5 ابتكارات هبوط القمر التي غيرت الحياة على الأرض

رائد الفضاء Buzz Aldrin على سطح القمر خلال مهمة Apollo 11. الصورة عن طريق نيل ارمسترونغ / ناسا.

جان كريتون ، جامعة ويسكونسن ميلووكي

الكثير من التكنولوجيا الشائعة في الحياة اليومية اليوم تنبع من الدافع لوضع إنسان على سطح القمر. وصل هذا الجهد إلى ذروته عندما خرج نيل أرمسترونغ من وحدة هبوط النسر على سطح القمر قبل 50 عامًا.

بصفتي سفيرًا في علم الفلك المحمول جواً في وكالة ناسا ومديرًا لجامعة ويسكونسن - ميلووكي مانفريد أولسون بلانيتاريوم ، أعلم أن التقنيات الكامنة وراء التنبؤ بالطقس ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وحتى الهواتف الذكية يمكنها تتبع أصولها إلى السباق إلى القمر.

ينطلق صاروخ زحل الخامس الذي يحمل أبولو 11 وطاقمه باتجاه القمر في 16 يوليو 1969. الصورة عبر ناسا.

1. الصواريخ

4 أكتوبر 1957 ، كان فجر عصر الفضاء ، عندما أطلق الاتحاد السوفيتي سبوتنيك 1 ، أول قمر صناعي من صنع الإنسان. كان السوفييت أول من صنع مركبات إطلاق قوية من خلال تكييف الصواريخ بعيدة المدى التي تعود إلى فترة الحرب العالمية الثانية ، وخاصة الصواريخ الألمانية V-2.

من هناك ، تحرك دفع الفضاء وتكنولوجيا الأقمار الصناعية بسرعة: هرب Luna 1 من حقل الجاذبية للأرض ليطير عبر القمر في 4 يناير 1959 ؛ حمل فوستوك 1 الإنسان الأول ، يوري غاغارين ، إلى الفضاء في 12 أبريل 1961 ؛ و Telstar ، أول قمر صناعي تجاري ، أرسل إشارات تلفزيونية عبر المحيط الأطلسي في 10 يوليو 1962.

استغل الهبوط القمري عام 1969 أيضًا خبرات العلماء الألمان ، مثل فيرنر فون براون ، لإرسال حمولات ضخمة إلى الفضاء. أحرقت محركات F-1 في Saturn V ، مركبة الإطلاق التابعة لبرنامج Apollo ، ما مجموعه 2800 طن من الوقود بمعدل 12.9 طن في الثانية.

لا يزال Saturn V هو أقوى صاروخ تم إنشاؤه على الإطلاق ، ولكن الصواريخ اليوم أرخص بكثير من الإطلاق. على سبيل المثال ، في حين أن Saturn V تكلف 185 مليون دولار أمريكي ، وهو ما يترجم إلى أكثر من مليار دولار في عام 2019 ، فإن تكاليف إطلاق Falcon Heavy اليوم تكلف 90 مليون دولار فقط. هذه الصواريخ هي كيف تنطلق الأقمار الصناعية ورائد الفضاء والمركبات الفضائية الأخرى من سطح الأرض ، لمواصلة إعادة المعلومات والرؤى من عوالم أخرى.

2. الأقمار الصناعية

أدى السعي وراء دفع ما يكفي من الهبوط على رجل على سطح القمر إلى بناء مركبات قوية بما يكفي لإطلاق حمولات تصل إلى 21200 إلى 22600 ميل (34100 إلى 36440 كم) فوق سطح الأرض. في مثل هذه الارتفاعات ، تتماشى سرعة المدارات التي تدور حول الأقمار الصناعية مع السرعة التي يدور بها الكوكب - بحيث تظل الأقمار الصناعية فوق نقطة ثابتة ، فيما يسمى المدار المتزامن مع الأرض. الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض مسؤولة عن الاتصالات ، حيث توفر كل من اتصال الإنترنت والبرامج التلفزيونية.

في بداية عام 2019 ، كان هناك 4997 ساتلًا يدور حول الأرض ؛ في عام 2018 وحده ، كان هناك أكثر من 382 إطلاق مداري في جميع أنحاء العالم. من بين الأقمار الصناعية العاملة حاليًا ، يُمكّن حوالي 40٪ من الحمولة الناقلة للاتصالات ، و 36٪ منهم يراقبون الأرض ، و 11٪ من تقنيات العرض ، و 7٪ يقومون بتحسين الملاحة وتحديد المواقع ، و 6٪ تقدم علوم الفضاء والأرض.

The Apollo Guidance Computer بجانب كمبيوتر محمول. الصورة عبر الطيار الآلي / ويكيميديا ​​كومنز.

3. التصغير

المهمات الفضائية - في ذلك الوقت وحتى اليوم - لها قيود صارمة على حجم وكمية معداتهم الثقيلة ، لأن هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة للإنطلاق وتحقيق المدار. دفعت هذه القيود صناعة الفضاء إلى إيجاد طرق لعمل نسخ أصغر وأخف وزناً من كل شيء تقريبًا: حتى جدران وحدة الهبوط على سطح القمر تم تخفيضها إلى سمك ورقتين من الورق.

من أواخر الأربعينيات إلى أواخر الستينيات ، تم تخفيض استهلاك الطاقة والوزن للإلكترونيات بعدة مئات على الأقل من 30 طناً و 160 كيلووات من جهاز التكامل الرقمي للكمبيوتر والكمبيوتر إلى 70 رطلاً و 70 واط للكمبيوتر التوجيه أبولو. هذا الاختلاف في الوزن يعادل ذلك بين حوت الأحدب وأرماديلو.

تتطلب المهام المأهولة أنظمة أكثر تعقيدًا من الأنظمة السابقة غير المأهولة. على سبيل المثال ، في عام 1951 ، كان الكمبيوتر العالمي التلقائي قادرًا على الحصول على 1905 تعليمات في الثانية الواحدة ، في حين أن نظام التوجيه الخاص بـ Saturn V ينفذ 12.190 تعليمات في الثانية. استمر الاتجاه نحو الالكترونيات الذكية ، حيث أصبحت الأجهزة المحمولة باليد الحديثة قادرة بشكل روتيني على تنفيذ التعليمات أسرع بـ 120 مليون مرة من نظام التوجيه الذي مكّن من رفع Apollo 11. أدت الحاجة إلى تصغير أجهزة الكمبيوتر لاستكشاف الفضاء في الستينيات إلى تحفيز الصناعة بأكملها لتصميم أجهزة كمبيوتر أصغر وأسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، والتي أثرت عملياً على كل جوانب الحياة اليوم ، من الاتصالات إلى الصحة ومن التصنيع إلى النقل.

4. شبكة عالمية من المحطات الأرضية

كان التواصل مع المركبات والأشخاص في الفضاء بنفس أهمية الحصول عليها في المقام الأول. كان أحد الإنجازات المهمة المرتبطة بالهبوط على سطح القمر عام 1969 هو بناء شبكة عالمية من المحطات الأرضية ، تسمى شبكة الفضاء السحيق ، للسماح لأجهزة التحكم على الأرض بالتواصل المستمر مع البعثات في مدارات الأرض البيضاوية للغاية أو خارجها. كان هذا الاستمرارية ممكنًا لأن المنشآت الأرضية وضعت استراتيجياً بمقدار 120 درجة عن بعضها في خط الطول بحيث تكون كل مركبة فضائية في نطاق إحدى المحطات الأرضية في جميع الأوقات.

بسبب القدرة المحدودة لمركبة الفضاء ، تم بناء هوائيات كبيرة على الأرض لمحاكاة "آذان كبيرة" لسماع رسائل ضعيفة ولعمل "أفواه كبيرة" لبث الأوامر بصوت عالٍ. في الواقع ، تم استخدام شبكة Deep Space Network للتواصل مع رواد الفضاء على Apollo 11 ، وكانت تستخدم لنقل الصور التلفزيونية الدرامية الأولى لنيل أرمسترونغ وهي تتجه إلى القمر. كانت الشبكة ضرورية أيضًا لبقاء الطاقم في Apollo 13 لأنهم يحتاجون إلى توجيهات من أفراد الأرض دون إضاعة قوتهم الثمينة على الاتصالات.

تستخدم عدة عشرات من البعثات شبكة الفضاء السحيق كجزء من الاستكشاف المستمر لنظامنا الشمسي وما وراءه. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح شبكة Deep Space Network بالاتصال بالأقمار الصناعية الموجودة على مدارات بيضاوية للغاية ، لمراقبة الأعمدة وإيصال إشارات الراديو.

"طلوع الأرض" ، منظر للأرض بينما يدور حول القمر. الصورة عبر بيل أندرس ، أبولو 8 / ناسا

5. إذا نظرنا إلى الوراء على الأرض

سمح الوصول إلى الفضاء للناس بتحويل جهودهم البحثية نحو الأرض. في آب (أغسطس) 1959 ، التقط القمر الصناعي إكسبلورر 6 بدون طيار أول صور خام للأرض من الفضاء في مهمة تبحث في الغلاف الجوي العلوي ، استعدادًا لبرنامج أبولو.

بعد ما يقرب من عقد من الزمان ، التقط طاقم Apollo 8 صورة مشهورة للأرض ترتفع فوق المناظر الطبيعية للقمر ، والتي تحمل اسم "Earthrise". وقد ساعدت هذه الصورة الناس على فهم كوكبنا على أنه عالم مشترك فريد من نوعه وعززت الحركة البيئية.

الأرض من حافة النظام الشمسي ، مرئية كنقطة زرقاء شاحبة صغيرة في وسط الشريط البني الأكثر يمينًا. الصورة عبر فوياجر 1 / ناسا /

تعمق فهم دور كوكبنا في الكون من خلال صورة "النقطة الزرقاء الشاحبة" الخاصة بـ Voyager 1 - صورة تلقتها شبكة Deep Space Network.

أخذ الناس وآلاتنا يلتقطون صوراً للأرض من الفضاء منذ ذلك الحين. وجهات نظر الأرض من الفضاء توجه الناس على الصعيدين العالمي والمحلي. ما بدأ في أوائل الستينيات من القرن الماضي كنظام أقمار بحرية تابعة للبحرية الأمريكية لتتبع غواصات بولاريس التابعة لها على بعد 600 قدم (185 متر) قد ازدهر في شبكة الأقمار الصناعية للنظام العالمي لتحديد المواقع التي تقدم خدمات الموقع في جميع أنحاء العالم.

يتم استخدام الصور من سلسلة من الأقمار الصناعية لمراقبة الأرض تسمى Landsat لتحديد صحة المحاصيل ، وتحديد الطحالب واكتشاف رواسب الزيت المحتملة. وتشمل الاستخدامات الأخرى تحديد أنواع إدارة الغابات الأكثر فعالية في إبطاء انتشار الحرائق أو التعرف على التغيرات العالمية مثل التغطية الجليدية والتنمية الحضرية.

بينما نتعلم المزيد عن كوكبنا وعن الكواكب الخارجية - الكواكب حول النجوم الأخرى - أصبحنا أكثر وعياً بكمية كوكبنا الثمينة. قد تجد الجهود المبذولة للحفاظ على الأرض نفسها مساعدة من خلايا الوقود ، وهي تقنية أخرى من برنامج أبولو. هذه النظم لتخزين الهيدروجين والأكسجين في Apollo Service Module ، والتي تحتوي على أنظمة وإمدادات لدعم الحياة لمهام الهبوط على سطح القمر ، ولدت الطاقة وأنتجت مياه الشرب لرواد الفضاء. مصادر الطاقة الأكثر نظافة من محركات الاحتراق التقليدية ، قد تلعب خلايا الوقود دوراً في تحويل إنتاج الطاقة العالمي لمكافحة تغير المناخ.

لا يسعنا إلا أن نتساءل ما هي الابتكارات من الجهد المبذول لإرسال الناس إلى كواكب أخرى ستؤثر على أبناء الأرض بعد مرور 50 عامًا على أول ظهور لمرسول.

جان كريتون ، مدير القبة السماوية ، سفير علم الفلك المحمول جواً التابع لناسا ، جامعة ويسكونسن - ميلووكي

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المقال الأصلي.

خلاصة القول: ابتكارات القمر أبولو 11 التي غيرت الحياة على الأرض.