اقتصاد فضایی جهانی به سرعت در حال رشد است و بنا بر آمار موسسات تحلیلی، پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۹ از ۵۱۱ میلیارد دلار عبور می‌کند. هرچند در حال حاضر عمده این بازار در اختیار پرتاب ماهواره‌ها و خدمات مخابراتی است، ایده‌ای جسورانه در حال جلب توجه سرمایه‌گذاران خطرپذیر، آژانس‌های فضایی و شرکت‌های هوافضا است: تولید در مدار زمین!
روزی این ایده در حد خیال‌پردازی علمی‌تخیلی بود، اما اکنون، شرایط فیزیکی منحصربه‌فرد فضا و نیاز به مواد پیشرفته، انگیزه‌ای جدی برای انتقال برخی فرآیندهای تولیدی از زمین به فضا ایجاد کرده است.
چرا باید در فضا تولید کرد؟
تولید در فضا مزایای فیزیکی بی‌نظیری دارد که در زمین یا غیرممکن‌اند یا به شدت پرهزینه. از جمله این مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ریزگرانش (Microgravity) امکان ساخت موادی با خلوص بالا، ساختار یکنواخت و عاری از نقص را فراهم می‌کند؛ مانند فیبرهای نوری و نیمه‌هادی‌های فوق‌خالص.
- خلا کامل در فضا نیاز به اتاق‌های تمیز صنعتی را حذف می‌کند و محیطی بدون آلودگی برای تولید فراهم می‌سازد.
- شرایط دمایی پایدار و نبود همرفت گرانشی، فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی را دقیق‌تر می‌سازد.
- اشعه کیهانی با وجود خطرهایی که برای انسان و دستگاه‌های الکترونیکی دارد، ممکن است در برخی کاربردها که نیازمند حجم بالای انرژی هستند، مانند تشکیل کریستال‌ها مزیت‌هایی ایجاد کند.
آزمایش‌هایی که تاکنون در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام گرفته‌اند، اغلب این مزایا را به نمایش گذاشته‌اند. ضمن اینکه شرکت‌هایی مانند شرکت آمریکایی مید این اسپیس (Made In Space) با چاپ سه‌بعدی ابزارها و فیبرهای نوری در ایستگاه فضایی بین‌المللی اثبات کرده‌اند که تولید در فضا هم ممکن است و هم می‌تواند سودآور باشد.
چه محصولاتی را می‌توان در فضا تولید کرد؟
اگرچه زمین در آینده قابل پیش‌بینی همچنان قطب تولید جهانی باقی خواهد ماند، اما برخی محصولات با ارزش افزوده بالا برای تولید در فضا بسیار مناسب‌اند:
- فیبر نوری ZBLAN: یک ماده شیشه‌ای مبتنی بر فلوراید با انتقال نوری بهتر از فیبرهای سیلیکایی. تولید آن در زمین دارای نقص‌هایی است که در ریزگرانش رخ نمی‌دهد.
- داروها و پروتئین‌ها: کریستال‌های دارویی در فضا بهتر شکل می‌گیرند و می‌توانند درمان‌های موثرتری به همراه داشته باشند.
- نیمه‌هادی‌ها: تولید ویفرهای فوق‌خالص می‌تواند موانع فعلی تولید تراشه در زمین را رفع کند.
- عدسی‌ها و آینه‌های دقیق: اجزای نوری برای تلسکوپ‌ها و حسگرها را می‌توان با دقت بیشتری در شرایط بدون جاذبه ساخت.
- ماهواره‌ها: ساخت مستقیم ماهواره‌ها یا اجزای آن‌ها در مدار می‌تواند محدودیت ابعاد را برطرف کرده و هزینه‌های پرتاب را کاهش دهد.
برخی آینده‌پژوهان نیز ایده تولید آرایه‌های خورشیدی یا اجزای سازه‌ای برای ایستگاه‌های فضایی یا پایگاه‌های قمری را مطرح کرده‌اند.
چه شرکت‌هایی در حال ساخت کارخانه‌های فضایی هستند؟
چندین شرکت آمریکایی در حال سرمایه‌گذاری برای تجاری‌سازی تولید در مدار هستند:
- ردوایر اسپیس (Redwire Space): فعال در زمینه ساخت چاپگرهای سه‌بعدی و پلتفرم‌های مونتاژ برای ایستگاه فضایی بین‌المللی و ایستگاه‌های آینده.
- واردا اسپیس (Varda Space Industries): تمرکز بر تولید داروهای ارزشمند در مدار و بازگرداندن آن‌ها به زمین با استفاده از کپسول‌های بازگشت. این شرکت تاکنون ۳ پرواز موفق بازگشتی از مدار انجام داده است.
- سازمان‌های دولتی ناسا و دارپا (DARPA): سرمایه‌گذاری در پروژه‌هایی مانند OSAM (خدمات‌رسانی، مونتاژ و ساخت در مدار) برای ساخت ماهواره‌ها و سازه‌های بزرگ فضایی.
- سیرا اسپیس (Sierra Space) و بلو اوریجین (Blue Origin): توسعه ایستگاه‌های فضایی خصوصی مانند ایستگاه اوربیتال ریف (Orbital Reef) شرکت بلو اوریجین که ممکن است به هاب‌های صنعتی در فضا تبدیل شوند.
- اسپیس ایکس و راکت لب (Rocket Lab): ارائه‌دهندگان خدمات پرتاب ارزان‌قیمت که حمل و نقل مواد و تجهیزات ساخت و ساز به مدار را تسهیل می‌کنند.
در حال حاضر این پروژه‌ها بیشتر شبیه آزمایشگاه‌های پیشرفته هستند تا کارخانه‌های مرسوم، اما در آینده پایه‌گذار صنعتی دائمی در مدار خواهند بود.
چالش‌های پیش رو
با وجود ظرفیت بالا و مزایا و فرصت‌هایی که به آن‌ها اشاره شد، تولید فضایی با موانع جدی‌ای نیز روبه‌روست. به عنوان مثال:
- ریسک برخورد و زباله فضایی: تراکم ماهواره‌ها و قطعات سرگردان، تهدیدی برای سازه‌های بزرگ مداری است.
- هزینه بازگشت به زمین: برای محصولاتی که باید به زمین بازگردند، سامانه‌های بازگشت ایمن و ارزان هنوز نیاز به توسعه دارند.
- تابش و نوسانات حرارتی شدید: تجهیزات صنعتی باید در برابر این شرایط سخت مقاوم‌سازی شوند.
- اتوماتیک‌سازی و نگهداری: کارخانه‌های فضایی باید بدون حضور انسان و با اتکا به ربات‌ها فعالیت کنند.
- ابهام حقوقی و مالکیت منابع فضایی: قوانین بین‌المللی هنوز پاسخگوی مالکیت، مسئولیت حقوقی و بهره‌برداری از منابع فضایی نیستند.
تا زمانی که هزینه‌ها کاهش نیابد، تنها تولید اقلام با ارزش بسیار بالا مانند فیبرهای خاص یا داروها توجیه اقتصادی دارد، اما این معادله با پیشرفت فناوری به‌زودی تغییر خواهد کرد.
نقش ربات‌ها و اتوماسیون در آینده تولید فضایی
در فضای بدون انسان، اتوماسیون و رباتیک سنگ بنای اصلی تولید هستند. بازوهای رباتیک معروف کانادارم (Canadarm) و کانادارم ۳ که توسط کانادا توسعه یافته‌اند، در ایستگاه فضایی بین‌المللی و پروژه دروازه قمری (Lunar Gateway) مشترکی بین ناسا و سازمان فضایی اروپا (ESA) نقش کلیدی در جابجایی ماژول‌ها و سرویس تجهیزات دارند. برخی شرکت‌های آمریکایی که در این زمینه فعالیت می‌کنند عبارت‌اند از:
- موتیو اسپیس (Motiv Space Systems): تولیدکننده بازوهای رباتیک برای مدار و ماموریت‌های سطحی، از جمله ماموریت پایداری (Perseverance) در مریخ و پروژه OSAM-2 ناسا
- مکسار (Maxar Technologies): توسعه ابزارهای مونتاژ و خدمات‌رسانی اتوماتیک به ماهواره‌ها
- جیتای (GITAI): تولید ربات‌های چندمنظوره برای انجام وظایف در شرایط بدون جاذبه
- آستروباتیک (Astrobotic) و اوشنیرینگ (Oceaneering Space Systems): متخصص در ربات‌های سطح‌نشین و ابزارهای قمری و ایستگاهی
این شرکت‌ها در حال ساخت زیربنای لازم برای تبدیل کارخانه‌های فضایی از ایده به واقعیت هستند.
آینده‌ای ساخته‌شده در آسمان
اگرچه ایده تولید در فضا هنوز نوپا است، اما زیرساخت‌های آن با سرعتی چشمگیر در حال شکل‌گیری‌اند. با کاهش هزینه پرتاب، توسعه ایستگاه‌های فضایی خصوصی و پیشرفت در علم رباتیک، ممکن است شاهد دوره‌ای باشیم که برخی از مهم‌ترین محصولات صنعتی در فضا ساخته شوند؛ از فیبر نوری و دارو گرفته تا ماهواره‌های کامل. آینده صنعت فضا، شاید نه بر زمین، بلکه در کارگاه‌های رباتیک مداری نوشته شود.