«فرگام» چگونه به مأموریت فضایی رفت

مطابق برنامه‌ریزی، کاوشگر «پژوهش» در پایگاه پرتاب‌های فضایی ایران واقع در سمنان،‌ روی سکوی پرتاب مستقر شد و همان‌طور که انتظار می‌رفت، دومین میمون فضایی ایران را به فضای زیرمداری ارسال کرد.

به گزارش فارس، به دنبال موفقیت کاوشگر «پیشگام» در ارسال اولین میمون فضایی ایران به فضا در بهمن ماه 1391 و در راستای تحقق بخشی از برنامه اعزام انسان به فضا، کارشناسان و پژوهشگران «پژوهشکده سامانه‌های فضانوردی» با امید و انگیزه دو چندان، آماده‌سازی کپسول فضایی دیگری را برای ارسال دومین میمون فضایی ایران به فضا، در دستور کار قرار دادند.

این محموله سرنشین‌دار که «کاوشگر پژوهش» نام داشت، پس از بهبود و توسعه زیرسامانه‌های کاوشگر پیشین و افزایش قابلیت اطمینان آن، برای پرتاب با یک حامل سوخت مایع در مورخ شنبه 23 آذرماه 1392آماده شد.

مطابق برنامه‌ریزی، کاوشگر «پژوهش» در این روز در پایگاه پرتاب‌های فضایی ایران واقع در سمنان،‌ روی سکوی پرتاب مستقر شد و همان‌طور که انتظار می‌رفت، دومین میمون فضایی ایران را به فضای زیرمداری ارسال کرد و پس از حدود 11 دقیقه، سالم به زمین بازگرداند تا گام بلند دیگری در دستیابی به فناوری‌های فضایی برداشته شود.

* تفاوتهای کاوشگر «پیشگام» و «پژوهش»

بارزترین تفاوت میان کاوشگر «پژوهش»‌و «پیشگام»، استفاده از حامل سوخت مایع بود که زمینه انجام این مأموریت را با شتاب برخاست کمتری فراهم کرد.

«سامانه ضربه‌گیر فرود»، دیگر فناوری ارتقا یافته در کاوشگر «پژوهش» بود که با به کارگیری آن، ضربه وارد شده به موجود زنده در لحظه برخورد با زمین، کاهش چشمگیری یافت.

این در حالیست که ارسال موجود زنده به فضای زیرمداری با به کارگیری کاوشگرها و برآوردن اهداف اصلی در مطالعات زیست‌فضایی، نیازمند توانمندی‌های خاص و فناوری‌های جدیدی است که دستیابی به هر یک از آنها با چالش‌های متعددی رو به روست.

در کنار چالش‌های مهندسی و فنی، انتخاب حیوان به عنوان موجود زنده مناسب برای تحقیقات زیست‌فضایی، آماده‌سازی، آموزش، سازگارسازی و حساسیت‌زدایی آن نیز از مراحل مهمی است که باید هم‌زمان با توسعه فناوری کاوشگرها صورت گیرد.

همچنین، طراحی و ساخت یک کپسول زیستی که بتواند شرایط ارسال جاندار به فضای زیرمداری را در محیطی امن و سالم فراهم کرده و تحقیقات و مطالعات زیستی موجود زنده را در حین پرتاب میسر سازد، از مهم‌ترین نیازمندی‌های چنین پروژه‌هایی است.

پس از آن، کسب فناوری بازیابی محموله زیستی از ارتفاعات بالا، رهگیری آن و تعیین موقعیت فرود برای یافتن سریع محموله و همچنین عملیات و خدمات گسترده لجستیک اهمیت فراوانی دارد.

علاوه بر این موارد، تمامی اجزای کاوشگر از زیرسامانه‌های خدماتی مانند تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی تا سپر حرارتی و سطوح ایرودینامکی باید در تمام مراحل پروازی عملکردی مطلوب داشته باشند و اجزای سخت‌افزاری، حسگرها، سامانه صدور فرامین بخش نرم‌افزاری و ارتباطات بین آنها بی‌هیچ عیب و نقصی عمل کند.

اگر اختلالی در کارایی هر یک از این اجزاء روی دهد، ممکن است اهداف این مأموریت به خطر افتد.

برنامه‌ریزی کاوشگر «پژوهش» به نحوی بود که بعد از جدا شدن از پرتابگر و اوج‌گیری تا ارتفاع 120کیلومتری از سطح زمین و مواجهه با شرایط بی‌وزنی، پس از حدود 11 دقیقه سالم به زمین بازگردد.


در تمامی این مراحل، داده‌های ثبت شده توسط حسگرهای علائم حیاتی موجود زنده و پارامترهای محیطی کپسول زیستی در رایانه پرواز ثبت و هم‌زمان به ایستگاه‌های زمینی مخابره شد تا وضعیت عمومی موجود زنده در طول پرتاب پایش شود.

یکی از نکات مهم این است که در این پرتاب، داده برداری صوتی با حسگر و تجهیزات داده‌برداری بسیار دقیق برای نخستین بار صورت پذیرفت.

کاوشگر «پژوهش»‌ با برخورداری از محموله‌ای به وزن 320کیلوگرم، به زیر سامانه‌های مهم و اساسی برای پشتیبانی حیات موجود زنده و تجهیزات حساس برای ارائه خدمات الکترونیکی و مخابراتی مجهز شده بود.

در مسیر بازگشت، محموله علمی –پژوهشی کاوشگر که «فرگام» دومین میمون فضایی ایران را در خود جای داده بود، پس از جدایش دماغه و بخشی از سامانه جدایش حامل، با وزنی حدود 290کیلوگرم به همراه تمامی داده‌های به دست آمده از تحقیقات و کاوش‌های فضایی مورد نظر، به کمک سامانه بازیابی بر زمین فرود آمد.

* اهداف مأموریت

کاوشگر فضایی عبارت است از محموله علمی-پژوهشی که به وسیله یک پرتاب کننده به فضا انتقال می‌یابد و ضمن ارسال نتایج، در بازگشت به زمین، بازیابی و نتایج آزمایش‌های علمی و تحقیقاتی از آن استخراج می‌شود.

امروزه کاوشگرها به عنوان بستر توسعه فناوری فضایی شناخته می‌شوند و به دلیل هزینه اندک، کاربرد وسیعی در عرصه مطالعات فضایی دارند.

در ابتدا از کاوشگرها برای بررسی و مطالعه رفتار حیوانات کوچک در فضا، حمل دوربین‌های عکاسی به ارتفاع بالا، حمل فشارسنج و دماسنج برای اندازه‌گیری شرایط جوی، کاوش در زمینه‌‌های مختلف علمی مانند تابش، بسامد شهاب‌سنگ‌های خرد، ساختمان اتمسفر، ورود مجدد به جو و... کمک گرفته می‌شد.

در حال حاضر، استفاده از این نوع کاوشگرها اهمیت خاصی یافته است، زیرا این سیستم‌ها محدوده ارتفاعی 50 تا 200کیلومتری سطح زمین را کاوش می‌کنند، محدوده‌ای که هواپیماها، بالن‌ها و فضاپیماها نمی‌توانند برای مدت طولانی به تحقیق و بررسی در آن بپردازند.

به طور کلی، مأموریت کاوشگرها صلح‌آمیزند و می‌توان آنها را به 7 گروه عمده به شرح زیر تقسیم کرد:

1- مطالعات اتمسفر و لایه‌های بالای جو: مطالعات هواشناسی و داده‌برداری از لایه‌های مختلف اتمسفر، بررسی شفق قطبی و غیره

2- اقلیم فضا: پرتوهای کیهانی، پرتو ایکس، ماورای بنفش، مادون قرمز و غیره

3- کیهان شناسی و اخترفیزیک: رصد خورشید،‌ بررسی کسوف و غیره

4- مطالعات زیست‌فضایی:پرتاب موجودات زنده (گربه، موش صحرایی، میمون و غیره)

5- توسعه زیرساخت‌های فضایی: فناوری ورود به جو، بازیابی، کنترل و ناوبری و غیره

6- آزمایش زیرسامانه‌های ماهواره و ماهواره‌بر

7- مطالعات جاذبه صفر و غیره

کاوشگر «پژوهش»، جدیدترین فضاپیما از طرح کاوشگرهای فضایی ایران بود.

پیش از این، پژوهشگران و محققان ایرانی توانسته‌اند در بازه سال‌های 1385 تا 1391، هفت کاوشگر تماماً ایرانی را با موفقیت به فضا پرتاب و آزمایش کنند.

عنوان	کاوشگر1	کاوشگر 2	کاوشگر 3	کاوشگر 4	کاوشگر 5	کاوشگر 6	کاوشگر پیشگام	کاوشگر پژوهش
رده	A	B	B	C	C	C	C	D
ارتفاع	10کیلومتر	40 کیلومتر	55 کیلومتر	135 کیلومتر	120 کیلومتر	120 کیلومتر	120 کیلومتر	120 کیلومتر
حامل	M5	N6	N6	K110	K110	K110	K110	شهاب1
دستاورد اصلی	ورودبه‌حوزه کاوشگرهای فضایی	موفقیت کامل و بازیابی سالم محموله فضایی	ورود به حوزه تحقیقات زیست فضایی	موفقیت کامل و بازیابی سالم محموله فضایی و شبیه‌ساز موجود زنده	اولین پرتاب میمون فضایی و دریافت تصاویرو داده‌های زیستی	موفقیت نسبی و ثبت و دریافت تصاویر و داده‌های زیستی و تعیین سریع مکان فرود محموله	موفقیت کامل و بازگشت سالم پیشگام، نخسیتن میمون فضایی ایران	موفقیت کامل و بازگشت سالم فرگام، دومین میمون فضایی ایران
زمان پرتاب	آبان 85	آذر 87	بهمن 88	اسفند 89	شهریور 90	شهریور 91	بهمن 91	آذر 92

این برنامه که با ارسال موجودات کوچک به فضا توسط کاوشگر 3 آغاز شد، با طراحی و ساخت کاوشگرهای کلاس S برای حامل‌های سوخت جامد شتاب گرفت و در مجموع، از این کلاس 4 محموله (کاوشگرهای 4، 5، 6 و پیشگام) پرتاب شد و از نتایج آن، بستری مناسب برای کسب تجربه، بهبود قابلیت اطمینان و ارتقای روش‌های آموزش و سازگارسازی موجود زنده با شرایط پرتاب فراهم آمد.

همچنین، در حوزه‌های مختلف، آزمون‌های متعددی صورت گرفت که ارمغان آن، بلوغ و تجربه مورد نیاز برای توسعه کاوشگر «پژوهش»، مطابق با استانداردهای فضایی بود.

در گام بعد، به منظور تطبیق بیشتر شرایط پروازی کاوشگر با یک محموله سرنشین‌دار و به طور مشخص کاهش شتاب مسیر رفت، اولین کاوشگر کلاس D (کاوشگر پژوهش) برای یکپارچه شدن با حامل سوخت مایع طراحی و ساخته شد.

این کاوشگر که تفاوت ساختاری و زیرسیستمی چندانی با کاوشگرهای کلاس C ندارد، می‌تواند مأموریت خود را مشابه کاوشگرهای پیشین ولی با شتاب برخاست کمتری به انجام رساند.

به این ترتیب، کیفیت پرواز موجود زنده بهبود یافته و استرس ناشی از شتاب موتور کاهش می‌یابد که برای حفظ سلامت موجود زنده اهمیت ویژه‌ای دارد.

دستاوردهای کلی کاوشگر «پژوهش»‌را می‌توان در سرفصل‌هایی جداگانه به شرح زیر بیان کرد:

- کسب تجربه یکپارچه‌سازی و پرتاب محموله با حامل سوخت مایع

- اثبات تکرارپذیری زیر سیستم‌های اصلی کاوشگر و افزایش قابلیت اطمینان

- استفاده از فناوری جاذب ضربه وارد به محموله برای بهبود شرایط پروازی موجود زنده

- ارتقای زیرسامانه‌های داده‌برداری از شرایط محیطی کپسول زیستی نظیر داده‌های صوتی و آکوستیک

جنبه علمی - اکتشافی	* سنجش اثر پرواز بر فیزیولوژی موجود زنده * شناخت ایرودینامیک ورود مجدد به جو * سنجش اثربخشی سپرهای حرارتی و عایق‌ها در ورود مجدد به جو
جنبه توسعه فناوری	* توسعه فناوری جاذب ضربه فرود * توسعه فناوری پشتیبانی و بازیابی موجود زنده
جنبه اثبات و نمایش فناوری	* اثبات فناوری سامانه جدایش * اثبات فناوری بازیابی محموله از ارتفاعات بالا
جنبه برنامه ای	* در راستای تحقق برنامه اعزام انسان به فضا * مدیریت انجام عملیات میدانی و خدمات لجستیکی * حرکت به سمت محموله‌های هوشمند با قابلیت خودنظارتی

* اهمیت تحقیقات زیست فضایی

«زیست‌شناسی فضایی» مفهومی اساسی از علوم حیاتی فضایی است که دانش‌های مختلفی چون فیزیولوژی، پزشکی و زیست‌شناسی را در برداشته و با علوم دیگری چون فیزیک، شیمی، مهندسی و نجوم در ارتباط است.

تحقیقات زیست‌فضایی می‌تواند پاسخگوی سؤال‌های ما در زمینه ارسال حیات به فضا باشد. انجام تحقیقات زیست‌فضایی که اغلب با استفاده از ایستگاه‌های فضایی، ماهواره‌ها و کاوشگرها امکان‌پذیر است، به طور عمده اهداف ذیل را دنبال می‌کند:

- کسب دانش فنی زنده نگه داشتن موجود در مسیر ارسال به فضا

- مطالعه تأثیر شرایط فضا (جاذبه ناچیز و پرتوهای کیهانی) بر موجودات زنده (فیزیولوژی)

-مطالعه تأثیر کاهش جاذبه بر رشد، شکل و عملکرد سلول (زیست‌شناسی سلولی و مولکولی)

- مطالعه تأثیر فضا بر فرآیندهای زیستی

- تأثیر جاذبه بر تکوین از ابتدای تکامل جنین تا مراحل پیشرفته چرخه زندگی (زیست‌شناسی تکوینی)

- استفاده از سلول‌ها برای تولید پروتئین‌ها و مولکول‌های ارزشمند (زیست‌فناوری و سامانه‌های پشتیبان حیات)

مطالعات زیست‌فضایی می‌تواند پاسخگوی سؤال‌هایی در خصوص نقش جاذبه در تشکیل و تکامل فرایندهای زوال زندگی روز زمین باشد و تأثیر شرایط کم‌وزنی را بر فرآیندهای زیست‌شناسی پایه، در سلول‌های گیاهی و جانوری، مشخص کند.

به طور تخصصی‌تر، زیست‌شناسی سلولی به مطالعه اثرات فضا و پروازهای فضایی در تراز سلولی می‌پردازد.

پاسخ به این سؤال‌ها که «آیا جاذبه به صورت مستقیم بر سلول‌ها اثر می‌گذارد یا اثرات مختلف عملکردی آن، ناشی از مکانیسم مبادله گازها، همرفت و انتقال گرمایی یا فیزیک خاص سیالات در شرایط کم‌وزنی و بی‌وزنی است؟»، از جمله موضوعاتی است که امروزه متخصصان زیست‌پزشکی فضایی آن را دنبال می‌کنند.

از این رو، مطالعات زیست‌شناسی فضایی طی دهه‌های اخیر از 2 جنبه برای محققان حائز اهمیت شده است:

نخست‌ اینکه برای فرستادن انسان به فضا و انجام مأموریت‌های فضایی طولانی مدت، ‌باید تأثیر و میزان تغییر ارگانیسم‌های زیستی در فضا و مشکلاتی که فضانوردان پس از بازگشت به زمین با آن مواجه‌اند مشخص شود.

ارزیابی خطرات فضا برای فضانوردان و ارگانیسم‌های زنده، مستلزم مطالعه اثرات کوتاه‌مدت و درازمدت ناشی از قرارگیری در شرایط فضاست.

مثلاً، «چه محافظت‌هایی لازم است ریسک تغییرات ژنتیکی ناشی از پرتوهای یونیزه کننده را کاهش داد؟» یا اینکه «چه چیزی موجب پیشرفت کاهش توده استخوانی در فضا می‌شود و آیا امکان کنترل بیان ژن‌های آن وجود دارد یا خیر؟».

علاوه بر اثرات مزمن محیط خارج از جو و فضا، مراقبت‌های پزشکی فضانوردان نیز به ویژه در مأموریت‌های فضایی به ماه و مریخ مهم و ضروری است.

فهم چگونگی واکنش‌های سلامتی، چون ترمیم عضلات و استخوان‌ها و پاسخ‌های ایمنی بدن به عفونت‌ها و تأثیر مسافرت‌های فضایی بر واکنش بدن به داروها و آنتی‌بیوتیک‌ها نیز مسئله‌ای اساسی و مهم است.

دوم اینکه مطالعات زیست‌شناسی فضایی موجب افزایش دانش و فهم ما از نحوه عملکرد ارگانیسم‌ها و واکنش‌های اساسی زیست‌شناسی می‌شود.

توسعه دانش بشری در حوزه زیست‌فضایی دستاوردهای متعددی برای سفرهای فضایی در بر داشته است و نقش حیوانات به عنوان نخستین مسافران فضا بر کسی پوشیده نیست.

* نقش حیوانات و گیاهان در زیست شناسی فضایی

البته مطالعات زیستی در فضا منحصر به حضور حیوانات در فضا نیست و بخش زیادی از تحقیقات روی گیاهان، سلول‌ها و سایر ارگانیسم‌های زیستی صورت می‌پذیرد.

امروزه، توسعه داروهای نوین و تولید بافت‌های گیاهی مقاوم به تنش و بسیاری برنامه‌های متنوع دیگر، در دستور کار سازمان‌های فضایی کشورهای پیشرو این حوزه قرار دارد و کشورمان نیز در چند سال اخیر علاوه بر اعزام موجودات زنده به فضا، مطالعه و تحقیق را در این حوزه‌ها آغاز کرده است.

باید توجه داشت که اعزام موجود زنده به فضا تقلیدی محض از کشورهای پیشرو فضایی نیست و بی‌تردید نتایج مطالعات پیشین محققان دنیا مد نظر متخصصان کشور قرار می‌گیرد؛ اما همه درس آموخته‌های ذی‌قیمت فضایی به راحتی در اختیار علاقه‌مندان قرار ندارد و هر کشوری برای حضور در این عرصه به ناچار برنامه بومی خود را شکل می‌دهد.

تلاش دانشمندان متعهد کشورمان بر این است که استفاده از حیوانات را که در حق حیات با ما اشتراک دارند تنها به موارد ضروری منحصر کنند و این در حالی است که حتی در مواردی نیز با استفاده از شبیه‌ساز و تجهیزاتی مشابه، جایگزین‌های مناسبی برای حیوانات به کار برده‌آند. امید است با بسط دانش زیست‌فضایی گام‌های مناسبی در توسعه علمی کشور برداشته است.

* فضانوردان کاوشگر پژوهش

* انتخاب نوع حیوان

متخصصان کشور با بررسی منابع علمی و مرور تجربیات سایر کشورهای صاحب فناوری فضایی، میمون‌های ماکاک «Macaca Mulatta» از نژاد رزوس (Rhesus Macaque) را برای انجام مطالعات زیستی و عملکرد سیستم‌های فیزیولوژیک در فضا انتخاب کرده‌اند.

انتخاب حیوان مناسب در این مطالعات پیچیده اهمیت بسزایی دارد. موجودی که برای اعزام به فضا انتخاب می‌شود علاوه بر قابلیت تعلیم‌پذیری باید خصوصیات فیزیولوژیک نیز آن شباهت زیادی به انسان داشته باشد تا بتوان دانش کسب شده را به انسان تعمیم داد.

میمون‌ها از لحاظ فیزیولوژی، بسیار به انسان‌ها نزدیک هستند و به دلیل اینکه ابعاد بدن آنها در مقایسه با سایر حیوانات آزمایشگاهی (مانند جوندگان) بزرگ‌تراست، اتصال حسگرهای مختلف به بدن آنها برای ثبت و پایش علائم حیاتی و پارامترهای فیزیولوژیک در طول مأموریت فضایی آسان‌تر انجام می‌شود.

همچنین با توجه به شباهت‌های رفتاری، آناتومی بدن، به ویژه مغز و شباهت‌های متعدد ژنتیکی و همچنین تحمیل شرایط آب و هوایی گرم، برای این مطالعه، میمون «رزوس» انتخاب شد.

رعایت مسائل اخلاقی و حقوق حیوانات موضوع بسیار مهمی است که در این پروژه و طی مراحل مختلف آزمون‌های آزمایشگاهی، طبق استانداردهای اخلاقی بین‌المللی کار با حیوانات آزمایشگاهی، ‌مورد توجه پژوهشگران کشور قرار داشت.

* مشخصات عمومی میمون‌های «ماکاک»

میمون‌های «ماکاک» در اکثر نقاط جهان خصوصاً آفریقا و جنوب شرق آسیا یافت می‌شوند.

در حال حاضر 22گونه مختلف «ماکاک» شناسایی شده است که مشهورترین آنها «ماکاک رزوس» است که این گونه، معمولاً در آزمایش‌های زیست‌شناسی و رفتارشناختی به کار می‌رود.

رنگ بدن ماکاک رزوس که اغلب «میمون رزوس» نامیده می‌شود، قهوه‌ای یا خاکستری و رنگ صورت آن صورتی است.

میانگین قد جنس نر بالغ رزوس، 53سانتی‌متر و وزن آن 7/7 کیلوگرم است. میانگین قد جنس ماده بالغ نیز 47سانتی‌متر و وزن آن 3/5 کیلوگرم است و دم‌شان حدود 20 تا 23سانتی‌متر طول دارد.

* نامزدهای مأموریت فضایی

برای انجام تحقیقات زیست‌فضایی در کاوشگر «پژوهش»، 3 میمون با محدوده سنی، وزنی و ابعاد بدنی مشخص، متناسب با نوع مطالعه به نام‌های «فرگام»، «تُرنج» و «تُرنگ» ‌انتخاب شدند.