مأموریت Fermi Explorer چهار الزام سختگیرانه و مشخص برای سفر میانستارهای تعیین کرده است. فضاپیمای این مأموریت باید به سمت آلفا قنطورس هدفگیری شود، حداقل یک کیلوگرم محموله حمل کند، پیش از پایان سال ۲۰۲۹ پرتاب شود و هزینه طراحی، ساخت، پرتاب و عملیات آن کمتر از ۱۵ میلیون دلار باشد.
هیچ وعدهای برای رسیدن در طول عمر انسان وجود ندارد. فضاپیمای پیشنهادی حدود ۱۳ سال با استفاده از پیشرانش الکتریکی خورشیدی در نزدیکی خورشید حرکت خواهد کرد، حدود سال ۲۰۴۳ وارد فضای میانستارهای میشود و سپس نزدیک به ۸۰ هزار سال بدون پیشرانش ادامه مسیر خواهد داد. تمام کسانی که آن را طراحی و ساختند یا شاهد پرتابش بودند، مدتها پیش از رسیدن فضاپیما به مقصد از دنیا رفتهاند.
این تأخیر عظیم، نقصی نیست که در جزئیات طرح پنهان شده باشد. در واقع، همین تصمیم باعث میشود اجرای این پروژه با هزینهای قابلقبول امکانپذیر باشد. این سازمان غیرانتفاعی تازهتأسیس، بهجای اختراع سامانه پیشرانشی که بتواند فاصله ۴.۴ سال نوری را در چند دهه طی کند، قصد دارد از فناوریهای موجود استفاده کند و اجازه دهد زمان، بخش باقیمانده دشواری مأموریت را برطرف کند.
این طرح جسورانه است، اما وضعیت فعلی آن نیز اهمیت دارد. Fermi Explorer در حال جمعآوری سرمایه، جستوجوی تأمینکنندگان و دریافت پیشنهادهایی برای محموله است. این سازمان هنوز فضاپیمای کاملی را معرفی نکرده، پرتاب مشخصی را انتخاب نکرده و بودجه کامل مأموریت را نیز تأمین نکرده است. تاریخ پرتاب، بودجه و مسیر حرکت، اهداف مأموریت هستند و هنوز به واقعیت تبدیل نشدهاند.
پرتاب، رویداد تاریخی اصلی خواهد بود
بیشتر مأموریتهای فضایی بر اساس اتفاقاتی که در مقصد رخ میدهند ارزیابی میشوند. اما Fermi Explorer این منطق را تغییر میدهد. ادعای تاریخی این مأموریت در همان لحظهای محقق خواهد شد که کاوشگر در مسیری قرار گیرد که از ابتدا بهطور مشخص برای رسیدن به یک منظومه ستارهای دیگر در دهها هزار سال آینده انتخاب شده است.
این سازمان، طرح خود را یک «مأموریت میانستارهای حداقلی و عملی» توصیف میکند. طرح تفصیلی مأموریت، جرم اولیه فضاپیما را حدود ۱۰۰ تا ۱۱۰ کیلوگرم اعلام کرده که تقریباً ۶۴ درصد از آن به سوخت زنون اختصاص دارد. این فضاپیما بهجای استفاده از فناوریهای فرضی مانند پیشران همجوشی، موتور پادماده یا لیزرهای غولپیکر، از فناوری شناختهشده موتور یونی شبکهای استفاده خواهد کرد.
پیشرانش یونی به این دلیل کارآمد است که اتمهای باردار را با سرعت بسیار زیادی به بیرون پرتاب میکند. با این حال، نیروی رانش آن کم است و بنابراین سرعت فضاپیما بهتدریج، طی ماهها و سالها افزایش مییابد و نه در نتیجه یک شتابگیری عظیم و ناگهانی.
پنلهای خورشیدی برق مورد نیاز را تأمین میکنند، اما این موضوع محدودیت دیگری نیز ایجاد میکند: در فاصلههای دور از منظومه داخلی خورشیدی، نور خورشید برای یک فضاپیمای کوچک آنقدر ضعیف میشود که دیگر امکان ادامه مؤثر پیشرانش وجود ندارد.
راهحل پیشنهادی این است که فضاپیما بیش از یک دهه در نزدیکی خورشید باقی بماند. پس از پرتاب بهصورت اشتراکی همراه با مأموریت دیگر، فضاپیما مسیرهای مداری تکراری را طی میکند که بهتدریج حضیض مداری آن، یعنی نزدیکترین نقطه مدار به خورشید، کاهش مییابد.
طرح موردنظر فضاپیما را تا فاصله حدود ۰.۴۲ واحد نجومی از خورشید نزدیک میکند. در این فاصله، نور شدیدتر خورشید میتواند برق بیشتری تولید کند و اعمال نیروی رانش در زمان عبور سریع از حضیض مدار، به شکلدهی مسیر نهایی خروج از منظومه شمسی کمک خواهد کرد.
یک تحلیل ۸۱ صفحهای منتشرشده توسط این مأموریت، جزئیات مسیر مداری پیشنهادی را شرح میدهد. در طرح منتخب، فضاپیما مرحله پیشرانش خود را با سرعت حرکت خورشیدمرکزی حدود ۲۳.۶ کیلومتر بر ثانیه به پایان میرساند. سپس بدون انجام هیچ روشنسازی دیگری برای موتور، حدود ۷۷ هزار و ۵۰۰ سال به حرکت بالستیک خود ادامه خواهد داد.
آلفا قنطورس در آینده در موقعیت امروزی خود نخواهد بود
هدفگیری این کاوشگر چیزی فراتر از نشانه رفتن به سمت ستاره درخشان جنوبی است که امروز از زمین دیده میشود. آلفا قنطورس در کهکشان حرکت میکند. طی دهها هزار سال، موقعیت آن در آسمان ما بهطور قابلتوجهی تغییر خواهد کرد و فاصله میان آن و خورشید نیز دستخوش تغییر میشود.
به همین دلیل، مأموریت پیشنهاد میکند که فضاپیما به سمت موقعیت محاسبهشده آینده این منظومه هدفگیری شود؛ نقطهای از آسمان که امروزه در محدوده صورت فلکی سرطان قرار دارد.
طبق مسیر ترجیحی سازمان، فضاپیما از فاصله حدود ۲۶۰۰ واحد نجومی نسبت به مرکز جرم مشترک آلفا قنطورس A و B عبور خواهد کرد؛ نقطهای که دو ستاره مشابه خورشید این منظومه به دور آن گردش میکنند.
این عدد نشان میدهد که واژه «رسیدن» در این مأموریت چه معنایی دارد. یک واحد نجومی برابر با میانگین فاصله زمین تا خورشید است. پلوتو معمولاً در فاصله حدود ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی از خورشید قرار دارد.
عبور از فاصله ۲۶۰۰ واحد نجومی نسبت به مرکز آلفا قنطورس، بسیار دورتر از هر منطقهای است که بتوان آن را با ناحیه سیارهای این منظومه مقایسه کرد. این فضاپیما در واقع از مناطق بسیار دوردست منظومه عبور خواهد کرد؛ جایی که ممکن است یک ابر دنبالهداری خارجی گسترش داشته باشد.
این مأموریت، موفقیت خود را رسیدن به حداقل ۹۹ درصد از فاصله میان خورشید و آلفا قنطورس تعریف کرده است، نه عبور از نزدیکی یکی از ستارهها. این فضاپیما وارد مدار نخواهد شد، سرعت خود را کاهش نمیدهد، فرود نمیآید و از هیچ سیاره شناختهشدهای بازدید نخواهد کرد.
آلفا قنطورس یک منظومه سهستارهای است که شامل جفت ستارههای درخشان آلفا قنطورس A و B و کوتوله سرخ نزدیکتر یعنی پروکسیما قنطورس میشود. Fermi Explorer به سمت منظومه گستردهتر آلفا قنطورس A و B هدفگیری شده است و مقصد آن پروکسیما b نیست.
این تفاوت اهمیت زیادی دارد، زیرا عبارت «هدفگیریشده به سمت یک منظومه ستارهای دیگر» ممکن است این تصور را ایجاد کند که فضاپیما قرار است برخورد یا ملاقات علمی نزدیکی با آن منظومه داشته باشد. اما طرح واقعی بسیار محدودتر است و در اصل شامل عبور دقیق و برنامهریزیشده از منطقه بسیار دوردست این منظومه خواهد بود.
محموله برای کشف طراحی شده، نه ارسال پیام رادیویی به زمین
قرار است فضاپیما یک فضای مکعبی با ابعاد ۱۰ سانتیمتر در هر ضلع را برای حمل حداقل یک کیلوگرم محموله اختصاص دهد. مأموریت پیشنهاد کرده است که از دستگاههای غیرفعال استفاده شود؛ تجهیزاتی که بتوانند حتی پس از پایان تمام انرژی فضاپیما نیز یک رکورد فیزیکی از سفر را حفظ کنند.
از جمله محمولههای پیشنهادی میتوان به آشکارسازهای پلاستیکی اشاره کرد که آثار عبور پرتوهای کیهانی را در خود نگه میدارند، کریستالهایی که میزان تجمع پرتوگیری را ثبت میکنند، صفحات ثبتکننده و آئروژل برای جمعآوری غبار میانستارهای و نمونههایی از رادیوایزوتوپها با نیمهعمرهایی متناسب با طول سفر.
اگر کسی در آینده این فضاپیما را پیدا کند، ممکن است بتواند با بررسی این مواد، اتفاقاتی را که در طول سفر رخ دادهاند بازسازی کند.
انتظار میرود فضاپیما همچنین یک نسخه میکروسکوپی از صفحه طلایی وویجر، آثار هنری و پیامهای کوتاهی که توسط کودکان سراسر جهان انتخاب شدهاند، حمل کند.
با این حال، شباهت این مأموریت با وویجر محدود است. فضاپیماهای وویجر رصدخانههای فعالی بودند که ابزارهای آنها بهطور مداوم دادهها را به زمین ارسال میکردند. Fermi Explorer قرار نیست پس از ۸۰ هزار سال، در نزدیکی آلفا قنطورس فعال شود و مشاهدات خود را به زمین مخابره کند.
بنیانگذاران این پروژه در عوض امیدوارند مسافران میانستارهای آینده بتوانند از این فضاپیما سبقت بگیرند، آن را تا زمان نزدیک شدن به هدف رها کنند و در نهایت آن را بازیابی کنند.
این موضوع بیشتر یک امید فرهنگی است تا قابلیتی مهندسی که مأموریت بتواند تضمین کند. همچنین نشان میدهد که این فضاپیما واقعاً چیست: بخشی کاوشگر، بخشی آرشیو فیزیکی و بخشی شرطبندی روی آیندهای که بشر آنقدر دوام بیاورد که بتواند روزی آن را بازیابی کند.
«نخستین فضاپیما به سوی یک ستاره دیگر» معنای محدودی دارد
در حال حاضر پنج فضاپیمای ساخت بشر در مسیر خروج از منظومه شمسی قرار دارند: پایونیر ۱۰ و ۱۱، وویجر ۱ و ۲ و نیوهورایزنز. این فضاپیماها در فضای میانستارهای سرگردان خواهند شد و در آیندهای بسیار دور، از فاصلههای بسیار زیاد از کنار ستارههای دیگر عبور خواهند کرد.
با این حال، هیچکدام از آنها برای چنین عبوری به سوی ستاره دیگری پرتاب نشده بودند. پایونیر و وویجر برای مطالعه سیارات غولپیکر و نیوهورایزنز برای مطالعه پلوتو و کمربند کویپر طراحی شده بودند. برخوردهای احتمالی آینده آنها با مسیر ستارههای دیگر، نتیجه جهت و سرعتی است که پس از انجام مأموریتهای منظومه شمسی خود به دست آوردهاند.
Fermi Explorer از نظر دقیقتری میتواند نخستین باشد. موقعیت آینده آلفا قنطورس از همان ابتدا تعیینکننده مسیر حرکت این فضاپیما خواهد بود. اگر این وسیله پرتاب شود و وارد مسیر برنامهریزیشده شود، نخستین فضاپیمایی خواهد بود که عمداً به سمت یک منظومه ستارهای دیگر فرستاده شده است؛ حتی اگر مأموریتهای سریعتری که قرنها یا هزاران سال بعد ساخته میشوند، در نهایت از آن سبقت بگیرند.
این تفاوت بهویژه در مقایسه با پروژه Breakthrough Starshot بسیار چشمگیر است. این پروژه پیشنهاد کرده فضاپیماهای بسیار کوچک مجهز به بادبان لیزری را با سرعتی حدود یکپنجم سرعت نور به سمت آلفا قنطورس ارسال کند تا بتوانند در مدت کمی بیش از ۲۰ سال از کنار آن عبور کنند.
اما Starshot به مجموعهای عظیم از لیزرها، بادبانهای بسیار پیشرفته، نانوفضاپیماهای خودمختار و فناوری ارتباطی نیاز دارد که تاکنون همه آنها بهصورت یک سیستم عملیاتی در کنار هم آزمایش نشدهاند.
Fermi Explorer از رسیدن به مقصد در طول عمر انسان صرفنظر میکند و به همین دلیل از بخش بزرگی از نیازهای پیچیده توسعه فناوری اجتناب میکند.
بودجه کمتر از ۱۵ میلیون دلار یک هدف است، نه قیمت قطعی
هزینه پایین این پروژه مستقیماً نتیجه چیزهایی است که از طراحی آن حذف شدهاند. فضاپیما کوچک است و میتواند بهجای خرید یک موشک اختصاصی، بهصورت اشتراکی همراه با محمولههای دیگر پرتاب شود.
پیشرانش یونی آن بر اصول شناختهشده استوار است. هیچ مرحله ترمزگیری، مدارگرد سیارهای، فرودگر، فرستنده قدرتمند برای زمان رسیدن یا تیم عملیاتی ۸۰ هزار سالهای وجود ندارد. ارتباط فعال با زمین نیز ممکن است تنها در بخش ابتدایی سفر ادامه داشته باشد.
این موارد باعث میشوند تصور یک مأموریت با هزینه کمتر از ۱۵ میلیون دلار آسانتر شود، اما این مسئله بهتنهایی ثابت نمیکند که برآورد هزینه دقیق است.
پروژه همچنان به فضاپیمایی نیاز دارد که بتواند سالها مانور خودکار با نیروی رانش کم انجام دهد، در طول عبورهای مکرر از مناطق نزدیک به خورشید از کنترل حرارتی مطمئن برخوردار باشد، بهدقت به سمت هدفی متحرک ناوبری کند و حاشیه ایمنی کافی برای تحمل پرتاب و استقرار داشته باشد.
این مأموریت همچنین باید پیش از پایان سال ۲۰۲۹ یک فرصت پرتاب اشتراکی پیدا کند، محموله خود را با فضاپیما یکپارچه کند و مراحل قانونی و نظارتی مورد نیاز را تکمیل کند.
تحلیل منتشرشده درباره مسیر حرکت بسیار دقیق است، اما این تحلیل توسط خود مأموریت سفارش داده و منتشر شده است. بنابراین با یک بررسی مستقل و کامل مهندسی مأموریت تفاوت دارد.
گزارشهای مستقل درباره این طرح نشان میدهند که تیم پروژه در حال درخواست مشارکت و دریافت پیشنهادهای تجاری است. تاکنون هیچ قرارداد پرتاب یا برنامه سختافزاری کاملاً تأمین مالیشدهای بهطور عمومی اعلام نشده است.
عدم قطعیتهای عمیقتری نیز وجود دارند که هیچ تیم پرتابی قادر به آزمایش مستقیم آنها نیست. یک سازه فلزی ممکن است بتواند ۸۰ هزار سال دوام بیاورد، اما برخورد با ذرات غبار، قرار گرفتن در معرض تابش و تغییرات آهسته مواد در بازه زمانیای رخ میدهند که مهندسی فضاپیما هیچ تجربه مستقیمی از آن ندارد.
پیشبینی محل عبور نزدیک به منظومه ستارهای نیز به دادههای نجومی و مدلسازی مسیر در بازهای بسیار طولانیتر از هر مأموریت ناوبریشده در تاریخ بشر وابسته است.
ادعایی که تا سه سال آینده قابل آزمایش است
نام Fermi Explorer به پارادوکس فرمی اشاره دارد: اگر تمدنهای فناورانه در جهان ممکن باشند و کهکشان بسیار قدیمی باشد، چرا تاکنون هیچ مدرکی از آنها که بتوانیم تأیید کنیم مشاهده نکردهایم؟
بنیانگذاران این پروژه معتقدند ارسال حتی یک کاوشگر میانستارهای بسیار کند میتواند دو پاسخ ساده را رد کند: اینکه سفر به سوی ستارهای دیگر از نظر فیزیکی غیرممکن است یا اینکه تمام گونههای هوشمند از انجام چنین کاری خودداری میکنند.
یک فضاپیمای کوچک بهتنهایی نمیتواند این پارادوکس را حل کند. این مأموریت چیزی درباره میزان فراوانی شکلگیری حیات، تعداد دفعات توسعه هوش یا احتمال دوام تمدنهای فناورانه به ما نخواهد گفت.
همچنین قرار گرفتن در مسیری که در نهایت به مناطق دوردست آلفا قنطورس میرسد، ثابت نمیکند که فضاپیما تا زمان رسیدن سالم باقی خواهد ماند.
اهمیت این پروژه بیشتر انسانی است تا علمی و تشخیصی. این مأموریت از مردم سال ۲۰۲۶ میخواهد پول و تلاش مهندسی واقعی را صرف مقصدی کنند که نه خودشان، نه فرزندانشان و نه هیچیک از نسلهای نزدیک آینده آنها قادر به مشاهده نتیجه آن نخواهند بود.
تقریباً تمام اتفاقات پس از خروج فضاپیما باید به قوانین مکانیک مداری و نسلهایی سپرده شود که هنوز متولد نشدهاند.
سفر ۸۰ هزار ساله خارج از محدوده نظارت واقعی انسان خواهد بود، اما ضربالاجل سال ۲۰۲۹ چنین نیست.
این سازمان غیرانتفاعی باید طی سه سال آینده یک مفهوم عمومی را به سختافزاری تأمین مالیشده، توافقی برای پرتاب و مسیری خروجی که بهطور دقیق تأیید شده است، تبدیل کند.
این همان بخشی از مأموریت Fermi Explorer است که ما میتوانیم خودمان درباره آن قضاوت کنیم: اینکه آیا بشر واقعاً چیزی را به سوی یک ستاره دیگر خواهد فرستاد، در حالی که میداند هیچیک از سازندگان آن هنگام رسیدن فضاپیما به مقصد زنده نخواهند بود.
