سفر به ماه همیشه هزینه بسیار زیادی داشته است؛ هم از نظر مالی و هم از نظر مصرف سوخت. هرچه یک فضاپیما برای رسیدن به مقصد خود به سوخت بیشتری نیاز داشته باشد، هزینه پرتاب افزایش پیدا میکند و فضای کمتری برای حمل تجهیزات، محمولههای علمی یا حتی سرنشینان باقی میماند. به همین دلیل، کاهش مصرف سوخت در مأموریتهای فضایی یکی از مهمترین اهداف دانشمندان و مهندسان هوافضا محسوب میشود.
طی دهههای گذشته، دانشمندان معمولاً از مسیرهایی برای سفر به ماه استفاده میکردند که اگرچه قابل اعتماد بودند، اما مقدار زیادی سوخت مصرف میکردند. این روشها بر پایه محاسبات سنتی مدارهای فضایی طراحی شده بودند و بیشتر بر کوتاهترین یا سریعترین مسیر ممکن تمرکز داشتند. اما اکنون یک تیم تحقیقاتی بینالمللی موفق شده مسیری بسیار کممصرفتر برای رسیدن به ماه پیدا کند؛ مسیری که تا پیش از این هرگز مورد توجه قرار نگرفته بود.
این پژوهش جدید در آوریل ۲۰۲۶ در مجله علمی Astrodynamics منتشر شد و توسط پژوهشگرانی از University of São Paulo و University of Coimbra انجام گرفت. دانشمندان در این مطالعه از روشی به نام «نظریه اتصالات تابعی» یا Theory of Functional Connections استفاده کردند تا قدرت پردازشی موردنیاز برای شبیهسازیهای پیچیده مداری را کاهش دهند.
در مأموریتهای فضایی، شبیهسازی مدارها معمولاً نیازمند انجام محاسبات بسیار سنگین و زمانبر است، زیرا حتی تغییرات کوچک در سرعت یا زاویه حرکت میتواند مسیر نهایی فضاپیما را کاملاً تغییر دهد. استفاده از این تکنیک جدید به پژوهشگران اجازه داد میلیونها مسیر احتمالی میان زمین و ماه را بررسی کنند، بدون اینکه هزینه محاسباتی بیش از حد بالا برود.
این تیم تحقیقاتی حدود ۳۰ میلیون مسیر مختلف میان زمین و ماه را مدلسازی کرد؛ عددی حیرتانگیز که نشان میدهد پژوهش تا چه اندازه گسترده بوده است. از میان این مسیرها، حدود ۲۸۰ هزار مورد در مقاله علمی منتشرشده مورد اشاره قرار گرفتهاند.
برخلاف روشهای سنتی که معمولاً کوتاهترین مسیر هندسی را بهعنوان بهترین گزینه در نظر میگیرند، پژوهشگران در این مطالعه تصمیم گرفتند سراغ راهحلهای غیرمعمول و کمتر بدیهی بروند. آنها با استفاده از تحلیل سیستماتیک تلاش کردند مسیرهایی را پیدا کنند که شاید از نظر ظاهری طولانیتر یا عجیبتر باشند، اما در عمل سوخت کمتری مصرف کنند.
به گفته نویسندگان مقاله، این روش میتواند در آینده بهطور گسترده در برنامهریزی مأموریتهای فضایی مورد استفاده قرار گیرد؛ نه فقط برای سفر به ماه، بلکه برای مأموریتهای بینسیارهای و حتی سفرهای طولانیتر در منظومه شمسی.
یکی از جالبترین بخشهای این پژوهش به چیزی مربوط میشود که دانشمندان آن را «راهروهای گرانشی» مینامند. فضا در واقع فقط یک خلأ ساده نیست؛ بلکه تحت تأثیر میدانهای گرانشی اجرام مختلف قرار دارد. کشش گرانشی سیارات، قمرها و اجرام آسمانی باعث شکلگیری مسیرهای خاصی در فضا میشود که فضاپیماها میتوانند از آنها مانند بزرگراههای طبیعی استفاده کنند.
این شبکه پیچیده از مسیرهای گرانشی با نام Interplanetary Transportation Network شناخته میشود. در این شبکه، فضاپیماها میتوانند با استفاده هوشمندانه از گرانش اجرام آسمانی، مصرف سوخت خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
تحقیق جدید نشان داد که برخلاف تصور رایج، نزدیک شدن به ماه از سمت نزدیک به زمین لزوماً بهترین راه نیست. در واقع، پژوهشگران کشف کردند که نزدیک شدن به ماه از سمت مخالف، یعنی از پشت ماه، میتواند بازده سوختی بهتری داشته باشد.
این نتیجه تا حد زیادی برخلاف شهود انسان است. بهطور طبیعی انتظار میرود نزدیکترین مسیر مستقیم، کمهزینهترین گزینه باشد. اما در فضا، نیروهای گرانشی و دینامیک مداری قوانین متفاوتی ایجاد میکنند. گاهی مسیرهای غیرمستقیم میتوانند انرژی کمتری نیاز داشته باشند، زیرا فضاپیما بخشی از حرکت خود را از طریق میدانهای گرانشی به دست میآورد.
طبق این پژوهش، مسیر جدید میتواند حدود ۵۸.۸ متر بر ثانیه صرفهجویی در مصرف سوخت نسبت به بهترین مسیر شناختهشده قبلی ایجاد کند. شاید این عدد در نگاه اول کوچک به نظر برسد، اما در مهندسی فضایی حتی صرفهجوییهای اندک در سرعت موردنیاز اهمیت بسیار بزرگی دارند.
در مأموریتهای فضایی، هر متر بر ثانیه کاهش در نیاز به تغییر سرعت میتواند به معنای صرفهجویی قابل توجه در وزن سوخت، کاهش هزینه پرتاب و افزایش ظرفیت حمل تجهیزات علمی باشد. این موضوع مخصوصاً برای مأموریتهای طولانی یا پروژههای سرنشیندار اهمیت حیاتی دارد.
مزیت مهم دیگر این مسیر جدید، حفظ ارتباط مداوم با زمین است. در بسیاری از مأموریتهای قمری، زمانی که فضاپیما یا فضانوردان به پشت ماه میروند، ارتباط آنها با زمین برای مدتی قطع میشود، زیرا ماه مانع عبور سیگنالهای رادیویی میشود.
برای مثال، در مأموریت Artemis 2 متعلق به NASA، خدمه برای مدت کوتاهی هنگام عبور از پشت ماه ارتباط خود را با زمین از دست دادند. اما مسیر پیشنهادی جدید میتواند امکان حفظ ارتباط پیوسته را فراهم کند؛ مزیتی که برای ایمنی فضانوردان و کنترل مأموریت بسیار مهم است.
این کشف میتواند تأثیر مهمی بر آینده سفرهای فضایی داشته باشد، بهویژه اکنون که رقابت جهانی برای بازگشت انسان به ماه شدت گرفته است. کشورهای مختلف و شرکتهای خصوصی در حال برنامهریزی برای ساخت پایگاههای قمری، استخراج منابع و حتی استفاده از ماه بهعنوان سکوی پرتاب مأموریتهای مریخی هستند.
در چنین شرایطی، هر فناوری یا مسیری که بتواند هزینه سفرهای فضایی را کاهش دهد، اهمیت استراتژیک زیادی خواهد داشت. کاهش مصرف سوخت نهتنها مأموریتها را ارزانتر میکند، بلکه میتواند امکان حمل تجهیزات بیشتر، افزایش ایمنی و حتی طولانیتر شدن اقامت فضانوردان در ماه را فراهم کند.
در نهایت، این پژوهش نشان میدهد که هنوز هم فضا رازهای زیادی در دل خود پنهان کرده است و حتی پس از دههها مطالعه و سفر فضایی، دانشمندان همچنان میتوانند مسیرها و راهحلهای کاملاً جدیدی کشف کنند؛ راهحلهایی که شاید آینده اکتشافات فضایی را تغییر دهند.
