفيق الناجحة، بدءًا من عام 1966م. وخلال الفترة من عام 1970م إلى عام 1972م، تمكنت ثلاثة من المجسات السوفييتية من إحضار عينات من التربة القمرية في كبسولات صغيرة. وأرسل اثنان من هذه المجسات سيارات جيب يتم التحكم فيها عن بعد، للتجول فوق سطح القمر.

وبدءًا من عام 1966م، أرسلت الولايات المتحدة الأمريكية خمسة مجسات تسمى المركبات المدارية القمرية إلى المدار، لتصوير سطح القمر. وكشفت هذه المركبات عن وجود “نتوءات” من الجاذبية في مجال الجاذبية القمري، ناتجة عن مادة كثيفة مدفونة تحت البحار القمرية. وسميت هذه المناطق ذات المادة المحكمة التراص التركيزات الكتلية أو الماسكونات، وكان عدم اكتشافها سيؤثر حتمًا على مهام مركبة الفضاء أبولو التي حملت رواد الفضاء إلى القمر.

البعثة الشمسية الكبرى أُطلقت في عام 1980م، وكانت قمرًا صناعيًا صُمم كي يوفر للعلماء مراقبة الشواظات الشمسية، أي الانفجارات العنيفة على سطح الشمس.

المجسات الشمسية

بدءًا من عام 1965م، أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية سلسلة المجسات الفضائية الصغيرة المسماة بيونير إلى مدارات حول الشمس، لدراسة الإشعاع الشمسي. ومازال العديد من هذه المجسات يعمل حتى الآن، بعد مرور عشرين عامًا على إطلاقها. وفي عامي 1974م و1976م، أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية مجسين من مجسات هليوس الألمانية الصنع، واللذيْن مرا داخل مدار كوكب عطارد، لقياس الإشعاع الشمسي. وأطلق المجس الفضائي يوليسيس في عام 1990م، بوساطة كل من الولايات المتحدة الأمريكية ووكالة الفضاء الأوروبية، وهي منظمة مكونة من 14 قطرًا أوروبيًا. وكان من المتوقع أن يقوم المجس بملاحظة المناطق القطبية للشمس في عامي 1994م و1995م.

رحلة صاروخية إلى المريخ ينبغي إطـلاق المـركبة الفضـائية المتجهة إلى المريـخ بسـرعة 11,8كـم/ ثانية، أي 6.0كـم/ ثانية أسرع من السـرعة اللازمة للإفلات من الجاذبية الأرضية. وينبغي أن تطلق في الجهة التي تتحرك فيها الأرض حول الشـمس. وإذا أضيفت السرعة 6.0كـم/ ثانية إلى السرعة 29,8كـم/ ثانية وهي سرعـة دوران الأرض حول الشـمس، فإن سـرعة المركـبة الفضائية تصبح 30,4كم/ ثانية. تسير المركبة الفضائية بمحاذاة مدار الأرض وإلى الخارج حتى تصل مدار المريخ.

مجسات المريخ

أطلق الاتحاد السوفييتي في عام 1960م اثنين من المجسات الموجهة نحو كوكب آخر، وكانا موجهين نحو المريخ. ولكن لم يستطع أي من المجسين بلوغ المدار المطلوب. وبعد مزيد من الإخفاقات السوفييتية، أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1964م، مجسين من مجسات مارينر في اتجاه المريخ. وقد طار المجس مارينر 4 بالقرب من المريخ في 14 يوليو 1965م، وأرسل إلى الأرض مجموعة من الصور الرائعة والقياسات، وأثبت أن الغلاف الجوي للمريخ أرق بكثير مما كان متوقعًا، وأن سطحه يشبه سطح القمر.

صورة ضوئية للمريخ التقطها المجس الفضائي (فايكنج 2). وتظهر في الصورة تفصيلات عديدة للكوكب. ويوجد في قمة الصورة بركان ضخم مع سحابة من الجليد متدلية منه. ويمكن رؤية فوهة بركانية بالقرب من قاع الصورة.

وفي عام 1971م، أسقط المجس السوفييتي مارس3 أول كبسولة تهبط هبوطًا رفيقًا على المريخ، ولكنها فشلت في إرسال بيانات صالحة للاستخدام. وفي العام نفسه، وصل المجس الأمريكي مارينر 9 إلى المريخ، وصوّر معظم سطح الكوكب. كما مر المجس مارينر9 أيضًا بالقرب من قمري المريخ الصغيرين فوبوس وديموس وصورهما.

وفي عام 1976م، هبط مجسا الفضاء الأمريكيان فايكنج 1 وفايكنج2 على سطح المريخ، وظلا يعملان لعدة سنوات؛ وقاما بقياس الطقس وإجراء العديد من التجارب المعقدة بغرض الكشف عن أشكال الحياة على الكوكب، ولكنهما لم يجدا أي دليل على وجود حياة.

وفي عام 1992م، أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية المجس مارس أوبزيرفر. وفي عام 1993م، فقدت ناسا الاتصال مع المجس قبل ثلاثة أيام من الموعد المحدد لدخوله في مدار حول المريخ. ولم تتمكن ناسا من استعادة الاتصال مطلقًا واعتبر المجس مفقودًا.

رحلة صاروخية إلى الزهرة للوصول إلى الزهـرة ينبغي أن تُطلق مركـبة فضـائية في اتجاه معاكـس للاتجاه الذي تدور فيه الأرض حول الشـمس. يجب أن تطلق المركبة بسرعة تزيد 6.0كـم/ ثانية على السـرعة اللازمة للإِفلات من الجاذبية الأرضـية. ستطرح هذه السرعة 0,6كـم/ ثانية من السرعة 29,8كـم/ ثانية، وهي السـرعة التي تدور بها الأرض حـول الشمـس مما يجعـل المركبة تسير بسرعة 29,2كـم/ ثانية. وتتحرك المركبـة الفضـائية باتجاه الشمس حتى تصـل إلى المـدار الذي تدور فيه الزهرة.

مجسات الزهرة

أطلق الاتحاد السوفييتي أول المجسات الموجهة نحو الزهرة في عام 1961م، ولكن محاولاته باءت بالفشل. وكان المجس الأمريكي مارينر2 أول مجس ناجح يطير متجاوزًا الزهرة ويرسل بيانات إلى الأرض، وذلك في 14 ديسمبر 1962م. ومر مارينر 5 بالقرب من الزهرة في عام 1967م، وأرسل بيانات مهمة. وطار مارينر 10 متجاوزًا الزهرة، ومر ثلاث مرات بالقرب من عطارد، في عامي 1974م و1975م.

وأخيرًا نجحت محاولات السوفييت في الحصول على بيانات من كوكب الزهرة في عام 1967م، عندما أسقط فينيرا 4 مجسًا بوساطة مظلة، وأرسل بيانات من الغلاف الجوي المفرط الكثافة للكوكب. وفي عام 1970م، وصل المجس فينيرا 7 إلى سطح الزهرة، دون أن يصاب بعطب.

صورة ضوئية للزهرة. التُقطت هذه الصورة بوساطة المجس الفضائي العائد رائد الزهرة من مسافة تبلغ 64,000 كم تقريبًا. وهي تظهر جو الكوكب الغائم. وتغطي المناطق القطبية غيوم أكثر إشراقًا من باقي أجزاء الزهرة. وتتحرك غيوم الكوكب بسرعة تقارب 350 كم/ساعة

وأثناء الفترة من عام 1975م إلى عام 1985م، هبطت العديد من المجسات الأخرى على سطح الكوكب وسجلت ملاحظات لفترات بلغت في مجموعها 110 دقيقة، قبل أن تدمرها الحرارة والضغط. وفي عام 1978م أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية مجسين إلى الزهرة هما بيونير فينوس 1 و2. وقد أرسل بيونير فينوس 1 للتحليق في مدار حول الزهرة، بينما أسقط بيونير فينوس 2 أربعة مجسات في الغلاف الجوي للكوكب.

استطاعت المجسات التي اتخذت لها مدارًا حول الزهرة، إنتاج خرائط تقريبية لسطح الكوكب بوساطة الموجات الراديوية المرتدة عن الأرض. واستخدم بيونير فينوس 1 الرادار لرسم خرائط لمعظم سطح الكوكب، بدرجة وضوح بلغت 80كم. ويعني ذلك أن الأشياء التي تفصل بينها مسافة 80كم على الأقل، تظهر بوضوح على الخريطة. وفي عام 1983م، حمل مجسان سوفييتيان أنظمة رادار تمكنت من رسم خرائط لمعظم نصف الكرة الشمالي لكوكب الزهرة، بدرجة وضوح بلغت 1,5كم. وفي عام 1990م، وصل المجس الأمريكي ماجلان إلى الزهرة واستطاع رسم خرائط لسطح الكوكب بأكمله تقريبًا، بدرجة وضوح بلغت 100 متر.

مجسات المشترى

المجس الفضائي فويجر2أطلق في 20 أغسطس 1977م. يوضح الشكل (أعلاه) مسار المجس عبر النظام الشمسي باللون الأحمر. طار فويجر2 قريبًا من المشتري وصوّره في عام 1979م، وزحل في عام 1981م، وأورانوس في عام 1986م، ونبتون في عام 1989م.

ينبغي للمجسات الموجهة للكواكب الموجودة في الفضاء الخارجي، مثل المشتري وزحل وأورانوس ونبتون وبلوتو، مواجهة بعض التحديات الخاصة والتغلب عليها. فأحزمة الإشعاع الموجودة بالقرب من المشتري تتميز بدرجة عالية من الكثافة، مما يستوجب حماية الدوائر الكهربائية للحاسوب. ويتطلب الضوء الخافت للشمس عند هذه الكواكب، فترات تعريض طويلة لآلات التصوير. وتعني المسافات الشاسعة إلى هذه الكواكب، أن الأوامر الراديوية سوف تستغرق عدة ساعات للوصول إلى المجسات.

أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية أولى مجساتها الموجهة للمشتري، وهما بيونير10 و بيونير11، في عامي 1972م و1973م. وبعد الانتهاء من ملاحظة المشتري، أعيد توجيه بيونير11 إلى كوكب زحل، حيث وصل إلى هناك في عام 1979م. وأعيدت تسميته ليصبح بيونير ساتورن. وخلال الفترة بين عامي 1979م و1981م، وفّرت مجسات فويجر المتطورة بيانات أكثر تفصيلاً عن المشتري وزحل. وقد استمرت هذه المجسات في استكشاف الفضاء، حيث طار المجس فويجر2 متجاوزًا أورانوس في يناير 1986م، ونبتون في أغسطس 1989م. وأرسلت المجسات صورًا رائعة للكواكب البعيدة وحلقاتها وأقمارها، كما سجلت كميات ضخمة من البيانات العلمية، واكتشفت براكين نشطة على لو، أحد أقمار المشتري، وحمات (ينابيع حارة) على تريتون، أحد أقمار نبتون. وأظهرت الأقمار الأخرى تشكيلات غريبة من الجليد والصخور.

كان المجس الفضائي جاليليو، الذي أطلقته الولايات المتحدة الأمريكية في مهمة إلى المشتري عام 1989م، أكثر تطورًا من المجسات الكوكبية المبكرة الأخرى. وقد تكون من جزءين ـ مجس للغلاف الجوي، ومركبة فضاء مدارية أكبر حجمًا. وصل جاليليو إلى المشتري عام 1995م. وبحلول عام 1989م، كان الكوكب الوحيد الذي لم تتم زيارته بعد هو بلوتو.

المجسات الموجهة إلى المذنبات

مركز جون كنيدي الفضائي للإدارة الوطنية للطيران والفضاء ناسا، يقع مركز جون كنيدي الفضائي على ساحل المحيط الأطلسي لفلوريدا في الولايات المتحدة الأمريكية. يؤدي هذا المركز دور مقر أساسي لإطلاق واسترجاع عربة الفضاء متعددة الاستعمال المعروفة باسم مكوك الفضاء.

طار مجسان سوفييتيان بالقرب من الزهرة، وأسقطا أجهزة قياس علمية في الغلاف الجوي للكوكب، ثم اعترضا مذنب هالي أثناء مروره بالقرب من الشمس، في عام 1986م. وفي عام 1985م، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية أول مجساتها بين الكوكبية. وقد مر المجس، الذي أطلق عليه اسم جيوتو، مقتربًا من نواة المذنب على نحو لم يحققه أي مجس آخر، وأرسل صورًا مثيرة مأخوذة عن قرب للمذنب. وأطلقت اليابان أيضًا مجسين صغيرين. وبعد توقف عن العمل لسنوات عديدة، أعيد تنشيط جيوتو مرة أخرى ليطير متجاوزًا المذنب جريج ـ سكجيلرب في يوليو 1992م.

لم ترسل الولايات المتحدة الأمريكية مجسًا إلى المذنب هالي بسبب العجز في الميزانية. ومع ذلك، أدرك العلماء في ناسا أنه يمكن تحويل أحد المجسات الصغيرة الموجودة في الفضاء، لاستشكاف مذنب آخر. فقد كان القمر الصناعي المسمى المستكشف العالمي الثالث للشمس والأرض، قد أمضى سنوات عديدة في الفضاء بين الأرض والشمس. وفي عام 1983م، تم تحويل مساره إلى الفضاء بين الكوكبي، وأعيدت تسميته ليصبح اسمه مستكشف المذنبات العالمي. وفي 11 سبتمبر 1985م، مر متجاوزًا المذنب المسمى جياكوبيني ـ زينر، وأصبح أول مجس يصل إلى أحد المذنبات.

مسارات الكواكب

موقع هبوط هايجن على سطح تيتان
موقع Voyager 1 وVoyager 2.

أشهر مسبارات الفضاء

انظر أيضا

المصادر

  • Deep Space: The NASA Mission Reports / edited by Robert Godwin (2005) ISBN 1894959159