تم مقارنة التنقل عبر مركبة فضائية عبر السماء بالإبحار في سفينة في البحار المفتوحة أو قيادة مركبة في رحلة طويلة عبر البلاد. المقارنات ضرورية ، نظرًا لأن ملاحة المركبات الفضائية يتم إجراؤها عن طريق أخذ عينات صغيرة نسبيًا من الجنس البشري ، وعادة ما تنطوي المهمة على القيام بأشياء لم يتم القيام بها من قبل. أولئك منا الذين يجدون صعوبة في فهم خريطة الطريق هنا على الأرض يقفون في رهبة لما يمكن أن يحققه هؤلاء الملاحون السماويون.
حرفيا ، هذا هو علم الصواريخ.
بعبارات أبسط ، يستتبع التنقل في المركبة الفضائية تحديد مكان المركبة الفضائية وإبقائها في المسار الصحيح إلى الوجهة المطلوبة. ولكن ليس من السهل مجرد الانتقال من النقطة A (الأرض) إلى النقطة B (كوكب أو جسم آخر في نظامنا الشمسي.) هذه ليست مواقع ثابتة في الفضاء. يجب على الملاحين مواجهة تحديات حساب السرعات والتوجهات الدقيقة للأرض الدورية ، وجهة الهدف الدورية ، بالإضافة إلى مركبة فضائية متحركة ، بينما يسافر الجميع في نفس الوقت في مداراتهم الخاصة حول الشمس.
قارن كريس بوتس ، الذي ساعد في قيادة فرق الملاحة في رحلة استكشاف المريخ (MER) ، متطلبات الهدف المتمثلة في هبوط مركبة سبيريت روفر داخل فوهة محددة على كوكب المريخ بالقدرة على إطلاق كرة السلة من خلال طوق على بعد 9000 ميل. وقال: "ليس عليك فقط أن تصنع اللقطة بشكل مثالي دون أن تلمس الكرة الحافة ، ولكن يجب أن يكون التوقيت مثاليًا ، لذا عليك أن تصنع اللقطة تمامًا مثل صوت الطنان".
كان كين ويليامز رئيس فريق الملاحة لعودة بعثة ستاردست لعينات نقية من المذنب إلى الأرض. من أجل إعادة الدخول والهبوط بنجاح في موقع دقيق في ولاية يوتا ، كان على فريق الملاحة استهداف دخول كبسولة العودة إلى نقطة معينة في الغلاف الجوي للأرض في غضون ثمانية مائة درجة ، وهو إنجاز تمت مقارنته بضرب العين إبرة خياطة بقطعة من الخيط عبر الغرفة.
يعد التنقل ضروريًا لكل مهمة روبوتية ، وبينما يتوقف نجاح المهمة على مدى أداء فريق الملاحة ، إلا أنه لا يتم العثور على الملاحين عادةً في دائرة الضوء ، حيث يجلسون على خشبة المسرح في مؤتمر صحفي. عادة ما يتم حجزه لعلماء الرسالة والمصممين. يبدو أن الملاحين يعملون خلف الكواليس ، ويديرون الخنادق في إخفاء الهوية النسبي.
ولكن أتيحت لي الفرصة للتحدث مع بعض الملاحين في المركبات الفضائية ، وتعلم المزيد عن عملهم واكتشاف الصفات الفطرية لأولئك الذين يوجهون مركباتنا الفضائية إلى أماكن أبعد.
كان نيل موتينغر جزءًا من العديد من المهمات منذ أن بدأ العمل في مختبر الدفع النفاث في عام 1967. وقد ساعد في بعض المهام القمرية والكواكب المبكرة ، وطور بعض البرامج التي لا يزال يستخدمها الملاحون اليوم.
استمع إلى مقابلتي مع Mottinger في طبعة 21 أغسطس من 365 يومًا من علم الفلك بودكاست.
هناك العديد من التخصصات الفرعية المختلفة للملاحة الفضائية ، وأحد تخصصات Mottinger هو تحديد المدار. قال موتنجر ، الذي يعمل حاليًا مع بعثة استكشاف كوكب المريخ (MRO) ومهمة LCROSS القادمة (القمر القمري للرصد والاستشعار) إلى القمر: "تحديد المدار هو معرفة مكان المركبة الفضائية وأين تذهب". "يبدأ بالتنبؤ بالمسار الذي ستكون فيه المركبة الفضائية بعد الإطلاق مباشرة حتى تعرف شبكة الفضاء البعيد (DSN) مكان توجيه الهوائي وعلى أي تردد تتوقع الإشارة." يتكون DSN من شبكة من هوائيات الاتصالات في الفضاء البعيد شديدة الحساسية في ثلاثة مواقع: Goldstone ، كاليفورنيا ؛ مدريد اسبانيا؛ وكانبيرا ، أستراليا. يسمح الموضع الاستراتيجي بفارق 120 درجة تقريبًا على سطح الأرض بالمراقبة المستمرة للمركبات الفضائية أثناء دوران الأرض.
نظرًا لعدم وجود نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الفضاء الخارجي ، يقوم الملاحون بمعالجة بيانات التتبع الإشعاعي المستلمة من DSN لتحديد موقع وسرعة المركبة الفضائية. كما أنهم يستخدمون البيانات الضوئية ، حيث تلتقط المركبة الفضائية صورة لخلفية النجم للمساعدة في تحسين مسار المركبة الفضائية.
لسنوات عديدة ، عمل Mottinger مع مجموعة قدمت دعمًا للملاحة لإطلاق أكثر من 100 مركبة فضائية. قال موتينغر: "لم ألتصق بأي مهمة واحدة منذ إطلاقنا مباشرة في المهمة التالية". لكنه الآن يبقى في مهام أطول ويظل في مهمة MRO لفترة أفضل من ثلاث سنوات. يسعد موتنغر بالبيانات العلمية التي عادت إليها هذه المهمة. "علينا أن نقدم تنبؤات دقيقة عن المكان الذي ستكون فيه المركبة الفضائية. ثم يعرف المهندسون كيفية توجيه المركبات الفضائية حتى يتمكن العلماء من إبداء ملاحظاتهم ". "إذا قمنا بعملنا ، يمكن للعلماء رؤية انهيار أرضي على كوكب المريخ أو النظر إلى مناطق محددة على هذا الكوكب. إذا كانت توقعاتنا خاطئة ، يتم توجيه الكاميرات في الاتجاه الخاطئ. يعد التنقل جزءًا لا يتجزأ من العملية الكاملة لضمان نجاح المهمة ".
قال موتنغر إن المرء لا يفكر عادةً في الملاحين كعلماء ، فقط كوسيلة لتحقيق نهاية للعلماء للحصول على نتائج. ومع ذلك ، تأتي المنتجات الثانوية العلمية أحيانًا من التنقل. كان المثال الأكثر شهرة يتعلق بمهمة فوييجر عندما اكتشف الملاح ليندا مورابيتو بركانًا على قمر المشتري أيو من النظر إلى صور الملاحة الضوئية. في مهمات Lunar Orbiter ، أدرك الملاحون وجود تركيزات كبيرة من الكتلة ، (تسمى الآن الماسكون) تحت سطح القمر والتي كانت تسرع المركبات الفضائية في المدار.
بالإضافة إلى ذلك ، تحسن العلم المستخدم في الملاحة بشكل كبير على مر السنين. قال موتينغر "عندما تنظر إلى أنواع الأشياء التي لم نفهمها عندما بدأت لأول مرة مقابل ما نعرفه الآن ، فهذا أمر ساحق". على سبيل المثال ، يمكن للملاحين الآن إنشاء نماذج دقيقة جدًا للضغط الشمسي - كيف تدفع جزيئات ضوء الشمس ضد المركبة الفضائية وتغير مسارها - والذي لا يشمل فقط كيفية انعكاس ضوء الشمس من الأسطح المختلفة للمركبة الفضائية ، ولكن أيضًا إعادة إشعاع الطاقة الممتصة بواسطة الألواح الشمسية وتشع من الجانب الخلفي.
بالإضافة إلى ephemerides ، فإن ملاحات الجداول التي يستخدمها للحصول على مواقع الأشياء الفلكية ، قد تحسنت أيضًا في الدقة على مر السنين. قال موتينغر "إن الشيطان يكمن في التفاصيل". "أصبح التنقل لعبة دقيقة للغاية."
مثل العديد ممن يعملون في JPL ، يستمتع Mottinger بالتحدث إلى المدارس أو المجموعات المجتمعية لمشاركة الإثارة والاكتشافات الأخيرة لاستكشاف الفضاء. وقال "من المهم أن نكون هناك لنخبر رسالتنا لجعل الناس متحمسين لما نقوم به." ويحق للجمهور أن يكون متحمسًا لأنهم يدفعون الفاتورة ".
قبل عدة سنوات ، عاد موتينغر إلى مسقط رأسه في أوسويغو ، إلينوي للتحدث مع الطلاب حول وظيفته كملاح. كان يجلس في الفصل الدراسي كريس بوتس الشاب ، الذي قرر أن الملاحة في المركبات الفضائية هي المهنة التي أرادها. بوتس ، الذي يعمل في مختبر الدفع النفاث منذ عام 1984 ، كان نائب رئيس فريق الملاحة لشركة MER ويعمل الآن مع بعثة Dawn التي في طريقها إلى مدار كويكبين ، Ceres و Vesta.
تخصص بوتس هو التحكم في مسار الرحلة. يتضمن هذا إطلاق نظام الدفع لتغيير سرعة أو مسار المركبة الفضائية ، والمعروفة باسم مناورات تصحيح المسار (TCM). قال بوتس: "هذا يشمل فهم قدرات التحكم في المركبة الفضائية وتحديد أي قيود". "أنت تحدد متى ستطلق نظام الدفع ، وعدد المرات والهدف من كل مناورة. عليك أيضًا تقييم متطلبات التسليم ، للتأكد من أنه يمكنك الهبوط داخل حفرة على كوكب المريخ ، على سبيل المثال ، وتقليل المخاطر على طول الطريق. "
جانب التصميم هو الجزء المفضل لدى بوتس من الوظيفة. قال: "أنت تحاول تطوير استراتيجية تجمع كل القطع معًا". "عليك التحدث مع علماء المهمة وفهم متطلباتهم ، ومن ثم معرفة ما يمكن أن تفعله المركبة الفضائية. إنه مثل الأشخاص الذين لديهم سيارة قديمة وكانوا حولها لفترة طويلة ، وهم يعرفون كيفية تحقيق أقصى استفادة من تلك السيارة. إن الاستفادة من ما تقوم به المركبة الفضائية بشكل جيد والعمل على تجاوز حدودها يصب في تصميم استراتيجية تجمعها كلها معًا لجعلها تعمل. "
يتضمن الكثير من أعمال بوتس المحاكاة والاختبار. وقال "نرى كيف تتصرف المركبة الفضائية ، ونجرب استراتيجيات مختلفة لتحسينها من أجل وضعنا". "يحتوي قسم التنقل على" مجموعة أدوات "كاملة من البرامج التي يمكننا استخدامها".
تستخدم مركبة الفضاء دون محرك أيوني ، وهذه هي المرة الأولى التي يعمل فيها بوتس مع نظام دفع منخفض. وقال "إنها مهمة مختلفة تماما". "إن المخاوف تختلف قليلاً عن المهام الأخرى لأن التوجه يتسم بالكفاءة. أحد الأشياء التي تقلقك هو عدم توفر الوقت الكافي لإجراء أي تصحيحات مطلوبة. على الرغم من أن الدفع منخفض ، إلا أنه بمرور الوقت يؤدي إلى تغيير في السرعة تمامًا وأنت تقوم دائمًا بتصميم المسارات وتغيير الأوامر للتأكد من أن المحرك الأيوني يعمل في الاتجاه الصحيح. إذا كان هناك أي نوع من أخطاء المركبات الفضائية أو الفواق على طول الطريق ، فيجب عليك التدافع ، وقد يلزم نقل بعض الأحداث المستقبلية. " سيصل الفجر إلى فيستا عام 2011.
يتمتع بوتس بكونه جزءًا من إثارة جميع المهام المختلفة في مختبر الدفع النفاث. قال: "أنا أستمتع حقًا بالعمل مع بعض الأشخاص الموهوبين والذكاء للغاية هنا ويمكنك بالتأكيد الشعور بالعاطفة للعمل الذي يقومون به". "في بعض الأحيان يمكن أن يكون ذلك مخيفًا ، لكنك تدرك أن كل شخص لديه موهبته الخاصة لتقديمها ، والجميع يساعدك على دفعك للقيام بأفضل ما لديك هنا. علينا القيام بمجموعة متنوعة من الأعمال المثيرة للاهتمام ، وهذا أمر صعب للغاية. لا يومين هي نفسها."
قال بوتس إن إحدى مكاسب وظيفته تتمثل في رؤية ثمار عمله تظهر في الاكتشافات العلمية. وقال: "مع عودة عينة ستاردست ، فإن مشاهدة الكبسولة مباشرة حيث كان من المفترض أن تكون في يوتا كانت مجزية للغاية". "ولرؤية العلماء يضعون أيديهم على هذه البيانات ويبدأون في إجراء تحقيقاتهم ، فإنك تشعر بمدى سعادتهم وحماسهم للعمل أخيرًا على طموحاتهم مدى الحياة".
أعلن علماء ستاردست مؤخرًا عن العثور على حمض أميني ، وهو أحد لبنات الحياة ، في عينة عادت بها المركبة الفضائية إلى الأرض.
عمل كل من بوتس وموتنجر في مهمة ستاردست بقيادة كين ويليامز. عمل ويليامز في مختبر الدفع النفاث لعدة سنوات ، ولكنه يعمل حاليًا بواسطة KinetX ، وهي شركة هندسية خاصة متخصصة في تكنولوجيا الفضاء وتطوير البرمجيات. في الوقت الحالي ، يوفر KinetX دعمًا للملاحة لبعثة New Horizons إلى بلوتو ، بالإضافة إلى بعثة MESSENGER (ميركوري (بيئة كوكب سطح الأرض والجيوكيمياء) إلى ميركوري ، ويليامز هو رئيس فريق الملاحة في MESSENGER. على عكس Mottinger و Potts ، لم يشارك وليامز دائمًا في مهمات الفضاء ، وتطورت مسيرته في الملاحة من خلفية في الفيزياء. عمل في مختبر الفيزياء التطبيقية في جامعة جونز هوبكنز قبل قدومه للعمل في مختبر الدفع النفاث في عام 1994.
الجزء المفضل لدى وليامز في كونها ملاحًا هو العثور على مشاكل تقنية مثيرة للاهتمام وحلها. قال: "هذا هو ما يثير اهتمامي". "لدى MESSENGER بالتأكيد عدد من هؤلاء. طارنا بالأرض مرة واحدة ، فينوس مرتين وعطارد مرتين. سيتعين علينا أن نسافر على متن ميركوري مرة أخرى قبل أن نذهب أخيراً إلى المدار في اللقاء الرابع. يعد العثور على مسار ينفذ كل هذه الأشياء بنجاح مشكلة فنية مثيرة للاهتمام ويسعدني جدًا أن أشارك فيها. علينا أن نأخذ في الاعتبار جميع أنواع القيود أيضًا ، مثل إبقاء المركبة الفضائية موجهة بعيدًا عن الشمس حتى لا ترتفع درجة حرارة المكونات ".
كرئيس لفريق ملاحة ، ينسق ويليامز جميع التخصصات الفرعية لتحديد المدار ، والتحكم في مسار الرحلة ، والملاحة البصرية جنبًا إلى جنب مع احتياجات علماء البعثة من حيث الملاحظات عندما يواجهون كوكبًا أو مذنبًا.
يستمتع ويليامز أيضًا ببهجة كونه في خضم الحركة في مهمات فضائية مهمة. وقال "أفترض أن الأمر أشبه بالمعركة ، أو في مباراة كرة سلة أو كرة قدم". "تشعر بالإثارة لرؤية الأحداث تتكشف ، والرد على أي حالات شاذة أو مفاجآت تظهر. وعندما يتم كل شيء ، يكون لديك شعور هائل بالرضا ".
تبرز تجاربه مع عودة ستاردست إلى الأرض كمكان بارز. وقال: "إن تنسيق كل هذا الجهد وإسقاط المركبة الفضائية بنجاح ربما كانت أكثر تجربة مجزية طوال الوقت الذي كنت فيه في مختبر الدفع النفاث". "في كل مهمة عملت فيها تقريبًا كان هناك وقت تشعر فيه بالنشوة حول وجود المركبة الفضائية في المكان المناسب في الوقت المناسب. هذا شعور جيد. "
على الرغم من أن مغادرة JPL كان قرارًا صعبًا ، إلا أن ويليامز يتمتع بخبراته في شركة خاصة. وقال: "كان من السهل البقاء في مختبر الدفع النفاث ويكون ما يسمونه" greybeard من حيث الخبرة ، ولكن بعد Stardust ، أحببت التحدي المتمثل في قيادة فريق ملاحة والنمو في المجالات التقنية. "اعتقدت أنه ستكون هناك فرصة أفضل للقيام بذلك مع فريق صغير في شركة صغيرة ، وأعتقد أن KinetX كان مكانًا جيدًا لتحقيق ذلك."
العكس تمامًا من "greybeard" هو الملاح Emily Gist. تعمل في مختبر الدفع النفاث لمدة 4 سنوات وهي جزء من فريق الملاحة لمهمة كاسيني في زحل. مثل بوتس ، تعمل في التحكم في مسار الرحلة ، مما يساعد على تخطيط المسار وتقدير الوضع المستقبلي للمركبة الفضائية ، والتحكم في التصحيحات المطلوبة لتحقيق أهداف المهمة.
تشعر بارتياح كبير لأنها تعلم أنها تساعد على تسهيل الاستكشاف. وقالت: "النظام الزحل أكثر جمالا مما كان يتخيله الآخرون وأكثر تنوعا مما كان معروفا من قبل". "المعلومات التي قدمتها كاسيني قد نارتنا جميعاً. وبشكل أكثر تحديدًا ، أحب مقدار ما أتعلمه كل يوم في مختبر الدفع النفاث وأعمل في مهمة كاسيني ".
كجزء من "الجيل التالي" من الملاحين ، تتمتع Gist بالبيئة الصعبة التي توفرها شركة JPL. وقالت "لقد أجرينا اختبار الاستعداد للعمليات في كاسيني حيث تم اختبار الفريق لمعرفة كيف سنرد على فشل أو عطل في المركبة الفضائية في بيئة عملياتية". "لم يكن كبار المهندسين يلعبون ، لذا كان على الجيل الجديد اكتشاف ذلك بمفردنا وقمنا بعمل ممتاز. لقد جعلني فخورًا بجميع الأشخاص الذين أعمل معهم. إنهم حقا موهوبون ".
قالت جيست أن الجنس لم يكن قط مشكلة في وظيفتها كملاح. وقالت: "لدى JPL طاقم عمل متنوع بشكل رائع ، وبينما لا يوجد الكثير من الملاحات ، إلا أننا لا نتعامل بشكل مختلف". "أنا متحيز جدًا ، لكنني أعتقد أن ما نفتقر إليه في الكمية نعوضه في الجودة. أنا أعمل مع بعض النساء الرائعات. "
"بالإضافة إلى ذلك ، أشعر بأنني محظوظ لأنني أعيش في وقت ومجتمع حيث يمكن للمرء أن يجد ما يريد القيام به بغض النظر عن نوع الجنس ويفعل ذلك بأفضل ما في وسعه. أحب أن أكون مهندسة وما أحاول أن أنقله إلى الشابات هو أنهن يمكنهن أن يحبن أي شيء يريدنه ، حتى لو كان الرياضيات والعلم ، دون خوف من أن تكون وظيفة أقل أنوثة ".
كان أصعب سؤال يجيب عليه كل الملاحين هو ما إذا كان لديهم الجزء الأقل تفضيلاً من الوظيفة. واستشهدوا بالمشكلات المعتادة في أي وظيفة: عدم وجود وقت كاف وكثير من الأوراق. ويأتي الضغط مع الوظيفة. قال بوتس: "المواعيد النهائية ، وخاصة العمل في مختبر الدفع النفاث ، حقيقية للغاية". "إذا لم تكن مستعدًا لحدث مهم في المهمة ، فلن تحصل عادةً على فرصة ثانية. هناك الكثير من المهام لإنجاز عملك بشكل صحيح ".
لكن جميع الملاحين شددوا على أهمية جانب الفريق في عملهم. قال موتينغر "إنك تبحث عن الجودة المتأصلة في الفريق". "كان لدي مدير مشروع قال إن الفريق يمسك أخطاء بعضنا البعض وأن الكل أكبر من مجموع الأجزاء. كل شيء يتم بروح من الصداقة ، ولا يوجد شيء مثل سؤال غبي ".
لكن البحث عن الأضواء الفردية لا يبدو في مكياج الملاح.
قال بوتس: "أنا مرتاح للعمل خلف الكواليس أكثر من إجراء مقابلة". "عندما أعرف أنني قمت بعملي ، وساهمت في نجاح المهمة ، فهذا يكفي بالنسبة لي."
وأضاف جيست "أنا بخير مع عملي من وراء الكواليس". "ولكن عندما أفكر في العمل الذي قام به المهندسون أمامي ومن حولي أشعر أحيانًا أنهم يجب أن يحصلوا على مزيد من التقدير".
يشعر ويليامز بشكل عام أن مجال الملاحة نفسه يجب أن يحصل على مزيد من التقدير. وقال: "أعتقد أن العلماء والأشخاص الذين يقومون بأنظمة أجهزة بحتة يستهينون بصعوبة ما يتعين على الملاحين القيام به". "سيكون من الجيد إذا حصلنا على اعتراف أكبر من أقراننا فقط من حيث قدرتنا على التأثير في كيفية التخطيط للبعثات وتصميمها لتبدأ بحيث يمكن معالجة مشكلات التنقل قبل الإطلاق وعدم تركها لنا للتعامل معها بعد إطلاق. أشعر بقوة أكبر تجاه ذلك من أي اعتراف بإنجازاتي الخاصة ".
قال ويليامز إن ما يفعله الملاحون هو أكثر من شكل فني. "لا يمكن اختزال مجموعة من الخوارزميات التي يمكن تخزينها على متن نظام طيران مثل الطاقة أو الدفع ، على سبيل المثال. إنه تكرير مستمر ".
وهل الملاحون منزعجون من ساعات العمل الطويلة والغريبة التي تتطلبها وظيفتهم؟ قال موتنجر: "لا ، لن أستبدلها بأي شيء. لا يوجد شيء آخر مثل ذلك ".
