برترین مطلب این هفته ی سایت

رونمايي از نسخه جديد ايروسنتر

با تلاش چندين روزه و شبانه روزي همكاران فني در ايروسنتر ، نسخه اسكريپت انجمن ساز قدرتمند VBulletin سايت ايروسنتر به روزساني و بهينه سازي گرديد و به آخرين ورژن ارائه شده آپگريد شد، در اين نسخه جديد مشكلات قبلي برطرف گرديده و قابليت هاي جديدي نيز به سايت افزوده شده و خواهد شد اين پوسته نسخه جديد سايت پوسته ای در 4 رنگ جداگانه می باشد که برای صفحه های Retina و موبایل بهینه سازی شده است.

????? ?????: ?? 1 ?? 1 ?? 1
dqw
  1. SKY MAN ?????? ??
    SKY MAN

    رئیس سایت
    August 2007
    none
    7,234
    تعداد تشکر : 19,755
    Thanked 20,851 Times in 3,723 Posts
    ارسال هاي وبلاگ : 9

    hot پرواز گرانش صفر












    مقدمه


    بی‌وزنی احساسی است که فرد در حین سقوط آزاد بدون داشتن وزن ظاهری تجربه می‌کند. عبارت گرانش صفر اغلب به عنوان یک واژه مترادف با بی‌وزنی به کار می‌رود. بی‌‌وزنی در مدار در نتیجه حذف گرانش یا حتی کاهش قابل توجه آن نیست. در حقیقت شتاب ناشی از گرانش در ارتفاع صد کیلومتری نیز تنها سه درصد کمتر از مقدار آن بر روی سطح زمین است؛ به معنای دیگر، شخص ساکن در آن ارتفاع با نرخی تقریباً مشابه فرد نزدیک به زمین، شتاب سقوط می‌گیرد. بی‌وزنی در اصطلاح عام به حالتی اتلاق می‌شود که شخصی یا جرمی آزادانه سقوط کند؛ این حالت ممکن است در مدار، فضای ماورای جوّ (نواحی دوردست یک سیاره، ستاره یا اجرام عظیم دیگر)، یک هواپیما با مانوری منطبق بر یک مسیر پروازی سهموی خاص و یا دیگر روش‌ها و چارچوب‌های نامتعارف روی دهد.

    آنچه که انسان به عنوان وزن احساس می‌کند، واقعاً نیروی گرانشی که وی را به سمت مرکز زمین می‌کشد نیست؛ هرچند این عبارت، تعریف فنی وزن به شمار می‌رود. آنچه که ما به عنوان وزن حس می‌کنیم، در حقیقت نیروی عکس‌العمل عمودی زمین (یا هر سطح دیگری که روی آن قرار داریم) است که ما را به سمت بالا هل می‌دهد تا نیروی گرانش که باعث کشیده شدن به سمت پایین می‌شود را خنثی کند. این همان چیزی است که وزن ظاهری خوانده می‌شود. به عنوان مثال، قطعه فلزی که داخل یک ظرف قرار دارد، در صورت رها شدن ظرف به شکل سقوط آزاد بی‌وزنی را تجربه می‌کند. دلیل این پدیده آن است که هنگامی که قطعه و ظرف هر دو با سرعت یکسان به سمت پایین کشیده می‌شوند، هیچ نیرویی از جانب ته ظرف در مقابل نیروی گرانش به قطعه وارد نمی‌شود. در حالی که وقتی ظرف روی زمین ساکن است، نیروی گرانش پایین‌کشنده دقیقاً با نیروی وارده از ته ظرف، به همان اندازه و در جهت مخالف، خنثی می‌شود.

    از آنجا که می‌توان قطعه فلز‌ی ساکن بر روی زمین را تقریباً صلب فرض کرد، هر برش عرضی افقی قطعه نه تنها نیروی ناشی از گرانش را تجربه می‌کند بلکه وزن بخش‌های بالای خود را نیز تحمل می‌کند. در مورد یک شیء که از بالا آویخته شده و از زیر تکیه‌گاهی ندارد، فشار منفی یا گرادیان کشش وجود دارد؛ زیرا هر برش عرضی از جسم آویخته (مثلاً از یک ریسمان)، باید وزن بخش زیر خود را تحمل کند. بدین ترتیب، در بدن انسان نیز مرکز احساس وزن چنین گرادیان فشاری را حس می‌کند. به عنوان مثال، هنگام ایستادن بر روی یک پا، پای واقع بر روی زمین نیروی وزن تمامی بدن را حس خواهد کرد، در حالی‌که پای دیگر و هر دو بازو در معرض گرادیان‌های تنش وزن خود به سمت پایین کشیده می‌شوند.

    یک شخص به هنگام سقوط آزاد، وزن قابل‌ اندازه‌گیری خود را حس نمی‌کند؛ چرا که تمامی بخش‌های بدن وی به‌طور یکسان در حال شتاب‌گیری هستند. با استفاده از این ویژگی، می‌توان شرایطی را ایجاد کرد که شخص بتواند حالت بی‌وزنی را تجربه کند. اگر در شرایط عادی از یک ارتفاع پنج متری بپرید، حدود یک ثانیه طول می‌کشد تا به زمین برسید. در محیطی که گرانش آن یک درصد گرانش زمین است، طی همان ارتفاع حدود 10 ثانیه طول می‌کشد. اگر گرانش به یک میلیونیم گرانش زمین کاهش یابد، پرش از ارتفاع پنج متری تا رسیدن به سطح، 1000 ثانیه یا حدود 17 دقیقه به طول خواهد انجامید! این در حالی است که با توجه به قانون گرانش و رابطه گرانش با عکس مجذور فاصله، برای رسیدن به جایی که گرانش زمین به یک میلیونیم مقدار آن در سطح زمین کاهش یابد، باید 37/6 میلیون کیلومتر از زمین فاصله بگیریم (حدود 17 برابر دورتر از ماه!).

    تصور کنید در یک آسانسور روی باسکول قرار دارید. اگر آسانسور بدون شتاب حرکت کند، شما وزن عادی خود را می‌بینید. اگر آسانسور با شتاب به سمت بالا حرکت کند، وزن شما بیشتر از معمول نشان داده می‌شود. ولی اگر آسانسور با شتاب به پایین حرکت کند، وزن ظاهری شما کاهش می‌یابد. در صورتی که کابل آسانسور ناگهان پاره شود، شما برای چند لحظه سقوط آزاد و بی‌وزنی را تجربه خواهید کرد.





    در حال حاضر، استفاده از روش‌های گوناگون برای کم کردن وزن ظاهری و رسیدن به شرایط بی‌وزنی با اهداف تحقیقاتی و تجاری در سراسر جهان انجام می‌شود. از سوی دیگر، ایجاد شرایط گرانش صفر بر روی زمین، امری حیاتی برای آزمایش‌های مقدماتی فضایی است. این آزمایش‌ها می‌تواند در پیشبرد اهداف و موفقیت پروژه‌های فضایی نقش تعیین‌کننده‌ای را ایفا کند و دقت عملکرد تجهیزات مختلف را در سفرهای فضایی سرنشین‌دار و بدون سرنشین به میزان قابل‌توجهی بهبود بخشد. مطالعه حالت مواد و برهم‌کنش آنها در شرایط گرانش ناچیز، فرصتی است تا مرزهای علم گسترش یابد. این تحقیقات شامل بیوفناوری، علوم احتراق، فیزیک سیالات، فیزیک پایه و علم مواد می‌شود. در مقابل، هزینه صرف شده برای چنین آزمایش‌هایی در مقایسه با هزینه‌های سرسام‌آور سفرهای فضایی، با توجه به نتایج با ارزش آنها بسیار ناچیز است.

    روش‌های گوناگونی برای ایجاد بی‌وزنی بدون خروج از جوّ زمین وجود دارد. یکی از روش‌های کارآمد کاهش وزن، استفاده از پروازهای گرانش صفر است. در این نوع پروازها، شرایط بی‌وزنی با استفاده از هواپیما و طی مانورهای سهمی‌شکل ویژه‌ای حاصل می‌شود. پیش از پرواز، تغییرات لازم در فضای داخلی هواپیما را جهت انجام مناسب آزمایش‌ها اعمال می‌کنند. پروازهای گرانش صفر با توجه به هزینه، مدت زمان ایجاد شرایط بی‌وزنی در هر مانور، امکان انجام انواع آزمایش‌ها و دیگر ویژگی‌های منحصر به‌فرد، روش بسیار مؤثری برای ایجاد بی‌وزنی محسوب می‌شوند؛ به‌ویژه که با استفاده از آنها، حتی افراد عادی نیز می‌توانند شرایط بی‌وزنی را تجربه کنند.





    ایجاد بی‌وزنی و تأثیرات آن

    بسیاری از بازدیدکنندگان مراکز فضایی، سراغ اتاق ویژه‌ای را می‌گیرند که گرانش در آن با زدن دکمه‌ای ناگهان ناپدید شده و فضانوردان می‌توانند در محیط آن معلق شوند! حقیقت این است که گرانش زمین هیچ‌گاه از بین رفتنی نیست. برای کاهش وزن و در نهایت رسیدن به شرایط بی‌وزنی، باید به طریقی بر گرانش زمین غلبه کرد. تجربه بی‌وزنی در شرایط گرانش صفر و یا گرانش ناچیز حاصل می‌شود.




    گرانش صفر

    غالباً عبارت گرانش صفر یا گرانش کاهش‌یافته برای توصیف حالت بی‌وزنی استفاده می‌شود، اما در واقع، فرض صفر بودن گرانش از نظر علمی نادرست است. یک فضاپیما و محتویاتش توسط نیروی گرانش سیاره‌ای که به دور آن می‌چرخند، در مدار خود نگاه داشته می‌شوند و همگی تقریباً در معرض نیروی گرانش برابری قرار می‌گیرند.

    فلسفه باقی ماندن ماهواره‌ها در مدار این است که به دلیل چرخش آنها به دور زمین با سرعتی خاص، نیروی گریز از مرکز به آنها وارد می‌شود که این نیرو، نیروی گرانش زمین را خنثی می‌کند. از نظر فیزیکی، عبارت گرانش صفر برای توصیف شرایط سقوط آزاد درون وسایل فضایی واقع در مدار استفاده می‌شود. البته همان‌گونه که ذکر شد، گرانش همچنان در فضا وجود دارد و مانع از پرواز آزادانه ماهواره در فضای تهی بین‌‌سیاره‌ای می‌شود. سرعت مماسی بسیار زیاد ماهواره‌ها به آنها اجازه می‌دهد که با وجود کشش اجتناب‌پذیر به سوی میدان گرانش زمین، به پایین سقوط نکنند. بنابراین آنچه که ماهواره‌ها را بالای زمین نگه‌ می‌دارد، ناشی از فقدان گرانش نیست بلکه سرعت چرخش فضاپیماست.





    گرانش ناچیز

    عبارت گرانش ناچیز نیز در کنار گرانش صفر به کار می‌رود، چرا که بی‌وزنی در یک فضاپیما تمام و کمال نیست. دلیل خنثی نشدن کامل گرانش در حالت چرخش ماهواره در مدار زمین یا سفر یک فضاپیما را می‌توان موارد زیر ذکر کرد:

    • نیروی گرانش برای جرم واحد، به ازای هر سه متر افزایش ارتفاع تقریباً به میزان یک میکرونیوتن کاهش می‌یابد. اجسامی که جرم متمرکز یا نقطه‌ای ندارند، نیروی کشش متغیری به بخش‌های مختلفشان وارد می‌شود.
    • نیروی جانب مرکز در فضا‌پیمای واقع در مدار در بخش فوقانی بیشتر از قسمت‌های پایینی آن است.
    • اشیای رها شده در فضاپیما به سوی متراکم‌ترین بخش فضاپیما سقوط می‌کنند تا اینکه در نهایت سطوح فضاپیما را لمس کرده، حرکتشان متوقف شده و احساس وزن کنند.
    • در ارتفاع مداری شاتل فضایی یعنی 185 تا 1000 کیلومتر، هوا با وجود اینکه بسیار رقیق است، ولی همچنان باعث کاهش سرعت وسیله بر اثر اصطکاک می‌شود. از این نیروی پسآ، به عنوان وزن در راستای حرکت وسیله نام برده می‌شود. در ارتفاعات بالاتر از 1000 کیلومتر، این نیرو در مقایسه با اثر بادهای خورشیدی قابل صرفنظر کردن است.


    در سال 2003، علامت گرانش ناچیز به عنوان نشان رسمی مأموریت اس‌تی‌اس-107 شاتل فضایی مورد استفاده قرار گرفت؛ زیرا که این مأموریت فضایی به تحقیقات جاذبه ناچیز اختصاص داشت. در داخل فضاپیما، گرانش ناچیز ممکن است در مدت زمان‌های طولانی پس از رها شدن سفینه در فضا، به شرطی که نیروی پیشرانی اعمال نشود و فضاپیما در حال چرخش نباشد، روی دهد. این شرایط هنگامی که فضاپیما راکت‌های خود را روشن می‌کند و نیروی پیشران بر اثر خروج گازهای حاصل از احتراق به فضاپیما اعمال می‌شود، از بین می‌رود. در چنین شرایطی، گرانش ناشی از شتاب فضاپیما، همه چیز را به سمت نیروی پیشران پرتاب می‌کند.




    تأثیرات بی‌وزنی بر سلامت

    با آزمایش بر روی فضانوردانی که برای مدت زمان‌های طولانی در ایستگاه‌های فضایی زندگی کرده‌اند، به اثبات رسیده است که شرایط بی‌وزنی در بلندمدت می‌تواند برخی اثرات نامطلوب بر بدن و روان انسان داشته باشد. در حقیقت بدن آدمی با شرایط حاکم روی زمین تطابق کامل پیدا کرده است؛ از این رو، قرار گرفتن در حالت بی‌وزنی باعث تغییر در فعالیت فیزیولوژیکی بدن به صورت موقت یا بلندمدت می‌شود.

    شایع‌ترین حالتی که انسان در چند ساعت اولیه بی‌وزنی تجربه می‌کند، فضازدگی است. از علایم این بیماری می‌توان به حالت تهوع، سرگیجه، سردرد و بی‌حالی اشاره کرد که اولین بار توسط گرمن تیتوف کیهان‌نورد روس در سال 1961 گزارش شد. از آن تاریخ به بعد، تقریباً در مورد 45 درصد فضانوردان این حالت مشاهده شده است. مدت این بیماری در افراد گوناگون متفاوت است، اما معمولاً بیش از 72 ساعت به طول نمی‌انجامد و پس از آن، فرد به شرایط عادت می‌کند.

    در این میان، مهم‌ترین اثر نامطلوب قرارگیری بلندمدت در شرایط بی‌وزنی، تحلیل عضلانی و تضعیف اسکلت استخوانی بدن است که می‌توان آن را با انجام فعالیت‌های ورزشی ویژه در فضا کاهش داد. از دیگر تأثیرات مهم شرایط بی‌وزنی می‌توان به تغییر در توزیع مایعات در بدن، کاهش سرعت گردش خون، کاهش تولید گلبول‌های قرمز، از بین رفتن توازن بدن و کاهش قدرت تدافعی اشاره کرد. همچنین گرانش صفر اثرات نامطلوبی بر چشم فضانوردان می‌گذارد که از میان آنها می‌توان به تورم چشم و افزایش فشار داخل چشم در ساعات اولیه حضور در فضا اشاره کرد. بسیاری از اثرات سوء بی‌وزنی مشابه اثرات پیری است. بنابراین دانشمندان بر این عقیده‌اند که با بررسی شرایط بی‌وزنی می‌توان تأثیرات افزایش سن را شناسایی و در صورت امکان بهبود بخشید.

    روند تضعیف استخوان و کاهش روند استخوان‌سازی در بدن در شرایط گرانش صفر هنوز به طور دقیق شناخته نشده است. این فرایند در فضا بر روی تمام اندام‌ها به طور یکسان اثر نمی‌گذارد. حتی مشخص شده است که برخی استخوان‌ها در یک سفر فضایی ممکن است تقویت شوند. در واقع، استخوان‌هایی که بیشترین فشار ناشی از گرانش را تحمل می‌کنند، در معرض تضعیف بیشتری قرار دارند. یکی از دلایلی که جلوگیری از فرایند تحلیل رفتن استخوان‌ها را با مشکل مواجه می‌کند، افت محسوس فشار خون در پاها در شرایط گرانش صفر است.

    تحلیل رفتن استخوان‌ها اندکی پس از حضور فضانوردان در فضا آغاز می شود. شرایط ویژه‌ای چون گرانش صفر، نور کم و تجمع درصد بالای دی‌اکسیدکربن اثرات نامطلوبی بر اسکلت بدن دارد. در چنین شرایطی، نرخ کاهش وزن برخی استخوان‌ها در حدود یک تا دو درصد در ماه، یعنی شش برابر نرخ تحلیل استخوان‌ها در بدترین حالت بر روی زمین است. تاکنون تمام فضانوردان درصدی کاهش وزن استخوان را پس از بازگشت به زمین تجربه کرده‌اند. در یکی از وخیم‌ترین موارد، دیوید ولف پس از چهار ماه و نیم حضور در ایستگاه فضایی میر، 40 درصد از وزن عضلات و 12 درصد از وزن استخوان‌های خود را در برخی اندام‌‌ها از دست داده بود.

    در شرایط بی‌وزنی، تمهیدات ویژه‌ای مثل ورزش کردن، استفاده از دستگاه‌های ارتعاش‌دهنده اندام‌ها با فرکانس پایین و یا داروهای تقویت استخوان آزمایش شده است. در عین حال، تا هنگام کشف روشی مؤثر برای جلوگیری از تضعیف استخوان‌ها و تحلیل عضلانی، عملاً سفرهای بلندمدت سرنشین‌دار مانند سفر به مریخ میسر نخواهد بود. دانشمندان همچنین در تلاشند تا با به کارگیری روش‌هایی مانند چرخش فضاپیما به دور خود و یا استفاده از تجهیزات مکانیکی پیشرفته، نوعی گرانش مصنوعی در فضاپیما ایجاد کنند تا اثرات سوء بی‌وزنی بر بدن فضانوردان به حداقل برسد.




    روش‌های ایجاد بی‌وزنی



    به منظور بهره بردن از مزایای گوناگون محیط گرانش ناچیز، روش‌های مختلفی برای ایجاد این شرایط وجود دارد. محیط گرانش صفر افزون بر کاربردهای آموزشی و تجاری، برای انجام آزمایش‌های گوناگون، از آزمایش‌های فیزیولوژی بر روی بدن انسان گرفته تا تغییرات مولکولی در مایعات، استفاده می‌شود. مدت زمانی که لازم است تا این نمونه‌ها‌ در شرایط گرانش صفر قرار گیرند نیز از چند ثانیه تا چند سال ممکن است تغییر کند. زمان لازم برای انجام آزمایش یا فعالیت در شرایط گرانش ناچیز، محل و شیوه ایجاد بی‌وزنی را تعیین می‌کند؛ اگر این مدت زمان در حد چند ثانیه باشد، از برج‌ها و دالان‌های سقوط، هواپیمای گرانش صفر و یا بالون‌ها استفاده می‌شود. در مواردی که نمونه‌ها‌ باید زمان بیشتری را در حالت بی وزنی سپری کنند، آزمایش در راکت‌های کاوش، شاتل فضایی یا ایستگاه فضایی انجام می‌شود.

    به طور کلی، روش‌های ایجاد شرایط گرانش ناچیز را که با هدف کاربردهای تحقیقاتی و تجاری توسعه یافته‌اند، می‌توان به تسهیلات کاهش وزن زمینی، پرنده‌های هوایی و پرنده‌های فضایی دسته‌بندی کرد.




    تسهیلات کاهش وزن زمینی



    تسهیلات زمینی که توسط آنها امکان کاهش وزن برای مقاصد تحقیقاتی فراهم می‌شود، به دو دسته کلی برج‌ها و دالان‌های سقوط و تسهیلات شناوری خنثی تقسیم می‌شوند.



    الف) برج و دالان‌‌های سقوط

    ایجاد گرانش ناچیز بر سطح زمین تنها با قرار دادن اجسام در شرایط سقوط آزاد قابل دستیابی است. با استفاده از برج‌های سقوط می‌توان نمونه‌های آزمایش را برای چند ثانیه در شرایط بی‌وزنی قرار داد. این روش کم‌هزینه بیشتر برای آزمایش نمونه‌های تحت سرمایش و یا در حال جامد شدن استفاده می‌شود.



    تسهیلات تحقیقات گرانش صفر از سال 1966 توسط بخش آزمایش‌های فضایی مرکز تحقیقات جان گلن ناسا برای محققان علوم و کاربردهای گرانش ناچیز ناسا اداره می‌شود. این تسهیلات منحصر به‌فرد، نقش مهمی را در طراحی، توسعه و آزمایش سخت‌افزارهای پروازهای فضایی و همچنین چگونگی تعریف مأموریت‌های فضایی ناسا ایفا می‌کند. بخش‌های گوناگون این مرکز شامل برج سقوط دارای محفظه آزمایش، سامانه کنترل و داده‌برداری، دوربین‌های عکاسی، سامانه تأمین نیرو برای آزمایش‌ها و امکانات فیلمبرداری است. جدا از تحقیقات ناسا برای توسعه تجهیزات فضایی با کمترین هزینه، کاربردهای تجاری این برج در مواردی مانند آزمایش‌های مربوط به ذخیره سیالات برودتی، تحقیقات علوم پایه، امکان‌پذیری انجام آزمایش‌های گوناگون در شرایط گرانش ناچیز ایستگاه فضایی، طراحی و توسعه تجهیزات فضایی و تحقیق اثرات گرانش ناچیز بر پدیده‌های فیزیکی مانند احتراق، فیزیک سیالات، زیست‌فناوری و علم مواد انجام می‌شود.



    بازیافت کپسول سقوط پس از انجام آزمایش در تسهیلات برج سقوط





    نمای برج و دالان سقوط در مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا




    برج سقوط مرکز دارای یک محفظه سقوط خلاء بوده که در آن می‌توان وسیله مورد آزمایش را برای مسافت 132 متر، در حدود 18/5 ثانیه در حالت سقوط و بی‌وزنی قرار داد. در انتهای مسیر، نمونه آزمایش در تپه‌ای از ذرات پلی‌اسیترن فرو رفته و شتاب بازدارنده‌ای معادل g 65 را تجربه می‌کند. برای شروع آزمایش در برج‌های سقوط، تجهیزات آزمایش را در محفظه آزمایش استوانه‌ای‌شکل قرار می‌دهند و با مکش هوا در محفظه، خلاء ایجاد می‌کنند تا اثرات شتاب ناشی از نیروهای پسای ایرودینامیکی کاهش یابد. حین سقوط، دوربین‌های داخل محفظه تحولات را ضبط و داده‌های اندازه‌گیری‌شده در اختیار آزمایش‌کنندگان قرار می‌گیرد. در عین حال، از این فناوری نمی‌توان برای آزمایش بر روی انسان استفاده کرد، چرا که شتاب بازدارنده در انتهای مسیر مرگ‌آور خواهد بود. بیشترین شتابی را که یک انسان به طور آنی می‌تواند بدون آسیب تحمل کند، در حدود g 20 است. از دیگر کشورهایی که دارای تسهیلات سقوط آزاد هستند، می‌توان به ژاپن، فرانسه و آلمان اشاره کرد.

    مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما نیز دالان سقوطی به ارتفاع 105 متر و قطر 4/25 سانتیمتر دارد و می‌تواند سقوط آزادی 6/4 ثانیه‌ای را در شرایط نیمه‌خلاء فراهم سازد. برای آزمایش‌های جامدشوندگی مواد، ابتدا با بمباران الکترونی یا کوره الکترومغناطیس، نمونه را ذوب کرده و سپس در دالان رها می‌کنند.
    در ژاپن، یک لوله حفاری 490 متری تبدیل به یک دالان سقوط شده که شرایطی با گرانش 5-10 برابر گرانش زمین را برای 10 ثانیه فراهم می کند.





    ب) شناوری خنثی

    کاهش وزن را همچنین می‌توان با استفاده از شناوری خنثی شبیه‌سازی کرد. در این فناوری، انسان و تجهیزات در آب و در حالت شناوری قرار داده می‌شوند. ناسا در آزمایشگاه‌های خود از شناوری خنثی برای تحقیق و آزمایش در مورد فعالیت‌های بیرون از فضاپیما مثل راهپیمایی فضایی استفاده می‌کند. این روش یکی از شیوه‌های اصلی آموزش و آماده‌‌سازی فضانوردان برای حضور در شرایط بی‌وزنی در مأموریت‌های فضایی سرنشین‌دار است. در واقع، موفقیت در یک عملیات راهپیمایی فضایی تا حد زیادی به تمرین‌های پیش از پرتاب فضانوردان در شرایط بی‌وزنی به‌ویژه در آزمایشگاه‌های شناوری خنثی بستگی دارد. گرچه تمرین در استخرهای آب زمینی دو تفاوت عمده با شرایط بی‌وزنی در فضا دارد. اول اینکه در شناوری خنثی، فضانوردان در شرایط بی‌وزنی کامل نیستند و در لباس‌های ویژه، وزن خود را همچنان احساس می‌کنند. مورد دوم به نیروی پسای آب و مقاومت آن در برابر حرکت بازمی‌گردد که برخی فعالیت‌ها آسان‌تر و برخی را سخت‌تر می‌کند.



    تست نمونه اولیه مدول کلمب ایستگاه فضایی بین‌المللی در آزمایشگاه شناوری خنثی ناسا


    این آزمایش‌ها همچنین در آزمایشگاه سیستم‌های فضایی دانشگاه مریلند انجام می‌شود که تنها دانشگاه دارنده فناوری شناوری خنثی در جهان است. در برنامه‌های تجاری نیز که توسط شرکت اسپیس‌ادونچر با مسئولیت محدود عرضه می‌شود، علاقه‌مندان می‌توانند زیر نظر کارشناسان، چگونگی یک راهپیمایی فضایی را در استخرهای مخصوص تجربه کنند.





    پرنده‌های هوایی



    مهم‌ترین روش‌های ایجاد شرایط گرانش ناچیز بدون ورود به مرز فضا، به ویژه در مواردی که حضور انسان در محل آزمایش ضروری است، با استفاده از هواپیماها انجام می‌شود. در این میان، بالون‌های مخصوص هم برای شبیه‌سازی بی‌وزنی در حال توسعه هستند.



    الف) بالون‌های گرانش ناچیز

    در مرکز فضایی مارشال ناسا امکان استفاده از یک کپسول سقوط مجهز به پیشرانه که برای ایجاد شرایط گرانش صفر از یک بالون رها می‌شود نیز بررسی شده است. مطالعات تجربی نشان داده است که کپسولی که از ارتفاع 40 کیلومتری سطح زمین رها شود، می‌تواند در حدود 20 ثانیه شتابی معادل 3-10 برابر گرانش زمین را فراهم سازد. تحقیقات بعدی نشان داد که اگر کپسول مجهز به پیشرانه باشد، غلبه بر نیروی ناشی از پسای هوا باعث می‌شود تا شرایط گرانش ناچیز در کپسول به 6-10 برابر گرانش زمین برای مدت 50 ثانیه بهبود یابد. در نهایت کپسول با چتر بر زمین فرود می‌آید.



    شمایی از کار بالون‌های گرانش ناچیز






    ب) پروازهای گرانش صفر

    اگر برای انجام برخی آزمایش‌ها و فعالیت‌ها، قرارگیری در شرایط گرانش ناچیز در بازه‌های زمانی کوتاه‌مدت کافی باشد، پروازهای گرانش صفر به عنوان کارآمدترین روش پیشنهاد می‌شود. با به‌کارگیری هواپیما و انجام مانورهای ویژه‌ای می‌توان شرایط گرانش ناچیز را ایجاد کرد. این نوع کاهش وزن، پروازهای گرانش صفر خوانده می‌شوند. اگرچه هواپیماها نمی‌توانند شرایط گرانش ناچیز را به کیفیت برج‌ها و دالان‌های سقوط ایجاد کنند، مزیت آنها این است که آزمایش‌کنندگان می‌توانند خود به انجام آزمایش بپردازند.

    هواپیماهای ویژه پروازهای گرانش صفر، هواپیماهایی چون ایرباس A-300 و KC-135 بوئینگ هستند که در فضای داخلی آنها به منظور انجام آزمایش در شرایط بی‌وزنی، تغییرات لازم داده شده است. چنین پروازهایی 2 تا 3 ساعت به طول می انجامد.

    هواپیماهای گرانش صفر می‌توانند با انجام مانورهایی سهمی‌وار، شتاب گرانش را برای مدت کوتاهی به حداقل برسانند. در بخش سوم، این نوع پروازها به تفصیل شرح داده می‌شوند.





    پرنده‌های فضایی



    برای انجام آزمایش‌های بلندمدت باید به فضا سفر کرد. زمان بی‌وزنی بیشتر، به آزمایش‌کنندگان اجازه می‌دهد تا فرایندهای با سرعت واکنش کمتر و اثرات نامحسوس را بررسی کنند. فضاپیماها را می‌توان آزمایشگاه‌های مناسبی برای تحقیقات گرانش صفر محسوب کرد که در آنها محققان خود می‌توانند شخصاً به انجام آزمایش بپردازند. آزمایش‌هایی که تا حدود دو هفته به طول می‌انجامد را می‌توان در شاتل فضایی انجام داد. در ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز یک آزمایشگاه گرانش ناچیز منحصر به‌فرد ساخته شده است.



    الف) راکت‌های کاوش

    راکت‌های کاوش زیرمداری با طی مسیری سهمی‌وار قادر به ایجاد چند دقیقه سقوط آزاد و حالت بی‌وزنی هستند. شتاب در این حالت کمتر از 5-10 برابر گرانش زمین است. ناسا هم‌اکنون از بیش از 14 نوع متفاوت راکت کاوش برای تحقیقات گوناگون خود استفاده می‌کند. این راکت‌ها می‌توانند محموله‌هایی را تا ارتفاعی مابین 50 کیلومتر تا بیش از 1200 کیلومتر حمل کنند. مدت زمان بی‌وزنی در این راکت‌ها با توجه به عملکرد راکت ممکن است تا چند دقیقه طول بکشد. به عنوان مثال، راکت بلک برانت9 می‌تواند تا 7 دقیقه شرایط گرانش صفر را فراهم آورد. از دیگر راکت‌های معروف ناسا، می‌توان به راکت اسپار اشاره کرد که عموماً برای بررسی و تحقیق فیزیک سیالات، پخش مایعات و تجزیه الکتریکی استفاده می‌شود. این راکت می‌تواند محموله‌هایی با وزن 300 کیلوگرم را برای چهار تا شش دقیقه در شرایط بی وزنی قرار دهد. هزینه کم و امکان بازیافت محموله‌ها از مزایای این روش محسوب می‌شود.





    پروفیل پروازی راکت‌های گرانش ناچیز








    شمای راکت ویژه آزمایش‌های گرانش ناچیز




    ب) پرنده‌های آزاد

    مرکز پروازهای فضایی گودارد آمریکا مجموعه ماهواره‌های پرنده آزاد اسپارتان را اداره می‌کند. این نوع ماهواره‌ها می‌توانند محموله‌هایی را از چند روز تا یک سال در مدار تحت شرایط گرانش صفر قرار دهند. از دیگر پرنده‌های آزاد موجود می‌توان به ماهواره حامل قابل‌بازیافت اروپا (یورکا) متعلق به آژانس فضایی اروپا (ایسا) اشاره کرد که می‌توان آن را به عنوان یک سامانه حامل خودکار با شاتل به مدار حمل و سپس بازیافت نمود. یورکا یک فضاپیما با توانایی حضور بلندمدت در فضا (بین 6 تا 9 ماه) است که امکان تأمین نیرو، کنترل حرارتی و ارسال داده از محموله را نیز فراهم می‌کند. این فضاپیما، به هنگام پرواز آزاد از مرکز کنترل ایسا در آلمان هدایت می‌شود. این فضاپیما اولین پرواز خود را در ژوئیه 1992 با مأموریت اس‌تی‌اس-46 شاتل انجام داد و یک سال بعد با مأموریت اس‌تی‌اس-57 به زمین بازگردانده شد.



    ج) شاتل فضایی

    شاتل فضایی سابقه زیادی در پرتاب نمونه‌های آزمایشی حساس به گرانش به مدارهای کم‌ارتفاع زمین دارد. این آزمایش‌ها ممکن است بین چند روز تا دو هفته طول بکشد. معمولاً پیش از پرتاب شاتل، نمونه‌ها در پروازهای گرانش صفر هواپیمای KC-135 ناسا آزمایش می‌شوند.



    د) ایستگاه‌های فضایی

    آزمایش‌های طولانی‌مدت در شرایط گرانش ناچیز در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام می‌شود. در این ایستگاه‌ها، امکان دخالت مستقیم انسان در آزمایش نیز وجود دارد. تأثیر بلندمدت حضور در فضا و شرایط گرانش ناچیز را تنها بر روی فضانوردان خدمه ایستگاه می‌توان تحقیق کرد.
    در جدول 1، تسهیلات مختلف ایجاد بی‌وزنی مقایسه شده است.


    جدول 1: مقایسه تسهیلات گوناگون ایجادکننده شرایط گرانش ناچیز





    پرواز گرانش صفر



    پرواز گرانش صفر، که با عنوان پرواز سهموی یا خط سیر کپلری نیز شناخته می‌شود، پروازی است که با استفاده از هواپیماهایی خاص با اندکی تغییرات داخلی تحت پروفیل پروازی ویژه‌ای صورت می‌گیرد. این نوع پروازها در دهه 50 میلادی شناخته شدند. در آن زمان، خلبانان هواپیماهای جنگنده به تفاوت شرایط و سختی حرکت طی برخی مانورها پی برده بودند. به همین دلیل، برای امنیت بیشتر، حضور همزمان دو خلبان در پروازها به عنوان استاندارد مطرح شد. ظهور پروازهای فضایی سرنشین‌دار، به استفاده از پروازهای گرانش صفر پیش از پرتاب به منظور آشنایی فضانوردان با شرایط بی‌وزنی و چگونگی اقامت در ایستگاه‌های فضایی انجامید. این پروازها همچنین بهترین شرایط را برای آزمایش تجهیزاتی است که قرار است به ایستگاه فضایی پرتاب شود، فراهم می‌آورد.

    هواپیماهای گرانش صفر با انجام مانورهای سهموی قادرند حدود 20 تا 30 ثانیه حالت بی‌وزنی در داخل هواپیما ایجاد کنند تا دانشمندان بتوانند به تحقیقات و آزمایش‌هایی که امکان انجام آنها بر روی زمین نیست، بپردازند. در هر مانور، پیش از آغاز شرایط بی‌وزنی و پس از آن، شخص مدتی را در شرایط گرانش زیاد (5/1 تا 8/1 برابر شتاب جاذبه زمین) سپری می‌کند. خلبان یک هواپیمای گرانش صفر، تنها با بهره‌گیری از حس خود و ابزارهای دقیق متعارفی مانند شتاب‌سنج می‌تواند مانورهای ویژه پروازی را برای ایجاد شرایط گرانش صفر یا ناچیز انجام دهد.

    این نوع پرواز، تنها روش زیرمداری است که می‌توان تحت آنها، شرایط بی‌وزنی را به منظور انجام تحقیقات بر روی انسان، حتی در مورد افراد عادی که فضانورد نیستند، در راستای مطالعات فضایی و یا با اهداف تجاری ایجاد کرد.




    ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر‌ به‌فرد پرواز گرانش صفر



    پرواز گرانش صفر را می‌توان فرصتی ایده‌آل و کم‌هزینه برای تحقیقات و آزمایش‌های مقدماتی یک سفر بلندمدت فضایی و همچنین تجربه‌ای هیجان‌انگیز برای افراد عادی دانست. در حقیقت، پروازهای گرانش صفر تنها روش عملی تجربه شرایط بی‌وزنی برای انسان بدون حضور در فضاست. در طول این پروازها، شرکت‌کنندگان قادر خواهند بود حس گام برداشتن نیل آرمسترانگ بر روی سطح ماه را تجربه کنند. همچنین می‌توانند تجربه گام برداشتن بر روی مریخ را حتی پیش از آنکه انسانی روی این سیاره قدم گذاشته باشد، کسب کنند. اگرچه مدت بی‌وزنی در هر مانور نسبتاً کم است، ولی عموماً عملیات پروازی به تنها یک مانور ختم نمی‌شود. به عنوان مثال، عملیات پرواز گرانش صفر آژانس فضایی اروپا (ایسا) که با هواپیمای ایرباس A-300 انجام می‌شود، شامل سه پرواز (که معمولاً در سه روز انجام ‌می‌شود) هریک با 31 مانور سهمی‌گون است.

    زمینه‌های گوناگون تحقیقاتی که عموماً در پروازهای گرانش صفر مورد آزمایش و بررسی قرار می‌گیرد، شامل موارد زیر است:

    • مفاهیم فیزیک پایه: بررسی حرکت ذرات، فیزیک پلاسما، پدیده تراکم و غیره
    • علم مواد: مطالعه خواص ترموفیزیکی، شیمی‌فیزیک، مواد دانه‌ای و غیره؛ مانند آزمایش قالب‌ریزی و ساخت بتن در شرایط گرانش ناچیز با چشم‌انداز زندگی در مریخ
    • بیولوژی: تحقیق در مورد فیزیولوژی گیاهان و حیوانات، ویژگی سلول‌های انسانی و غیره
    • احتراق و دینامیک سیالات: مطالعه پدیده پاشش سوخت، تشکیل دوده، فرایند احتراق، تبخیر سوخت، انتقال حرارت، دینامیک قطرات، فرایند پخش و غیره
    • فیزیولوژی بدن: بررسی عملکرد سیستم گردش خون، سیستم تنفس، سیستم گوارش، سیستم اعصاب، سیستم حرکتی و غیره
    • فناوری: تست ابزارهای فضایی، تحقیق دوباره آزمایش‌های انجام گرفته در ایستگاه فضایی بین‌المللی، فناوری جدایش فازها، تجهیزات گوناگون فضانوردان، دستگاه‌های نشان‌دهنده وضعیت فضانوردان و غیره؛ مانند آزمایش ربات هدایت‌شونده ویژه فعالیت‌های مداری خارج از فضاپیما.


    از پروازهای گرانش صفر در صنعت فیلم‌سازی هم استفاده می‌شود؛ به عنوان مثال، نماهای بی‌وزنی در فیلم آپولو 13 و مجموعه فیلم‌های ماتریکس، در هواپیمای گرانش صفر فیلمبرداری شده است.




    هواپیماهای گرانش صفر

    تعدادی از هواپیماهایی که برای پروازهای گرانش صفر مورد استفاده قرار می‌گیرند، به شرح زیر هستند:




    هواپیمای KC-135 و DC-9 ناسا

    هواپیمای KC-135 گرانش صفر ناسا، که با عنوان شهاب مهوّع نیز خوانده می‌شود، شکل تغییریافته (بدون مخزن) هواپیماهای بوئینگ 707 (یک توربوجت چهار موتوره) است. پایگاه پروازی این هواپیماها در مرکز فضایی لیندون جانسون آمریکا قرار دارد. پروفیل پروازی این هواپیما به صورت منحنی‌های سهمی‌گون به مسافت 6 مایل همراه با صعود و شیرجه است، به طوری که نیروی پیشرانش هواپیما برابر با نیروی پسآی هوا باشد. در این حالت، شخص در داخل هواپیما حدود 25 ثانیه احساس بی‌وزنی می‌کند. نوعاً یک چنین عملیات پروازی شامل بیش از 40 مانور سهمی‌گون بوده و حدود دو ساعت به طول می‌انجامد.

    ناسا در راستای طرح فرصت‌های پروازی دانش‌آموزی گرانش کاهش‌یافته، جمعی از دانشجویان را برای پرواز با هواپیمای مکدانل داگلاس DC-9 تغییریافته خود (جایگزین جدید KC-135) با عنوان اعجوبه بی‌وزنی برگزید. این برنامه که از 1995 هر سال یک‌بار برگزار می‌شود، به گروه‌های دانشجویی امکان تحقیق، طراحی، ساخت، آزمایش و ارزیابی ایده‌های مرتبط با شرایط گرانش صفر را می‌دهد. سالانه حدود 50 گروه از میان صدها طرح پیشنهادی برای شرکت در پروازهای گرانش صفر دانش‌آموزی ناسا انتخاب می‌شوند.

    پس از انتخاب طرح‌های برگزیده، از گروه‌های پیشنهاددهنده دعوت می‌شود تا طرح‌های آزمایشی خود را با پرواز در هواپیمای گرانش صفر ناسا عملی کنند. بدین ترتیب هر گروه در هر پرواز، 32 مانور 18 تا 25 ثانیه‌ای فرصت دارد تا به آزمایش طرح‌های خود در شرایط گرانش ناچیز بپردازند. طرح‌های پیشنهادی توسط گروه‌های دانشجویی در چنین برنامه‌هایی، بیشتر در زمینه پیشرانش، هوانوردی، بیولوژی، داروسازی و مخابرات است. برنامه‌های گرانش صفر مشابهی توسط آژانس فضایی اروپا (ایسا) و سازمان فضایی ژاپن (جاکسا) و آژانس توسعه فناوری و علوم ملی تایلند نیز برای علاقه‌مند کردن دانش‌آموزان و دانشجویان به مباحث فضا دنبال می‌شود.




    هواپیمای ایلیوشین-76 (Ilyushin-76) آژانس فضایی روسیه



    هواپیمای تغییریافته IL-76 MDK به منظور ارائه خدمات تجاری پرواز گرانش صفر توسط آژانس فضایی روسیه استفاده می‌شود. این هواپیما به خاطر فضای داخلی بزرگ خود شهرت دارد و تنها 15 نفر برای هر پرواز انتخاب می‌شوند. از این رو، فضای زیادی برای هر فرد جهت تجربه بی‌وزنی وجود خواهد داشت. اگرچه IL-76 MDK برای راحتی مسافر طراحی نشده است، اما این دقیقاً همان هواپیمایی است که برای آموزش کیهان‌نوردان استفاده می‌شود. افراد سالم و با حداقل سن 16 سال، با هزینه‌ای معادل 6500 دلار می‌توانند در این نوع پروازهای شرکت کنند. شرکت اسپیس‌ادونچر پروازهای گرانش صفر خود را با اهداف تجاری با استفاده از هواپیمای IL-76 MDK انجام می‌دهد.



    - شرکت اسپیس ادونچر

    شرکت اسپیس‌ادونچر با مسئولیت محدود، شرکتی پیشرو در امور فضایی است که در 1998 توسط گروهی از متخصصان گردشگری و هوافضایی تأسیس شد. این شرکت خصوصی که دفتر مرکزی آن در واشنگتن آمریکا است، دفاتری در 50 شهر از جمله مسکو، توکیو و فلوریدا دارد. اسپیس‌ادونچر با طراحی مجموعه‌ای از مأموریت‌های فضایی موفق با سرمایه‌گذاری بخش خصوصی، به دنبال توسعه تجاری صنعت بهره‌برداری تجاری از فضا است. مجموعه فعالیت‌های فضایی این شرکت شامل پروازهای گرانش صفر، آموزش کیهان‌نوردان و همچنین پرتاب‌های فضایی است. اولین گردشگر فضایی، دنیس تیتو، به همراه دیگر گردشگران فضایی جهان، همه به لطف فعالیت‌های شرکت اسپیس‌ادونچر توانستند به آرزوی خود برای حضور در فضا دست یابند. این شرکت یکی از سرمایه‌گذاران اصلی شرکت زیرو-جی است. در سال 2005، اسپیس‌ادونچر از آغاز تحقیقات خود برای بررسی امکان پرتاب‌های تجاری به ماه خبر داد. برنامه‌های آموزشی- فضایی این شرکت عبارتند از:



    • گواهینامه پرواز مداری مقدماتی: در این برنامه دو هفته‌ای، آموزش‌های حضور در فضا شامل پروازهای گرانش صفر، تمرین در دستگاه گریز از مرکز، شناوری خنثی و آزمایش‌های پزشکی به شرکت‌کنندگان عرضه شده و در پایان، گواهینامه رسمی آژانس فضایی فدرال روسیه به افرادی که با موفقیت دوره را پشت سر بگذارند، اعطا می‌شود.
    • تجربه شبیه‌سازی سفر فضایی: در این دوره، شرکت‌کنندگان می‌توانند برخی شرایط و فعالیت‌های فضانوردان در فضا را مانند شرایط بی‌وزنی (با حضور در پروازهای گرانش صفر هواپیمای ایلیوشین-76) و راهپیمایی فضایی در یک لباس واقعی فضانوردی تجربه کنند. این شبیه‌سازی در مجموعه استارسیتی در نزدیکی مسکو، همان تسهیلاتی که کیهان‌نوردان و خلبانان نظامی در آن دوره‌های آموزشی تخصصی می‌گذرانند، انجام می‌شود از مسکو تا استارسیتی یک ساعت راه است و در گذشته، تسهیلاتی کاملاً سری حتی برای بخش اعظمی از نیروهای نظامی محسوب می‌شده است.



    برنامه‌های پروازهای فضایی اسپیس‌ادونچر نیز از قرار زیر است:


    • پروازهای زیرمداری: این برنامه شامل 90 دقیقه پرواز زیرمداری در سیستم ترابری زیرمداری اکسپلورر تا ارتفاع 100 کیلومتری سطح زمین است. با خاموش شدن موتورهای اکسپلورر در بالاترین ارتفاع، مسافران می‌توانند تا پنج دقیقه شرایط بی‌وزنی را تجربه کنند. شرکت‌کنندگان همچنین یک دوره چهار روزه آماده‌سازی پیش از پرواز خواهند گذراند.
    • پروازهای مداری: اسپیس ادونچر، تنها شرکت ارائه‌کننده پروازهای تجاری به ایستگاه فضایی بین‌المللی است. متقاضیان، در مرکز آموزش کیهان‌نوردی یوری گاگارین در استارسیتی روسیه آموزش‌های لازم فضانوردی را دیده و با فضاپیمای سایوز و فعالیت‌های گوناگون فضانوردان در ایستگاه فضایی آشنا می‌شوند. پس از انجام پرتاب‌های شبیه‌سازی شده و تأیید صلاحیت پروازی، مسافران از مرکز فضایی بایکونور به سوی ایستگاه پرتاب می‌شوند. بدین ترتیب، هر گردشگر فضایی می‌تواند هشت روز را در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کند و با سرعتی حدود 26720 کیلومتر در ساعت به دور زمین بچرخد.
    • برنامه کاوش در اعماق فضا (دی‌اس‌ئی): دی‌اس‌ئی-آلفا، اولین سری مأموریت‌های جدید کاوش در اعماق فضای شرکت اسپیس‌ادونچر است که با همکاری آژانس فضایی فدرال روسیه و شرکت فضایی- موشکی انرگیا قرار است تا سال 2011 به مرحله اجرا درآید. این برنامه شامل سفر به ماه با استفاده از فضاپیمای سایوز به خلبانی یک کیهان‌نورد روسی است که به شرکت‌کنندگان امکان تجربه شرایط بی‌وزنی، مشاهده زمین از فاصله 250،000 کیلومتری و دیدن ماه از نمایی بسیار نزدیک را خواهد داد.







    هواپیمای بوئینگ 727 شرکت زیرو گراویتی (زیرو-جی)



    شرکت زیرو-جی پس از ارزیابی‌های کارشناسانه، هواپیمای ترابری بوئینگ 200-727 را برای خدمات پروازی گرانش صفر خود برگزید. این هواپیما از میان هواپیماهای بوئینگ707، 737، 757 و دی‌سی-9 به دلیل برخی خصوصیات برتر از جمله موتورهای متصل به بدنه، دم تی‌شکل و انطباق با استانداردهای اداره هوانوردی فدرال آمریکا (اف‌ای‌ای) در مورد میزان تولید صدا انتخاب شد. مجموعه این عوامل، امکان پروازی نرم و آرام را حین مانورهای سهموی فراهم می‌سازد. بوئینگ 727 خود یکی از پرفروش‌ترین هواپیماهای تولیدشده توسط شرکت بوئینگ بوده است، به طوری که تعداد 1800 فروند از این هواپیما بین سال‌های 1962 تا 1984 در خطوط هوایی جهان به‌کار گرفته شد. بوئینگ 727 اولین جت سه‌موتوره استفاده‌شده در خطوط هوایی خصوصی است و طی 30 سال اول ظهور هواپیماهای جت مسافربری، مقام نخست فروش را داشته است. تولید این هواپیما بیش از 24 سال، از اوایل دهه 60 میلادی تا اوت 1984، ادامه داشت. به هنگام تحویل آخرین فروند 727 توسط شرکت بوئینگ، ناوگان متشکل از این هواپیما حدود 13 میلیون مسافر را در ماه جابجا می‌کرد. بوئینگ 727 نیز مانند دیگر هواپیماهای شرکت بوئینگ، با توجه به نیاز بازار به مرور تکامل یافت. پس از فروش 407 فروند از سری 100 این نوع هواپیما، سری 200سی با تغییر در درب جانبی اصلی وارد بازار شد. امروزه با گسترش پروازهای گرانش صفر در سطح جهان، بوئینگ 727 به عنوان هواپیمایی قابل‌اطمینان و با توانایی‌های بالا، جایگاهی دایمی را به خود اختصاص داده است.



    هواپیمای گرانش صفر شرکت زیرو-جی که به جی-فورس-وان شهرت یافته، دارای یک درب بزرگ ورود بار است و محفظه داخلی آن به طول 70 پا، فضای مناسبی را در اختیار مسافران برای انجام حرکات آکروباتیک قرار می‌دهد. شرکت زیرو-جی برای تجهیز و آماده‌سازی هواپیمای بوئینگ خود برای پروازهای گرانش صفر، با اف‌ای‌ای همکاری نزدیک داشته است. مهم‌ترین تغییر در بوئینگ 727، ارتقای سیستم هیدرولیک هواپیما بوده که در کنار افزودن شتاب‌سنج‌های ویژه در کابین خلبان، امکان استفاده پیوسته از فشار هیدرولیک را فراهم آورده است.



    پروفیل پروازی یک پرواز گرانش صفر شرکت زیرو-جی




    جی-فورس-وان، از نظر اندازه و ظرفیت تقریباً مشابه هواپیمای گرانش صفر KC-135 ناسا است. مشخصات پروازی آن نیز مشابه پروفیل پروازی KC-135 است. در عین حال، جی-فورس-وان یک هواپیمای تجاری و KC-135 یک هواپیمای نظامی است. موارد کاربرد پروازهای گرانش صفر شرکت زیرو-جی ممکن است تفریحی یا تحقیقاتی باشد.

    فضای داخلی جی-فورس-وان به دو بخش تقسیم می‌شود. بخش انتهایی هواپیما دارای صندلی و برای نشستن 30 مسافر و خدمه با رعایت استانداردهای اف‌ای‌ای (اکسیژن در مواقع اضطراری، نور هدایتگر خروج، ...) طراحی شده است. بخش جلوتر نیز با طول حدود 60 پا، بخش شناوری خوانده می‌شود. در پروازهای تجاری گرانش صفر، کف این بخش با لایه‌های 5/1 اینچی ویژه جذب ضربه مورد تأیید اف‌ای‌ای پوشانده می‌شود. اما در پروازهای تحقیقاتی و یا ویژه فیلمبرداری، تجهیزات مخصوص آزمایش یا فیلمبرداری در این بخش نصب می‌شود.

    شرکت زیرو-جی برای راحتی و انعطاف‌پذیری، از چارچوب‌های مخصوصی درون هواپیما استفاده می‌کند. چهار چارچوب دارای صندلی در عقب و هشت چارچوب با توجه به نیاز مشتری و نوع استفاده از پرواز گرانش صفر در جلو قرار داده می‌شود. شش دوربین ویدئویی نیز در کابین تعبیه شده تا تمام مراحل پرواز داخل هواپیما ضبط کنند. جی-فورس-وان می‌تواند در هر پرواز، 27 مسافر را برای تجربه بی‌وزنی همراه داشته باشد.



    - شرکت زیرو-جی

    شرکت آمریکایی زیرو گراویتی (زیرو-جی) در آمریکا، اولین و تنها شرکت تأییدشده توسط اداره هوانوردی فدرال آمریکا (اف‌ای‌ای) برای ارائه خدمات پرواز در حالت بی‌وزنی است. این شرکت، یک شرکت خصوصی پیشرو در بخش فضا و گردشگری فضایی است که در راستای گسترش و عمومی‌سازی استفاده از فضا فعالیت می‌کند. در حقیقت، هدف اصلی شرکت زیرو-جی فراهم آوردن امکان تجربه فضا برای همگان به طور ایمن، لذت‌بخش و ارزان است. پروازهای گرانش صفر شرکت زیرو-جی با عنوان تجربه زیرو-جی برای عموم از سپتامبر 2004 آغاز شد و این شرکت تاکنون بیش از 100 پرواز گرانش صفر با بیش از 2500 مسافر 12 تا 85 سال با موفقیت به انجام رسانده است. این پروازهای مشابه پروازهایی است که ناسا در چهل سال گذشته برای آموزش فضانوردان ترتیب داده است.

    یکی از شرکای تجاری شرکت زیرو-جی در پروژه پروازهای گرانش صفر، شرکت اَمریجت اینترنشنال در فورت لادردیل آمریکا است. پروازهای گرانش صفر زیرو-جی با هواپیمای جی-فورس-وان برای افراد عادی، صنایع فیلم‌سازی، موسسات تحقیقاتی- آموزشی و سازمان‌های دولتی انجام می‌شود. دفتر مرکزی شرکت زیرو-جی در فورت لادردیل فلوریدا قرار دارد.

    شرکت زیرو-جی با همکاری مراکز گوناگون به برگزاری پروازهای گرانش صفر برای معلمان و هیأت‌های علمی نیز اقدام کرده است. این برنامه‌ها با هدف علاقه‌مند کردن آموزگاران و به تبع آن، دانش‌آموزان و دانشجویان به مباحث فضا صورت گرفته است. شرکت‌کنندگان در هر پرواز گرانش صفر، به سه گروه تقسیم می‌شوند که هر گروه را یکی از مربیان زیرو-جی هدایت می کند.

    در آوریل سال 2007، شرکت زیرو-جی با همکاری اسپیس فلوریدا و شرکت شارپر ایمیج، برای فیزیکدان و کیهان‌شناس معروف، پروفسور استفان هاوکینگ امکان تجربه بی‌وزنی در هشت مانور سهموی پرواز گرانش صفر را فراهم کردند. این اقدام پس از اخذ گواهینامه اف‌ای‌ای برای انجام پرواز گرانش صفر ویژه معلولین صورت گرفت. زیرو-جی با انجام این پرواز عملاً ثابت کرد که امروزه همگان می‌توانند پروازهای گرانش صفر را تجربه کنند. شرکت زیرو-جی همچنین در این پرواز، دو صندلی نیز به مراکز خیریه اختصاص داد تا آنها را به مزایده گذاشته و درآمد آن را صرف امور خیریه کنند.



    استفان هاوکینگ در شرایط گرانش صفر




    اخیراً این شرکت رسماً پرتاب‌های تجاری منظم خود را از پایگاه هوایی فرودگاه بین‌المللی مک‌کارن آمریکا آغاز کرده است. هر پرواز گرانش صفر شرکت زیرو-جی، شامل 15 مانور سهموی در ارتفاع 24000 تا 34000 پایی بوده و تقریباً 90 دقیقه طول می‌کشد. از 15 مانور هر پرواز، دو مانور شبیه‌سازی محیط مریخ با یک‌سوم گرانش زمین، سه مانور شبیه‌سازی محیط ماه با یک‌ششم نیروی گرانش زمین و 10 مانور با گرانش صفر و بی‌وزنی کامل انجام می‌شود.



    پیش از پرواز گرانش صفر، جلسات آموزشی و تمرینی برای آشنایی فرد با شرایط بی‌وزنی و آمادگی او جهت جلوگیری از به وجود آمدن حالت تهوع حین پرواز برگزار می‌شود. شرکت زیرو-جی تلاش کرده است تا هزینه این نوع پروازها را برای عموم مردم به حداقل برساند. در حال حاضر، این هزینه برای هر پرواز به همراه آموزش‌های پیش‌پروازی، 2950 دلار است. در مقابل، شرکت‌های تجاری دیگر آمریکا که در روسیه خدمات پرواز گرانش صفر ارائه می‌دهند، برای یک تور چهار روزه 6500 تا 7000 دلار طلب می‌کنند. در حال حاضر، حداقل سن برای شرکت در برنامه‌های پروازی شرکت زیرو-جی، 12 سال است.

    فیلم کوتاه پرواز گرانش صفر شرکت زیرو-جی (حدود 2 مگابایت)





    هواپیمای ایرباس A-300 ایسا



    آژانس فضایی اروپا (ایسا) از سال 1997، با استفاده از هواپیمای تغییر داده شده ایرباس A-300 و با مشارکت شرکت دولتی نوواسپیس فرانسه به ارائه خدمات پروازهای گرانش صفر برای کاربردهای تحقیقاتی از فرودگاه بین‌المللی بوردو-مریگناک می‌پردازد. عملیات پروازی گرانش صفر ایسا شامل سه پرواز در سه روز پیاپی است که در هر یک حدود 30 مانور سهمی‌گون انجام می‌شود. در هر مانور نیز حدود 20 ثانیه شرایط گرانش صفر حاصل می‌شود. بدین ترتیب، مجموعاً می‌توان حدود 10 دقیقه حالت بی‌وزنی را در هر پرواز تجربه کرد.

    اولین پرواز گرانش صفر ایسا در سال 1984 با استفاده از هواپیمای KC-135 ناسا در هیوستون تگزاس انجام شد و تا مارس سال 2006، ایسا 43 عملیات پروازی گرانش صفر را ترتیب داده است. دیگر هواپیماهایی که ایسا در این نوع مأموریت‌ها استفاده می‌کند، Ilyushin Il-76 MDK روسیه، Caravelle فرانسه و Cessna Citation II هستند.

    ایسا اردوهای پرواز گرانش صفر خود را با حضور گروه‌هایی از دانشمندان سراسر اروپا برگزار می‌کند. در این برنامه، دانشمندان و محققان می‌توانند طی سه روز آزمایش‌های خود را در زمینه بی‌وزنی در هواپیمای ایرباس A300 به انجام برسانند. این پروازها به صورت سالانه برای گروه‌های دانشجویی نیز برگزار می‌شود تا بتوانند ضمن تجربه شرایط منحصربه‌فرد بی‌وزنی، آزمایش‌های پیشنهادی خود را نیز بررسی کنند. یکی از آزمایش‌های دانشجویان در این پروازها، در مورد خرچنگ‌ها انجام شده است؛ به این دلیل که ثابت شده است اندام تعادلی خرچنگ‌ها بسیار مشابه انسان و دیگر مهره‌داران بوده و با استفاده از ادوات ابتدایی می‌توان سیگنال‌های حرکتی آنها دریافت کرد و سپس نتایج را به رفتار حرکتی و تعادلی انسان در شرایط گرانش ناچیز تعمیم داد.







    مشخصات هواپیمای A-300 و مانورهای گرانش صفر آن


    برای آماده‌سازی یک هواپیما جهت انجام پروازهای گرانش صفر، باید تغییراتی در ساختار داخلی هواپیما داده شود. برخی از مشخصات اصلی هواپیمای A-300 ویژه پروازهای گرانش صفر که توسط ایسا و شرکت نوواسپیس فرانسه اداره می‌شود، به قرار زیر است:

    • نوع هواپیما: هواپیمای تغییریافته دو موتوره ایرباس A-300؛
    • وزن: حدود 145 تن؛
    • طول کل: 54 متر؛
    • دهانه بال: 44 متر؛
    • قطر بدنه: 64/5 متر؛
    • فضای کل داخلی: 300 متر مکعب؛
    • ابعاد محدوده در نظر گرفته برای آزمایش: 3/2×5×20 متر؛
    • فضای داخلی آزمایش: 230 متر مکعب؛
    • تعداد مسافر: 40 نفر؛
    • در دیواره‌ها، کف و سقف داخل هواپیما پوشش‌های ویژه برای جلوگیری از آسیب تعبیه می‌شود؛
    • فضای داخلی با لامپ‌های نئون پشت سر هم، روشن می‌شود؛
    • دارای شش درب خروجی که تنها دو درب برای استفاده در نظر گرفته می‌شود؛
    • ابعاد درب ورودی تجهیزات: ارتفاع 93/1 متر در پهنای 07/1 متر؛ تجهیزات با ابعاد بزرگتر باید قابل جدا کردن طراحی شوند.


    همان‌گونه که ذکر شد، پروازهای ایرباس A-300 گرانش صفر از فرودگاه بین‌المللی بوردو- مریگناک در فرانسه صورت می‌گیرد. اگر شرایط جوّی مساعد نباشد و یا هر مشکل دیگری روی دهد، ممکن است از فرودگاه‌های دیگری به عنوان جایگزین برای فرود هواپیما استفاده شود. این فرودگاه‌ها به همراه محدوده عملیاتی پروازی هواپیمای گرانش صفر در شکل نشان داده شده است.

    هواپیمای A-300 در هر پرواز خود، مجموعه‌ای شامل 31 مانور گرانش صفر را انجام می‌دهد که هر مانور سهمی‌گون از حالت پرواز افقی پایا در ارتفاع تقریبی 6000 متر و سرعت 810 کیلومتر بر ساعت با شتاب g 1 آغاز می‌شود. پس از آن، خلبان به تدریج دماغه هواپیما را بالا برده و شروع به صعود می‌کند. این فاز در حدود 20 ثانیه طول می‌کشد و به هواپیما شتابی معادل g 1/5 تا g 1/8 وارد می‌شود. در ارتفاع 7500 متری، هنگامی که هواپیما با زاویه‌ای حدود 47 درجه و سرعت 650 کیلومتر بر ساعت در حال صعود است، خلبان نیروی پیشران موتور را رفته رفته کاهش می‌دهد تا تنها نیروی پسآی هوا خنثی شود. در این حالت، هواپیما در حدود 20 ثانیه مسیر سهمی‌گونی را طی می‌کند که شرایط بی‌وزنی تحت آن حاصل می‌شود. نوک قله این سهمی تقریباً در ارتفاع 8500 متری واقع است و سرعت در این نقطه به 390 کیلومتر بر ساعت کاهش می‌یابد.

    در انتهای شرایط بی‌وزنی و در همان ارتفاع 7500 متری، هواپیما طی 20 ثانیه مانور خروج از منحنی سهموی را انجام می‌دهد. شتاب وارد شده به هواپیما در این حالت نیز g 1/8 است. در انتهای این مانور، هواپیما بار دیگر به شرایط پرواز افقی پایا در ارتفاع 6000 متری می‌رسد.

    بدین ترتیب، کل مانور حدود سه دقیقه شامل یک دقیقه فاز سهمی (20 ثانیه شتاب g 1/8 ابتدایی، 20 ثانیه شرایط بی‌وزنی و 20 ثانیه شتاب g 1/8 انتهایی) و دو دقیقه پرواز افقی پایا با شتاب g 1 قبل و بعد از مانور سهمی‌گون به طول می‌انجامد. سهمی‌گون‌ها در مجموعه‌های پنج‌تایی انجام می‌شود. بین هر مجموعه مانور، مدت زمان نسبتاً بیشتری (4، 5 یا 8 دقیقه) گنجانده می‌شود تا گروه تحقیقاتی در صورت لزوم بتواند شرایط آزمایش را دوباره مهیا کند. در طول پرواز، خلبان اطلاعات مربوط به هر مانور شامل زمان، زاویه، ورود و خروج به سهمی‌گون را به سرنشینان اعلام می‌کند.




    ایرباس A-300 گرانش صفر




    دید از کنار و بالای ایرباس A-300 گرانش صفر




    نمای محفظه آزمایش ایرباس A-300 گرانش صفر





    مقطع محفظه آزمایش ایرباس A-300 گرانش صفر و محل قرارگیری ریل‌ها




    محدوده عملیاتی پرواز گرانش صفر A-300 و فرودگاه‌های آن





    نمونه مانور سهمی‌گون پرواز گرانش صفر A-300 ایسا





    مجموعه مانورهای پرواز گرانش صفر A-300 در یک پرواز




    هواپیمای فالکون-20 آژانس فضایی کانادا

    آژانس فضایی کانادا نیز از در حدود دو دهه است که اقدام به انجام پروازهای گرانش صفر با استفاده از هواپیماهایی چون فالکون 20 می‌کند. اولین هواپیمای فالکون 20، در سال 1991 توسط آزمایشگاه تحقیقات پروازی شورای تحقیقات ملی کانادا برای این نوع مأموریت تجهیز شد و در سال 1993 این هواپیما اولین مانور گرانش صفر خود را انجام داد. پس از آن، آژانس فضایی کانادا استفاده از فالکون 20 را برای پروازهای گرانش صفر ادامه داد تا در نهایت طی توافقی با ناسا، هواپیمای گرانش صفر DC-9 مک‌دانل‌داگلاس را برای این منظور به کار گرفت.




    مانور پرواز گرانش صفر فالکون




    فالکون 20 یک جت تجاری است که در سیستم‌های هیدرولیک و سوخت‌رسانی آن جهت انجام مانورهای سهمی‌گون گرانش صفر تغییراتی داده شده است. مانور این هواپیما مطابق شکل در محدوده ارتفاعی بین 4000 تا 8000 متر انجام می‌شود. هر پرواز شامل چهار مانور سهمی‌گون است که مجموعاً 45 دقیقه طول می‌کشد و در هر مانور، امکان تجربه شتاب g 0/02 طی 15 تا 20 ثانیه وجود دارد.

    آژانس فضایی کانادا همچنین از پروازهای گرانش صفر هواپیماهای KC-135 ناسا و ایرباس A-300 برای اهداف تحقیقاتی استفاده می‌کند. به علاوه این سازمان در مقاطعی، از هواپیماهای دیگری چون DC-9 و T-33 نیز استفاده کرده است. مقایسه‌ای بین انواع هواپیماهای گرانش صفر آژانس فضایی کانادا در جدول 2 مشاهده می‌شود. در حال حاضر، هواپیماهای فالکون 20، DC-9 و T-33 دیگر برای پروازهای گرانش صفر استفاده نمی‌شوند.


    جدول 2: مقایسه هواپیماهای گرانش صفر به کار گرفته شده توسط آّژانس فضایی کانادا





    جمع‌بندی

    با بهره‌گیری از فناوری پروازهای گرانش صفر، می‌توان با صرف هزینه‌های نسبتاً کم (در مقایسه با هزینه‌های سرسام‌آور پروژه‌های فضایی)، گامی مؤثر در پیشبرد اهداف فضایی برداشت و به نوعی، مأموریت‌های پرهزینه فضایی را با اطمینان بیشتری انجام داد. دقت عملکرد تجهیزات فضایی، با آزمایش در پروازهای گرانش صفر پیش از پرتاب، به میزان قابل‌توجهی بهبود می‌یابد.

    از طرفی، علاوه بر انجام آزمایش‌های گوناگون در زمینه فناوری فضایی، از پروازهای گرانش صفر می‌توان بهره‌برداری تجاری نیز کرد. پروازهای گرانش صفر، بهترین و مناسب‌ترین راه ایجاد شرایط بی‌وزنی بر روی زمین است. مزیت این نوع پروازها این است که افراد عادی هم می‌توانند به راحتی و بدون صرف مبالغ هنگفت در آن شرکت کنند. تاکنون، کمتر از 500 انسان شانس حضور در فضا را داشته‌اند. بدین ترتیب، تا پیش از فعالیت شرکت‌هایی مانند شرکت زیرو-جی، تجربه پروازهای گرانش صفر برای عامه مردم یک آرزو محسوب می‌شد. فیزیک آنچه در پروازهای گرانش صفر برای ایجاد احساس بی‌وزنی رخ می‌دهد، دقیقاً مشابه پدیده پایین آمدن سریع آسانسور است. در این حالت، افراد در داخل محفظه ویژه هواپیما (که پوشش‌های خاصی در دیواره‌ها، کف و سقف آن به منظور جلوگیری از آسیب تعبیه شده است) برای حدود 25 ثانیه در هر مانور می‌توانند آزادانه به صورت معلق در آمده و حرکات آکروباتیک انجام دهند. در حال حاضر، پروازهای گرانش صفر در سطح جهان با هزینه‌ای در حدود 3000 تا 7000 دلار برای محققان علوم فضایی و افراد مشتاق ارائه می‌شود. پدیده بی‌وزنی، موضوع بسیار جذابی برای انسان است. افراد بسیاری علاقه‌مند هستند تا به طریقی بتوانند بخشی از آنچه فضانوردان با صرف هزینه‌های زیاد و آموزش‌های طاقت‌فرسا تجربه می‌کنند را به آسانی تجربه کنند.

    به علاوه، آماده‌سازی افراد و هواپیما برای انجام پرواز گرانش صفر آنچنان مشکل نیست. تغییراتی که باید در یک هواپیما ایجاد شود تا بتوان از آن در پروازهای گرانش صفر استفاده کرد، تنها محدود به تغییرات داخلی است تا فضای مناسب برای انجام آزمایش یا حرکات آکروباتیک مهیا شود. بدین ترتیب، با اختصاص هزینه‌های اندک جهت آماده‌سازی هواپیما و آموزش‌های لازم پیش از پرواز می‌توان درآمد خوبی از این پروازها کسب کرد. خوشبختانه در پروازهای گرانش صفر با رعایت نکات ایمنی می‌توان از هرگونه سانحه جلوگیری کرد، به طوری که طی 45 سال خدمات پرواز گرانش صفر ناسا و آژانس فضایی روسیه تاکنون هیچ واقعه ناگواری رخ نداده است. از این رو، شرکت در چنین برنامه‌هایی متقاضیان بسیاری دارد.

    برخی شرکت‌های برگزارکننده تورهای تفریحی نیز برای هرچه جذاب‌تر کردن برنامه‌های خود، از پروازهای گرانش صفر بهره می‌برند. برای مثال، شرکت ووییج کانسپت در تورهای خود به مقصد روسیه، امکان تجربه گرانش صفر در هواپیماهای بوئینگ 727 شرکت زیرو-جی حین پرواز به سوی کشور روسیه را نیز گنجانده است. حتی نهادهای هنری نیز نگاه ویژه‌ای به پروازهای گرانش صفر دارند. آنها چنین پروازهایی را واسطه‌ای میان علم، هنر، مذهب، اقتصاد و سیاست می‌دانند. قضیه تا آنجا پیش رفته است که کنسرسیومی بین‌المللی تحت عنوان کنسرسیوم هنری گرانش صفر با هدف افزایش علاقه‌مندی و دسترسی هنرمندان به فناوری فضایی و گرانش صفر با مشارکت بین‌المللی با سازمان‌های فضایی، نهادهای هنری و دانشگاه‌های پیشرو در این زمینه به وجود آمده است.

    بدین ترتیب، پروازهای گرانش صفر یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای ورود یک کشور به وادی فضا محسوب می‌شود. این پروازها با وجود کم‌هزینه بودن و سادگی در اصول اولیه و مانورها، هم از بُعد علمی و فناوری فضایی و هم از بُعد تجاری می‌توانند مفید واقع شوند.

    http://www.isa.ir/enc/components6.php?articleId=45

    .
    #1 ارسال شده در تاريخ January 2nd, 2010 در ساعت 19:30:06

  2. The Following 8 Users Say Thank You to SKY MAN For This Useful Post:

    Ali Pilot (January 2nd, 2010), Eshghe Parvaz (January 2nd, 2010), omnia001 (September 13th, 2010), orasess (January 2nd, 2010), AIPK (January 3rd, 2010), Real Flight (March 29th, 2010), Yasser_Maximus (April 10th, 2011), بهرام 0098 (January 2nd, 2010)

????? ????? ??? ?????

???? ??? ????? ? ??????

  • ??? ????????? ????? ????? ????? ????
  • ??? ????? ????? ???? ?? ??????
  • ??? ????????? ???? ????? ????.
  • ??? ????????? ??? ??? ??? ?? ?????? ????
  •  

Designed With Cooperation

Of Creatively & VBIran


Search Engine Friendly URLs by vBSEO 3.6.0