المركبة الفضائية، هي مركبة طائرة قادرة على الوصول إلى الفضاء الخارجي حاملة معها الأقمار الاصطناعية والبشر والمعدات.ويستطيع حتى ينقل إلى الفضاء ما حمولته 32 طن. ومن أبرز مميزات هذه المركبة هوأنه يعاد استخدامها جزيئا.

التاريخ

بدأ عصر الفضاء في اليوم الرابع من أكتوبر من عام 1957م. ففي ذلك اليوم أطلق الاتحاد السوفييتي أول قمر صناعي (سبوتنيك 1) ليدور حول الأرض. وكانت أول رحلة طيران فضائية مأهولة يوم 12 أبريل عام 1961م، حين دار رائد الفضاء السوفييتي يوري جاجارين حول الأرض في السفينة الفضائية فوستوك 1 في رحلة استغرقت 108 دقائق.

زادت المركبات غير المأهولة، التي تسمى المجسات الفضائية، من معهدتنا بالفضاء الخارجي والكواكب والنجوم. ففي عام 1959م، مر مجس فضائي بالقرب من القمر، وارتطم آخر به. وفي عام 1962م، حلق مجس أمريكي بالقرب من كوكب الزهرة. وفي عامي 1974 و1976م، أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية مجسين فضائيين ألمانيين إلى مدار كوكب عطارد القريب من الشمس. وفي عام 1976م، هبط مجسان أمريكيان على سطح كوكب المريخ. وقد عملت هذه المجسات على دراسة جميع الكواكب عدا كوكب بلوتو، كما أنها استكشفت المذنبات والكويكبات.

بدأت أول رحلة مأهولة للقمر في 21 ديسمبر 1968م، عندما أطلقت الولايات المتحدة الأمريكية المركبة الفضائية أبولو8، والتي دارت حول القمر ثماني مرات ثم عادت سالمة إلى الأرض. وفي 20 يوليو1969م، هبط رائدا الفضاء الأمريكيان نيل أرمسترونج وإدوين ألدرين الابن بمركبتهما أبولو11 على سطح القمر. وأصبح أرمسترونج أول إنسان تطأ قدماه سطح القمر. وبعد ذلك قام رواد الفضاء الأمريكيون بخمس عمليات هبوط على سطح القمر قبل استكمال برنامج أبولوالقمري عام 1972م.

وخلال سبعينيات القرن العشرين، طوّر رواد الفضاء مهارات مختلفة للعيش في الفضاء، على متن محطتي الفضاء سكايلاب وساليوت. وفي عامي 1987 و1988م، دار رائدا فضاء سوفييتيان لمدة 366 يومًا متتابعة على متن مركبة في الفضاء. وفي الثاني عشر من أبريل 1981م، انفجر مكوك الفضاء الأمريكي كولومبيا، وكان هذا المكوك أول مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام، وأول مركبة فضائية تستطيع الهبوط في المطارات العادية. وشهد يوم 28 يناير 1986م، مأساة مروعة، إذ انفجر مكوك الفضاء تشالنجر، وقتل جميع أعضاء طاقمه السبعة. وقد أعيد تصميم المكوك مرة أخرى، واستأنف رحلاته عام 1988م.

وفي السنوات الأولى من عصر الفضاء أضحى النجاح في ميدان الفضاء مقياسًا لتفوق الأمم وريادتها في العلوم والهندسة والدفاع الوطني، مما أدخل الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي السابق في تنافس محموم عهد بالحرب الباردة. ونتيجة لذلك، تنافست الدولتان لتطوير برامجهما المتعلقة بالفضاء. وقاد “سباق الفضاء” في ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، الدولتين إلى إنجازات استكشافية هائلة. وبنهاية السبعينيات، قل إيقاع هذا السباق عندما عملت الدولتان على تحقيق أهداف مستقلة في الفضاء. وتتميز البرامج الفضائية اليوم بخطواتها الثابتة والراسخة في ظل التعاون الدولي.

وقد صاحب تطور البرامج الفضائية خلاف حاد حول التوازن الأمثل بين الاستكشاف بوساطة مركبات مأهولة أومجسات غير مأهولة، حيث يفضل بعض الخبراء المجسات غير المأهولة لأنها أرخص وأكثر أمانًا، كما أنها أسرع من المركبات المأهولة. فالمجسات، في رأيهم، تستطيع القيام برحلات خطيرة قد لايطيقها البشر. ولكن، من جهة أخرى، لاتستطيع المجسات التفاعل مع الأحداث غير المتسقطة. أما اليوم، فإن مخططي البرامج الفضائية يفضلون اتباع استراتيجية متوازنة تجمع بين المجسات غير المأهولة والمركبات المأهولة. فالمجسات تستطيع الوصول إلى الأماكن المجهولة في الفضاء، أوالأماكن المعروفة التي تقع المعلومات المطلوب جمعها عنها في حدود ما متسقط. ولكن، في بعض الحالات، لابد حتى يتبع الناس المجسات وأن يستخدموا براءة الكائن البشري ومرونته وشجاعته في استكشاف أسرار الكون.

وفي عام 1958م، بدأ الفهماء في جميع من الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي في بذل جهود جادة لتصميم مركبة فضائيةقد يكون بمقدورها حمل البشر. وقد اختار كلا البلدين تطوير كبسولة بدون أجنحة توضع في أعلى مركبة إطلاق مكونة من صاروخ معدل بعيد المدى.

التكوين

المكوك الفضائي مركبة مكونة من ثلاثة أقسام رئيسية:

• المركبة التي تطوف في الفضاء ويطلق عليها لوحدها اسم المكوك.
• خزان الوقود الخارجي.
• صاروخان.

الإقلاع

يبدأ المكوك إقلاعه بشكل عمودي كالصاروخ التقليدي، ثم يتم فصل خزان الوقود الخارجي والصاروخان المركبة الطائرة أثناء العملية الارتفاع ووحدها المركبة هي التي تصل إلى الفضاء الخارجي، وتهبط المركبة المحلقة كما باقي الطائرات التقليدية.

أنظمة مركبات الفضاء

مركبات يعاد استخدامها

أمثلة على مركبات الفضاء

مركبات فضائية مأهولة

مدارية

• Apollo Spacecraft
• Gemini Spacecraft
• International Space Station
• Mercury Spacecraft
• Manned Maneuvering Unit—world's smallest manned spacecraft
• مير
• Salyut
• Shuttle Buran
• Shenzhou Spacecraft
• Skylab
• Soyuz Spacecraft
• Space Shuttle
• Voskhod Spacecraft
• Vostok Spacecraft

شبه مدارية

• SpaceShipOne (commercial) suborbital
• X-15 suborbital

مركبات فضائية غير مأهولة

مركبات فضائية مأهولة أوشبه مأهولة

• Automated Transfer Vehicle (ATV)—unmanned European cargo spacecraft
• Buran manned-spec Soviet shuttle (one mission only)
• H-II Transfer Vehicle (HTV)—unmanned Japanese cargo spacecraft
• Progress—unmanned USSR/Russia cargo spacecraft
• TKS—manned-spec unmanned USSR cargo spacecraft

مدار الأرض

• Explorer 1—first US satellite
• Project SCORE—first communications satellite
• SOHO
• Sputnik 1—world's first artificial satellite
• Sputnik 2—first animal in orbit (Laika)
• Sputnik 5—first capsule recovered from orbit (Vostok precursor)—animals survived
• STEREO—Earth environment observation
• Syncom—first geosynchronous communications satellite

قمرية

• Clementine—US Navy mission, orbited Moon, detected hydrogen at the poles
• Luna 1—first lunar flyby
• Luna 2—first lunar impact
• Luna 3—first images of lunar far side
• Luna 9—first soft landing on the Moon
• Luna 10—first lunar orbiter
• Luna 16—first unmanned lunar sample retrieval
• Lunar Orbiter—very successful series of lunar mapping spacecraft
• Lunar Prospector—confirmed detection of hydrogen at the lunar poles
• Lunar Reconnaissance Orbiter—Identifies safe landing sites & Locates moon resources
• SMART-1 ESA—Lunar Impact
• Surveyor—first USA soft lander
• Chandrayaan 1 —first Indian Lunar mission

للكواكب

• Cassini-Huygens—first Saturn orbiter + Titan lander
• Galileo—first Jupiter orbiter+descent probe
• Mariner 4—first Mars flyby, first close and high resulution images of Mars
• Mariner 9—first Mars orbiter
• Mariner 10—first Mercury flyby, first close up images
• Mars Exploration Rover—a Mars rover
• Mars Global Surveyor—a Mars orbiter
• Mars Reconnaissance Orbiter—an advanced climate, imaging, sub-surface radar, and telecommunications Mars orbiter
• MESSENGER—first Mercury orbiter (arrival 2011)
• Mars Pathfinder—a Mars lander + rover
• New Horizons—first Pluto flyby (arrival 2015)
• Pioneer 10—first Jupiter flyby, first close up images
• Pioneer 11—second Jupiter flyby + first Saturn flyby (first close up images of Saturn)
• Pioneer Venus—first Venus orbiter+landers
• Venera 4—first soft landing on another planet (Venus)
• Viking 1—first soft landing on Mars
• Voyager 2—Jupiter flyby + Saturn flyby + first flybys/images of Neptune and Uranus

Other—deep space

• Cluster
• Deep Space 1
• Deep Impact (space mission)
• Genesis
• Near Earth Asteroid Rendezvous
• Stardust
• WMAP

Fastest spacecraft

• Helios I & II Solar Probes (252,792 كم/س (157,078 ميل/س))

Furthest spacecraft from the Sun

• Voyager 1 at 106.3 AU as of July 2008, traveling outward at about 3.6 AU/year
• Pioneerعشرة at 89.7 AU as of 2005, traveling outward at about 2.6 AU/year
• Voyager 2 at 85.49 AU as of July 2008, traveling outward at about 3.3 AU/year

Heaviest spacecraft

• NASA STS Space Shuttle/Orbiter (109,000 kiloغرامs (107 طن كبيرs; 120 طن صغيرs))

مركبات تحت التطوير

• Orion spacecraft
• Kliper—Russian "Clipper"
• CNES Mars Netlander
• James Webb Space Telescope (delayed)
• Kepler Mission Planet Searcher
• ESA Darwin probe
• Herschel Space Observatory
• Mars Science Laboratory rover
• Shenzhou spacecraft Cargo
• Terrestrial Planet Finder probe
• X-37
• SpaceX Dragon manned spacecraft
• System F6—a DARPA Fractionated Spacecraft demonstrator
• Reaction Engines Skylon SSTO with a hybrid engine

برامج المركبات الغير ممولة/الملغاة

Multi-stage

• Chinese Project 921-3 Shuttle
• ESA Hermes Shuttle
• Soviet Buran Shuttle
• Soyuz Kontakt
• Teledesic
• Manned Orbiting Laboratory
• X-20

SSTO

• RR/British Aerospace HOTOL
• ESA Hopper Orbiter
• McDonnell Douglas DC-X (Delta Clipper)
• Roton Rotored-Hybrid
• Lockheed-Martin VentureStar

فوستوك وميركوري

تمثلت الجهود الأولى لإرسال إنسان إلى الفضاء في برنامج مركبة الفضاء السوفييتية ڤوستك (الشرق) ومركبة الفضاء الأمريكية ميركوري. وقد بلغ وزن الكبسولة فوستوك نحو4,500 كجم، وكان من المقرر إرسالها إلى المدار على متن قذيفة R-7 معدلة. وتكونت الكبسولة من قمرة قيادة كروية الشكل ومركبة خدمة أسطوانية، وهي الجزء الذي يحتوي على نظام الدفع. وزودت المركبة بمقعد قذفي ليوفر وسيلة نجاة لرائد الفضاء في حالة وقوع حادث مؤسف أثناء الإطلاق. وتميز نظام دعم الحياة داخل المركبة باستخدام مزيج من الأكسجين والنيتروجين، مماثل لما هوموجود في الجوعند مستوى سطح البحر.

أحيط البرنامج السوفييتي بقدر كبير من السرية مقارنة بالبرنامج الأمريكي. وقد أطلق البلدان مركبات فضائية مدارية غير مأهولة، بغرض الاختبار، في عامي 1960م و1961م، وتعرضت الصواريخ المستخدمة في إطلاق بعضها للإخفاق. وأوفد البلدان أيضًا حيوانات إلى الفضاء خلال هذه الفترة، كان من ضمنها الشمبانزي هام، الذي طار لمدة 18 دقيقة داخل إحدى كبسولات ميركوري في 31 يناير 1961م.

وحدثت أول وفاة في برنامج الرحلات المأهولة، في 23 مارس 1961م، عندما احترق رائد الفضاء السوفييتي المتدرب فالنتين بوندارينكو، في الحريق الذي شب في غرفة الضغط. وقد تكتم المسؤولون السوفييت على هذه الحادثة.

فوسخود وجميني

الرحلات الفضائية المتعددة الأفراد. أعربت الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1961م، عن برنامج جميني الذي سيتم بموجبه إرسال اثنين من الرواد إلى الفضاء في نسخة مكبرة من الكبسولة ميركوري. ودفع هذا الإعلان، المخططين السوفييت إلى تعديل الكبسولة فوستوك بحيث أصبحت تتسع لثلاثة رواد كحد أقصى. وكانت الضغوط السياسية للتفوق على الولايات المتحدة الأمريكية قوية جدًا إلى الحد الذي دفعت فيه المهندسين السوفييت إلى التضحية ببعض تدابير السلامة مثل المقاعد القذفية، عند توسيع الكبسولة.

أُطلقت الكبسولة فوسخود (الشروق) (سميت لاحقًا فوسخود 1)، وهي أول كبسولة فضائية متعددة الأفراد في العالم، في 12 أكتوبر 1964م، حيث أمضى رواد الفضاء الثلاثة، فلاديمير كوماروف، وكونستنتاين فيوكتيستوف، وبوريس يجوروف، 24 ساعة في المدار. وأصبحوا أول رواد فضاء يهبطون على الأرض داخل كبسولتهم، بدلاً من الهبوط في المحيط.

وفي مارس 1965م، خرج رائد الفضاء ألكسي ليونوف عبر مسد هوائي قابل للنفخ ملحق بالمركبة فوسخود 2، ليصبح أول إنسان يمشي في الفضاء. وبعد تعطل الربان الآلي للكبسولة، اضطر ليونوف وبافل بلياييف إلى توجيهها للهبوط يدويًا. وأخطأ رائدا الفضاء في الاستدلال على منطقة الهبوط المقررة سلفًا وهبطا في غابة معزولة، مما اضطرهما إلى مقاومة الذئاب الجائعة، حتى وصلتهم فرق الإنقاذ في اليوم التالي.

وأُطلقت جميني 3، وهي أول رحلة مأهولة ضمن برنامج جميني، في 23 مارس 1965م. وقد استخدم رائدا الفضاء جريسوم وجون يونج صواريخ المناورة الخاصة بالكبسولة لتعديل مسارها في الفضاء. ومع إطلاق مركبة الفضاء جميني أربعة في ثلاثة يونيو1965م، أصبح رائد الفضاء إدوارد وايت أول أمريكي يمشي في الفضاء. وأمضى رواد الفضاء الذين كانوا على متن جميني 5، التي أطلقت في 21 أغسطس من عام 1965م، قرابة ثمانية أيام في الفضاء، وهورقم قياسي تم تحقيقه بفضل استخدام خلايا الوقود لتوليد الكهرباء.

وكان المقصود من إطلاق جمينيستة ـ في الأساس ـ الالتحام مع صاروخ أجنا الذي أطلق في الفضاء قبل ساعات قليلة من إطلاق المركبة. ولكن بعد فقدان صاروخ أجنا غير المأهول بسبب إخفاق المعزز، ضمت ناسا رحلة جمينيستة إلى رحلة جمينيسبعة المقرة سلفًا، والبالغة مدتها 14 يومًا. وقد أطلقت جميني 7، حسب ماهومخطط لها، في أربعة ديسمبر 1965م، وأقلعت جمينيستة بعد 11 يومًا من هذا التاريخ. وفي غضون ساعات، تمكن رائدا الفضاء شيرا وتوماس ستافورد من تحريك مركبتهما، لتصبح في حدود 30 سنتيمترًا من جمينيسبعة وطاقمها المكون من فرانك بورمان وجيمس لوفل الأصغر. ودارت المركبتان معًا حول الأرض لعدة ساعات قبل حتى تفترقا.

وفي 16 مارس 1966م، أكملت جمينيثمانية أول عملية التحام بين مركبتين فضائيتين في العالم، عندما التحمت مع صاروخ أجنا في الفضاء. وقد تعرضت المركبة الفضائية لارتجاج عنيف، ولكن الرائدان نيل آرمسترونج وديفيد سكوت تمكنا من إعادة السيطرة عليها، والهبوط بها اضطراريًا في غرب المحيط الهادئ.

تم إجراء المزيد من الاختبارات على الالتحام والنشاط خارج المركبة على رحلات جميني الأربع المتبقية. واكتسب رواد الفضاء ومراقبوالرحلات خبرات حيوية من هذه الرحلات، استعدادًا للتحديات الكبيرة المتمثلة في الرحلات القمرية المأهولة.

أبولو: مهمة إلى القمر

ساد السباق للوصول إلى القمر، سباق الفضاء في ستينيات القرن العشرين. وفي عام 1961م، نادى الرئيس جون كنيدي، في خطاب أمام الكونجرس، إلى التزام الولايات المتحدة الأمريكية “بإنزال رجل على القمر وإعادته سالمًا إلى الأرض” قبل انقضاء عقد الستينيات. وكان الهدف من ذلك إثبات التفوق الأمريكي في مجال الفهم والهندسة والإدارة والقيادة السياسية.

درست ناسا الكثير من المقترحات المتعلقة بإرسال رحلة مأهولة إلى القمر، وسقط اختيارها على خطة تقوم فيها عربة تسمى مركبة القيادة/ الخدمة بالدوران حول القمر، دون الهبوط عليه. وعوضًا عن ذلك، ستقوم مركبة خاصة تسمى المركبة القمرية بحمل اثنين من رواد الفضاء إلى سطح القمر. وعندما ينتهي الرائدان من مهمتهما، ستقلع بهما المركبة القمرية عائدة إلى مركبة القيادة/ الخدمة الموجودة في المدار القمري. وقد وفرت هذه العملية المعقدة التي أطلق عليها اسم اللقاء المداري القمري كميات ضخمة من وقود الصواريخ، عن طريق الامتناع عن جعل مركبة القيادة/ الخدمة، الثقيلة الوزن، تهبط على سطح القمر ثم تقلع عائدة إلى الفضاء مرة أخرى. واحتاجت المهمة بأكملها صاروخًا واحد من طراز ساتورن 5. وفي عام 1962م، أصبح اللقاء المداري القمري الإستراتيجية الرسمية للولايات المتحدة الأمريكية. وعندما قررت الحكومة السوفييتية سرًا، محاولة الوصول إلى القمر قبل الولايات المتحدة الأمريكية، اختارت الإستراتيجية نفسها.

التجهيز للرحلة

تعرض برنامج الفضاء الأمريكي لكارثة أليمة يوم 27 يناير 1967م، أثناء الاستعدادات لإطلاق أول رحلة مأهولة من رحلات أبولو. فقد توفي ثلاثة رواد، هم: جريسوم ووايت وروجر تشافي، عندما اندلعت النار فجأة داخل مركبة القيادة المحكمة الإغلاق، أثناء فحص أرضي. وربما بدأ الحريق نتيجة لقصر في إحدى الدوائر الكهربائية. وساعد الأكسجين النقي على اشتعال النار بضراوة.

وبعد ذلك بشهور قليلة تعرض البرنامج الفضائى السوفييتي أيضًا لكارثة. فقد أطلق السوفييت الكبسولة سويوز (الوحدة) 1، وعلى متنها رائد واحد. وكان مفترضًا حتى ترتبط بها سفينة فضائية أخرى مأهولة، ولكن سويوز 1 عانت من مشاكل، ولذا فإن السفينة الأخرى لم تطلق. وقد أمر طاقم القيادة الأرضية الكبسولة بالعودة إلى الأرض، ولكن فشلاً في البراشوت (مظلة الهبوط) أدى إلى سقوطها على الأرض، ومقتل رائد الفضاء كوماروف.

وبينما كانت مركبة القيادة/ الخدمة لأبولووالكبسولة سويوز تخضعان لإعادة التصميم، كانت اختبارات أخرى تجري حسب الخطة. فقد نجحت عملية الإطلاق الأمريكية غير المأهولة لمعزز ساتورنخمسة الأول، والتي أجريت فيتسعة نوفمبر 1967م. وفي أوائل عام 1968م أوفدت مركبة قمرية غير مأهولة إلى المدار، حيث أجرت اختبارات على محركاتها.

الدوران حول القمر

بحلول أواخر عام 1968م، كانت الولايات المتحدة الأمريكية قد أنجزت عملية إعادة تصميم مركبة القيادة/ الخدمة لأبولو، كما استطاع المهندسون التغلب على المشاكل التقنية المرتبطة بصواريخ ساتورن 5. ولكن إنجاز المركبة القمرية تأخر كثيرًا عن الموعد المحدد.

كان لدى المسؤولين في ناسا معلومات عن الاستعدادات السوفييتية لإطلاق مركبة قمرية مأهولة. وشجع اكتمال إعداد مركبة القيادة/ الخدمة ومعزز ساتورن هؤلاء المسؤولين على اتخاذ قرار إطلاق مركبة مأهولة لتدور حول القمر دون مركبة قمرية. وقد هدفت الرحلة إلى اختبار الملاحة والاتصال حول القمر، وتوفير التدريب الجيد لكل من الرواد وطاقم القيادة الأرضي. وبالإضافة إلى ذلك، هدفت الرحلة إلى منع السوفييت من استباق رحلة الهبوط على القمر برحلة مأهولة بسيطة تدور حول القمر.

انطلقت المركبة أبولو8، في أول رحلة مأهولة إلى القمر، من مركز كنيدي الفضائي في كيب كنفرال بفلوريدا، في 21 ديسمبر 1968م. وقد احتشد مئات الآلاف من الناس في الشواطئ المجاورة، لمشاهدة انطلاق المركبة التي أقلت الرواد بورمان ولوفيل ووليم أنورز. وبعد ثلاثة أيام أطلق الطاقم صاروخًا محمولاً لتغيير المسار والدخول في مدار دائري حول القمر. وبعد تدوين الملاحظات وأخذ صور فوتوغرافية عاد الرواد إلى الأرض، حيث هبطت المركبة بسلام في المحيط الهادئ، بالقرب من هاواي، في 27 ديسمبر.

أطلقت ناسا رحلتين إضافيتين اختباريتين للتأكد من سلامة المركبة القمرية وكفاءتها. فقد أجرى طاقم أبولوتسعة اختبارًا على المركبة القمرية في مدار منخفض حول الأرض، بينما أجرى طاقم أبولوعشرة اختباره على المركبة في مدار قمري.

مجسات ومركبات الفضاء المهمة

انظر أيضا

• Astrionics
• قائمة المركبات الفضائية
• تصميم المركبة الفضائية
• Spacecraft propulsion
• Space exploration
• Spaceflight records
• Starship
• Ansari X Prize
• Atmospheric reentry
• Earth to orbit

المصادر

وصلات خارجية

• NASA: Space Science Spacecraft Missions
• NSSDC Master Catalog Spacecraft Query Form
• Early History of Spacecraft
• Basics of Spaceflight tutorial from JPL/Caltech
• International Spaceflight Museum