بین سالهای ۲۰۲۱ و ژوئن۲۰۲۴ تاکنون هفت کپسول دراگون شرکت آمریکایی اسپیسایکس موفق شدهاند در بازگشت از ایستگاه فضایی بینالمللی، فرودهای آبی بینقصی انجام دهند؛ همچنین اخیرا ماهوارهبر قدرتمند استارشیپ این شرکت نیز فرود عمودی فوقالعادهای در اقیانوس هند انجام داده است، اما سوال این است؛ چرا فضاپیماها در آب فرود میآیند؟ از نظر مهندسی، فضاپیما باید جایی فرود بیاید که شوک برخورد را جذب کند و در نهایت دانش و فناوری آبفرود متولد شد؛ چون که آب یک ضربهگیر عالی است.
فرود فضاپیماها در آب با چتری بالای آن و خروج فضانوردان از کپسول فضایی را اصطلاحا آبفرود میگویند؛ فناوری و روش مهندسی آبفرود همچنان با گذشت چند دهه از آغاز عصر فضا یکی از رایجترین روشهای بازگشت فضانوردان به زمین است.
راهکارهایی برای کاهش سرعت فضاپیما پیش از یک فرود امن
اصطکاک بدنه فضاپیما با جو در برابر حرکت مقاومت ایجاد میکند که باعث کاهش سرعت فضاپیما میشود؛ در عین حال، کاهش سرعت فضاپیما به این سادگی ممکن نیست و نمیتوان فضاپیما را به سرعتی ایمن برای فرود روی زمین رساند؛ بنابراین، مهندسان از روشهای دیگری مثل استفاده از چترهای بزرگ فرود که معمولا دارای رنگهای روشن مانند نارنجی هستند، کمک میگیرند.
فضاپیماها برای فرود موفق از چند مرحله چتر فرود استفاده میکنند؛ اولین آنها زمانی باز میشود که سرعت فضاپیما به کمتر از ۷۰۰ متر بر ثانیه رسیده باشد؛ اگرچه این سرعت هنوز هم به قدری زیاد است که نمیتوان انتظار داشت فضاپیما روی سطح سختی مانند زمین فرود بیاید.
چرا آب؟
آب ویسکوزیته (viscosity) یا همان مقاومت در برابر جاری شدن نسبتا پایینی دارد و در شرایطی که تحت فشار باشد، به سرعت تغییر شکل میدهد؛ از سوی دیگر، چگالی آن بسیار کمتر از سنگ سخت است که این دو ویژگی باعث میشود آب برای فرود فضاپیما گزینهای ایدهآل باشد؛ دلیل اصلی دیگر این است که ۷۰ درصد سطح سیاره ما را آب تشکیل میدهد و احتمال اینکه فضاپیما به آب بیفتد بیشتر از آن است که به زمین برخورد کند.
فناوریهای جدید برای استفاده مجدد از ماهوارهها به شرکتهای خصوصی امکان میدهد تا میلیونها دلار در زیرساختهایشان صرفهجویی کنند و هزینههای ماموریتهای فضایی را کاهش دهند؛ از طرفی دیگر آبفرود همچنان رایجترین روش ورود فضاپیماها به اتمسفر زمین محسوب میشود و از آنجا که این روش پس از گذشت دههها، کارآمدی خود را نشان داده است؛ احتمالا به روشی پایدار و پرکاربرد در صنایع فضایی آینده تبدیل خواهد شد.
مهمترین حادثه در تاریخ آبفرود
در سال ۱۹۶۱، آمریکا نخستین فرودهای آبی سرنشیندار در تاریخ را انجام داد که در آن کپسولها شکلی تقریبا مخروطی داشتند و با قاعده خود به سمت آب میافتادند و فضانورد داخل آن نیز رو به بالا نشسته بود. فرود در آب با سرعت حدود ۲۴ متر بر ثانیه رخ میدهد که برای یک فرود نرم، سرعت کمی نیست، اما به قدر کافی کند است تا کپسول بتواند به اقیانوس برخورد کند بدون اینکه ساختار خود کپسول، محموله یا فضانوردان داخل آن آسیب ببیند.
در تاریخ فناوریهای فضایی، حادثه سال ۱۹۶۱ که برای گاس گریسوم (Gus Grissom)، فضانورد مشهور آمریکایی، در جریان فرود با کپسول فضایی در اقیانوس اطلس اتفاق افتاد از اهمیت بسیاری برخوردار است؛ ماجرا از این قرار بود که دریچه اضطراری کپسول فضایی او در این حادثه به طور ناگهانی باز شد و کپسول به دلیل پر شدن از آب، به سرعت غرق و در اعماق اقیانوس اطلس ناپدید شد.
البته گریسوم از این حادثه جان سالم به در برد؛ او چند سال بعد در حادثه دیگری در جریان آمادگی برای ماموریت آپولو ۱ (Apollo 1) به دلیل نقص فنی فضاپیما جانش را از دست داد.