«فرگام» چگونه به مأموریت فضایی رفت

کد خبر: ۳۷۶۱۳۲

تاریخ: ۱۵ بهمن ۱۳۹۲ - ۱۲:۰۲

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.

پیشگام؛ اولین میمون ایرانی که به فضا پرتاب شد

* 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.

کاوشگر پیشگام

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.

پرتاب کاوشگر پیشگام

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.

پرتاب کاوشگر پژوهش

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.

ماکت برخی کاوشگرهای ایرانی

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.

جدول مشخصات 8 کاوشگر ایرانی

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

اهداف ماموریت کاوشگر پژوهش

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.

پیشگام؛ اولین میمون ایرانی که به فضا پرتاب شد

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.

پیشگام و فرگام؛ میمون‌های فضایی ایران

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.

* فرگام

جنس: نر

قد (از سر تا کف پا): 56 سانتی متر

وزن: 3 کیلوگرم

سن: 3 سال

* تُرنج

جنس: ماده

قد (از سر تا کف پا): 57 سانتی متر

وزن: 3.9 کیلوگرم

سن: 4 سال

* تُرنگ:

جنس: ماده

قد (از سر تا کف پا): 59 سانتی متر

وزن: 3.5 کیلوگرم

سن: 3 سال

* چالش‌های ارسال موجود زنده به فضای زیرمداری توسط کاوشگر

ارسال موجود زنده به فضای زیرمداری و برآوردن اهداف اصلی در مطالعات زیست‌فضایی توسط کاوشگرها با چالش‌های متعددی رو به روست که در ادامه به تفصیل شرح داده می‌شوند.

فرآیند پرتاب کاوشگر، فرایندی بسیار استرس‌زا و سخت برای حیوانات است، به نحوی که فشارها و استرس‌های ایجاد شده می‌تواند به روش‌های گوناگون، موجب مرگ جاندار شود.

بنابراین، باید به این نکته توجه داشت که مواجهه جاندار با شرایط پرتاب در مراحل مختلف و آموزش و سازگارسازی آن با این شرایط (به وسیله قرار دادن جاندار در شرایط شبیه‌سازی شده پرواز برای یک بازه زمانی طولانی) می‌تواند از شدت این استرس‌ها و تأثیرات منفی آن بر موجود زنده بکاهد.

* قرنطینه‌سازی

از آنجا که بعضی از بیماری‌ها بین انسان و میمون مشترک بوده و ابتلای میمون‌های انتخاب شده به بیماری‌های انگلی و ویروسی محتمل بود، برای حفظ ایمنی، میمون‌ها در مرحله نخست قرنطینه شده و آزمایش‌های مختلفی برای بررسی وجود بیماری‌های مختلف روی آنها انجام شد.

پس از پایان زمان قرنطینه‌سازی و اطمینان از سالم بودن، آزمایش‌های حساسیت‌زدایی و آماده سازی آنها برای برنامه فضایی آغاز گردید.

* آزمون‌های سازگاری و آماده‌سازی

اساسی‌ترین مسئله در مرحله آماده‌سازی میمون‌ها، مواجه ساختن جاندار با شرایط شبیه سازی شده پرتاب به منظور انتخاب سازگارترین جاندار است.

معیار سازگاری حیوانات، تطابق سریع آنها با شرایط مکانی جدید است. از جمله این شرایط می‌توان به عوامل استرس‌زای ناشی از پرتاب، تغییرات فیزیولوژیکی که باید برای قرار گرفتن در شرایط پرتاب در آنها روی دهد و قدرت و تحمل آنها اشاره کرد.

لائم حیاتی میمون‌ها مانند ضربان قلب، نوار قلب و نرخ تنفس در مراحل مختلف آزمون های سازگاری، اندازه‌گیری و ثبت شدند.

مطالعه فیزیولوژی سیستم قلبی- عروقی و تنفسی در شرایط استرس‌های محیطی ناشی از پرتاب بسیار حائز اهمیت است، بنابراین تغییرات هریک از این پارامترها، پیش و پس از سازگاری بررسی و تجزیه و تحلیل شد.

آزمون‌های سازگاری، با هدف مواجه و سازگار کردن جاندار با شرایط زیر صورت می‌گیرد:

- فضای محدود کپسول زیستی

- تکان‌ها و چرخش‌های کاوشگر

- شتاب و ارتعاش کاوشگر

- دستگاه‌های ثبت علائم حیاتی

پس از طی این فرآیند و آماده‌سازی‌ها در یک بازه مشخص، 3 میمون منتخب برای این ماموریت آماده پرتاب به فضای زیرمداری شدند.

* فناوری‌های کاوشگر

* ایرودینامیک و دینامیک پرواز کاوشگر

یکی از مسائل مهمی که در طراحی ایرودینامیکی کاوشگر مطرح است، تعیین پیکره‌بندی شامل قطر، طول، هندسه دماغه، ابعاد و هندسه بالک‌هاست.

شکل دماغه محموله در توزیع نیروی پسا و گرمایش ایرودینامیکی در رژیم مافوق صوت اهمیت بسزایی دارد.

از طرف دیگر، بازیابی کاوشگر حامل موجود زنده با توجه به تعریف مشخصات وزین و هندسی و سرعت بالای محموله در فاز بازگشت و همچنین احتمال وجود ناپایداری‌هایی در این فاز، با چالش‌های زیادی رو به روست.

از این رو، طراحی ایرودینامیکی و دینامیکی بدنه کاوشگر باید به گونه‌ای باشد که سرعت را در فاز ورود به جو غلیظ به تدریج کاهش دهد و از وارد آمدن نوسانات، شوک و ضربه ناخواسته به موجود زنده جلوگیری کند.

آزمون یکپارچه سازی الکترونیک در کاوشگر پژوهش

به منظور افزایش پایداری، بالک‌های پایدار کننده روی بدنه محموله کاوشگر تعبیه شده است. این سناریو و طرح محموله از نظر ملزومات طراحی کپسول زیستی و موجود زنده و برقراری پایداری مناسب، ویژگی‌های مطلوبی دارد.

* سازه

بدنه اصلی کاوشگر «پژوهش» (شامل بدنه سامانه بازیابی، سامانه خدمات و کپسول زیستی) به منظور تأمین فضای مناسب برای نصب تجهیزات طراحی شده است.

این سازه باید استحکام کافی در برابر نیروهای اعمالی را داشته باشد تا یکپارچگی خود را در کل مسیر پروازی حفظ کند.

از طرف دیگر، سازه باید بر اساس شرایط بارگذاری تا حد امکان سبک طراحی شود تا بتواند با نیروی پیشران موتور تا ارتفاع مورد نظر اوج گیرد.

برای ایجاد سطح ایرودینامیکی مناسب، دماغه در سر بنده اصلی کاوشگر نصب می‌شود و سامانه جدایش نیز برای جدا کردن محموله از موتور در انتهای بدنه قرار می‌گیرد.

در نهایت طرح اصلی سازه کاوشگر باید مجموعه‌ای از الزامات را ارضاء کند که از این جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- تأمین فضای مناسب برای جاسازی کپسول زیستی،‌ سامانه خدمات و سامانه بازیابی

- تأمین استحکام و حفظ یکپارچگی سازه در تمام مراحل پرواز

- مقاومت مکانیکی کافی در برابر بارگذاری ناشی از توزیع فشار ایرودینامیکی اعمال شده بر سطح بدنه در حین پرواز

- پایداری حرارتی در برابر افزایش درجه حرارت ناشی از گرمایش ایرودینامیکی

- امکان جدایش دماغه از سازه محموله پس از عبور از جو غلیظ

- تأمین فضای مناسب برای نصب عایق‌های صوتی و حرارتی کپسول زیستی

- امکان دسترسی مناسب و سریع به داخل کپسول زیستی و موجود زنده

- تأمین فضای مناسب و موقعیت‌دهی کانکتورهای ارتباطی با زیرسامانه‌های دیگر

- امکان نصب حسگرهای حرارتی روی بدنه اندازه‌گیری دمای ناشی از گرمایش ایرودینامیکی

- تأمین شرایط مناسب برای نصب آنتن‌های تله‌متری تصویر و داده، دوربین‌های تصویربرداری و سایر اجزای متصل در سطح خارجی بدنه

* فناوری‌های کاوشگر

* سامانه کپسول زیستی

کپسول‌های زیستی، بخش اصلی فضاپیماهای سرنشین دارند که مکانی امن و مناسب برای حضور موجودات زده در محیط خشن و خطرناک فضا فراهم می‌کنند.

در کپسول زیستی کاوشگر «پژوهش» که سرنشینی از نوع میمون رزوس داشت ،‌تمامی تجهیزات پشتیبان حیات برای یک پرواز زیرمداری به کار گرفته شد.

این سامانه از سازه و ایزولاتورهای ارتعاشی، ‌زیرسامانه پشتیبان حیات، زیرسامانه اندازه‌گیری و ثبت علائم حیاتی و محیطی و تخت استقرار موجود زنده تشکیل شده است.

کپسول زیستی کاوشگر «پژوهش» ‌با وزنی حدود 60 کیلوگرم و سرنشینی با وزن حدود 5/2 تا 4 کیلوگرم، توانست تمامی شرایط مناسب برای حفظ حیات و پایش آن را در پروازی زیرمداری حدود 11 دقیقه تأمین کند.

سامانه پایش سلامتی حیات این کپسول مجهز به مجموعه‌ای از حسگرها و تجهیزات خاص است که دمای سطحی،‌ عمقی و نرخ ضربان قلب را اندازه‌گیری می‌کند.

همچنین این سامانه می‌تواند علائم محیطی شامل فشار، دما، اکسیژن، دی‌اکسید کربن و رطوبت را با دقت بالا اندازه‌گیری کند.

سامانه جذب دی‌اکسید کربن و تولید اکسیژن این کپسول با به کارگیری فناوری شیمیایی می‌تواند به مدت 5 ساعت مداوم گازهای حیاتی اتمسفر کپسول را در سطحی مطلوب حفظ کند.

برای کنترل دمای داخل کپسول نیز از سامانه کنترل حرارتی فعالی استفاده شده است که می‌تواند به خوبی در شرایط سرد زمستان و گرم تابستانی و همچنین به شدت سرد خارج از جو عمل کرده و دمای مطلوب حیات را در داخل کپسول تأمین کند.

فشار داخل کپسول نیز با استفاده از روش‌های خاص آب‌بندی تأمین شده است.

در این کپسول نوع خاصی از جاذب انرژی در صندلی سرنشین تعبیه شده است که می‌تواند بیش از 90 درصد انرژی نامطلوب ارتعاشی را جذب کند تا سرنشین در طول مأموریت احساس راحتی بیشتری کند.

همچنین، می‌تواند شوک ناشی از ضربه فرود را تا حد زیادی کاهش دهد.

در محل صندلی میمون، قالبی بر اساس ارگونومی مطلوب برای پرواز زیرمداری طراحی شده است که می‌تواند ساختار فیزیکی بدن موجود زنده را در موقعیت مطلوب حفظ کند تا میمون فضایی در دوره‌های مختلف پروازی دچار آسیب‌دیدگی نشود.

با تکیه بر این فناوری‌ها، شرایط لازم برای یک پرواز زیرمداری امن به منظور حفظ سلامت موجود زنده محقق می‌شود.

* فناوری‌های کاوشگر سامانه بازیابی

سامانه بازیابی یکی از مهم‌ترین و حساس‌ترین بخش‌ها در بازگرداندن سالم موجود زنده است به نحوی که یکی از عوامل شکست‌ پروژه‌های فضایی حامل موجود زده در دنیا، به دلیل عملکرد ناموفق این سامانه می‌باشد.

در پرتاب کاوشگر «پژوهش»، طراحی و ساخت مکانیسمی قابل اعتماد برای بازیابی ضروری بود تا بازگشت سالم محموله و موجود زنده درون کپسول زیستی را به زمین، با سرعت مشخص در لحظه برخورد و شتاب‌های مجاز در طول فرآیند بازیابی، ممکن سازد.

این سرعت و شتاب‌های مجاز بر اساس استانداردهای جهانی برای سلامت موجود زنده تعیین می‌شود و به این منظور، سامانه بازیابی کاوشگر «پژوهش» به گونه‌ای طراحی شد که بعد از جدایش دماغه و موتور، باز شدن چترها در مرحله بازگشت کاوشگر به زمین طی چند مرحله، سرعت محموله را تا سرعت فرود مطلوب بر سطح زمین (کمتر از 10 متر بر ثانیه) کاهش دهد.

در طراحی مجموعه بازیابی، اجزای مختلفی شامل مجموعه چترها، محفظه چتر و مکانیسم خروج آنها مد نظر قرار می‌گیرد.

* سامانه جدایش

وظیفه جدایش ملایم و بی‌خطر کاوشگر از دماغه و حامل برعهده سامانه جدایش است. کاوشگرهای کلاس D و C دارای 2 سیستم جدایش مجزا برای دماغه و حامل هستند. جدا شدن ملایم با اعمال حداقل شتاب و شوک، برای حفظ سلامت موجود زنده و جلوگیری از صدمه دیدن تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی کاوشگر، از ویژگی‌های اصلی این سامانه‌هاست.

برای توسعه فناوری در حین طراحی سامانه، آزمون‌های مختلفی با هدف اطمینان از عملکرد صحیح آن انجام شد.

* زیرسامانه جاذب انرژی

محموله کاوشگر که حامل کپسول زیستی است، در هنگام بازگشت به زمین سرعت زیادی دارد که بخش عمده‌ای از این سرعت توسط چترهای سامانه بازیابی کاهش می‌یابد.

با این حال برای اینکه بتوان فرودی آرام و امن را برای موجود زنده فراهم کرد، کاهش ضربه برخورد به زمین نیز اهمیت بسیار پیدا می‌کند.

برخورد محموله به زمین، شکوک ضربه‌ای بزرگ را باعث می‌شود که اثر منفی آن به موجود زنده داخل کپسول منتقل می‌شود و بدیهی است که این ضربات می‌تواند سبب آسیب دیدن زیر سامانه‌های مختلف داخلی کپسول زیستی نیز بشود.

در کاوشگر «پژوهش» برای اولین بار مجموعه جاذب ضربه با هدف کاهش شدت برخورد طراحی شد. این جاذب دارای مقاطعی است که در هنگام برخورد  له می‌شود و با این کار بخشی از انرژی برخورد را مستهلک می‌کنند.

زیرسامانه جاذب انرژی طراحی شده در کاوشگر «پژوهش» نیز بر اساس مطالعات و تحلیل‌های تئوریک عددی و تجربی توسعه داده شده است.

در حقیقت این مجموعه از مرحله طرح ایده تا پیاده سازی و بهره‌برداری که در این کاوشگر شکل گرفته است به منظور کسب اطمینان از طراحی و نحوه عملکرد این مجموعه آزمون‌های تجربی در شرایطی نزدیک به شرایط واقعی و بسیار سخت‌گیرانه از نظر جنس زمین و زاویه برخورد انجام شد که توانست تمامی اهداف و معیارهای طراحی پیش‌بینی شده را ارضا کند.

این مجموعه پس از عملکرد مناسب در کاوشگر «پژوهش» به عنوان یک محیط عملیاتی واقعی، به محصولی قابل اطمینان تبدیل شده است.

در این کاوشگر به دلیل بازگشت ارتفاعات بسیار بالا و تولید گرمای بسیار زیاد در مرحله ورود به جو، از سپر حرارتی در انتهای مجموعه جدایش حامل استفاده شده است.

این سیر ضمن جذب گرما، از انتقال گرما به سایر اجزای سیستم به ویژه محفظه زیستی و موجود زنده درون آن جلوگیری می‌کند.

* سامانه خدمات

سامانه خدمات، مجموعه‌ای از سیستم‌های الکترونیکی و مخابراتی را شامل می‌شود که وظیفه ارائه خدمات را به زیرسیستم‌های دیگر و برقراری ارتباط با زمین بر عهده دارد.

از جمله وظایف خطیر این سامانه می‌توان به صدور فرامین جدایش و باز شدن چترها، تامین و مدیریت توان، جمع‌آوری، ‌ذخیره‌سازی و ارسال اطلاعات و تصاویر اشاره کرد.

ارسال اطلاعات تله‌متری از کاوشگر پژوهش به ایستگاه زمینی از طریق 4 آنتن نصب شده روی بدنه سامانه خدمات صورت گرفت.

این در حالی است که دریافت اطلاعات ارسالی از کاوشگر توسط تجهیزاتی مانند آنتن، گیرنده و تجهیزات ذخیره سازی قابل حمل در ایستگاه‌های ثابت و سیار انجام می‌شود.

به علاوه سامانه خدمات شامل زیرسامانه‌های ناوبری و رهگیری است که اطلاعات ارسالی توسط این زیرسامانه‌ها،‌ نقش مهمی را در تعیین نقطه فرود ایفا می‌کنند.

زیرسامانه ناوبری ضمن اندازه‌گیری سرعت و شتاب کاوشگر در طول پرواز، اطلاعات باارزشی را درباره وضعیت کاوشگر در کل پرواز به زمین ارسال می‌کند.

زیرسامانه رهگیری نیز سامانه‌ای مخابراتی است که موقعیت کاوشگر را پس از باز شدن چترها به زمین ارسال می‌کند.

* آماده‌سازی برای پرتاب

سیستم‌های فضایی در 3 فاز طراحی، ساخت و آزمایش تولید می‌شوند. پیش از طراحی هر محصول، هدف‌گذاری و تعریف ماموریت ضروری است که این کار در چهارچوب الزامات محصول و در سند الزامات صورت می‌گیرد.

تمامی مراحل چرایی و چگونگی تحقق الزامات محصول به کمک آزمون‌های متعدد اثبات می‌شود که سطوح اعمال ورودی‌های آن برای هر یک از مراحل سه گانه طراحی، ساخت و یکپارچه‌سازی متفاوت است.

تیم فیزیولوژی نیز به موازات تیم فنی، با انتخاب 3 میمون از نژاد «رزوس» با نام‌های «تُرنج»، «تُرنگ» و «فرگام»، آموزش‌شان را با به کارگیری محیط‌های شبیه‌ساز فضایی و با هدف تحمل شرایط پرواز (شامل شتاب، ارتعاش و شوک) و حساسی‌زدایی نسبت به این شرایط آغاز کردند.

ماه‌ها پیش از پرتاب کاوشگر پژوهش به موازات فرایند طراحی و ساخت کاوشگر و پس از آن،  بر اساس برنامه‌ای دقیق، آزمون‌های مختلفی انجام شد تا قابلیت اطمینان مورد نظر برای عملکرد مناسب هر یک از زیرسیستم‌ها حاصل شود.

در کاوشگر پژوهش با به پایان رسیدن ساخت و مونتاژ مجموعه‌های پروازی انجام آزمون‌ها و تحویل‌گیری مجموعه‌ها آغاز شد.

در این مرحله هر مجموعه پروازی بیش از گذراندن آزمون‌های پذیرش محیطی باید آزمون‌های عملکردی را به منظور اطمینان از صحت عملکرد آن با موفقیت پشت سر گذارد و تنها با حصول نتیجه مطلوب در این مرحله است که آزمون‌های محیطی روی هر مجموعه انجام خواهد شد.

آزمون‌های محیطی به مجموعه آزمایش هایی گفته می‌شود که طراحان را از صحت عملکرد سیستم‌ها در شرایط محیطی پرتاب نظیر شتاب، ارتعاش و خلا مطمئن می‌سازد.

شایان ذکر است که آزمون‌های محیطی در 2 سطح کیفی و پذیرش انجام می‌شود که سطح کیفی مربوط به نمونه‌های غیرپروازی و سطح پذیرش مربوط به نمونه‌های پروازی است.

بعد از اینکه مجموعه‌ها توانستند آزمون عملکردی و آزمون پذیرش محیطی را با موفقیت پشت سر بگذارند آنگاه مونتاژ و یکپارچه‌‌سازی مجموعه‌ها و تشکیل زیرسیستم‌های محموله کاوشگر آغاز می‌شود.

روال آزمون‌های زیرسیستمی محموله نیز مشابه آزمون‌های مجموعه‌هاست. یعنی زمانی که زیرسیستم از یکپارچه‌سازی مجموعه‌ها شکل گرفت آزمون عملکردی روی آن انجام می‌شود که در صورت مثبت بودن نتیجه، آزمون پذیرش محیطی انجام خواهد شد.

تنها نقطه تمایز این است که معمولا در زیر سیستم‌ها برخلاف مجموعه‌ها آزمون کیفی محیطی انجام نمی شود.

در ادامه در صورت موفقیت‌آمیز بودن آزمون‌های عملکردی و محیطی زیرسیستم‌ها مونتاژ و یکپارچه‌سازی زیرسیستم‌ها و تشکیل سیستم‌ یا همان محموله کاوشگر آغاز می‌شود.

روال آزمون‌ها در این مرحله با کمی تفاوت رخ می‌دهد به این صورت که پیش از مونتاژ کامل مکانیکی محموله، ابتدا تمامی زیرسیستم‌ها کنار هم روی استندهای مربوط قرار می‌گیرد و آزمون کامل یکپارچه‌سازی الکترونیک، که همان آزمون عملکردی در سطح سیستم است روی آنها انجام می‌شود.

این آزمون، عملکرد تمام مجموعه‌ها و زیرسیستم‌ها را با هم می‌آزماید به نحوی که تمامی زیرمجموعه‌ها باید در کنار یکدیگر با عملکرد صحیح به کار خود ادامه دهند.

زمانی که این آزمون با موفقیت به پایان رسید، آنگاه اجازه مونتاژ مکانیکی زیرسیستم‌ها به یکدیگر داده می‌شود.

شایان ذکر است که این مرحله مونتاژ نهایی نیست. زمانی که مونتاژ مکانیکی محموله به اتمام رسید نوبت به آزمون‌های ترکیبی محموله با حامل می‌رسد که از این جمله می‌توان به آزمون بالانس، آزمون هم‌محوری و آزمون اندازه‌گیری جرم و مرکز جرم اشاره کرد.

از جمله اهداف انجام این آزمون‌ها، تهیه داده‌های واقعی برای نهایی سازی الگوریتم صدور فرامین و شبیه‌سازی نهایی و همچنین سازگار شدن محموله آماده انتقال به سایت پرتاب است که به این منظور زیرسیستم‌های محموله از هم مونتاژ شده و در جعبه‌های خود خارج شده و فرایند مونتاژ مجددا صورت می‌گیرد.

گفتنی است مونتاژ نهایی مکانیکی بعد از انجام یک آزمون یکپارچه مختصر موسوم به آزمون «ریموت» صورت می‌پذیرد و نهایتا بعد از مثبت بودن نتیجه آزمون ریموت، زیر سیستم‌ها در کنار هم مونتاژ نهایی انجام شده و محموله آماده الحاق به حامل می‌شود.

با الحاق محموله به حامل، یک آزمون ریموت دیگر روی مجموعه یکپارچه محموله و حامل انجام می‌شود که در صورت موفقیت، محصول یعنی کاوشگر که ترکیبی از محموله و حامل است آماده انجام عملیات خواهد بود.

* سناریوی پرواز

پس از یکپارچه‌سازی کاوشگر با حامل و گذراندن و تأیید تمامی چک لیست‌های فنی و ایمنی توسط ناظران، مجموعه به سکوی پرتاب منتقل شده و برای انجام آزمون‌های ریموت و بررسی‌های نهایی آماده شد.

قرارگیری «فرگام» روی صندلی مخصوص خود، نصب سیستم‌های ثبت علائم حیاتی و جای‌دهی این صندلی در کاوشگر «پژوهش» از جمله فعالیت‌های تیم فیزیولوژی و کپسول زیستی پیش از شمارش معکوس محسوب می‌شد.

سیستم‌های ثبت علائم حیاتی در این پرتاب شامل دستگاه هولتر مانیتورینگ، کمربند سینه‌ای، حسگر دمای سطحی و حسگر دمای عمقی گوش بود.

علاوه بر حسگرهای ثبت علائم حیاتی، دوربینی نیز در داخل کپسول زیستی تعبیه شده بود تا بتوان از وضعیت «فرگام» در تمام مراحل تصویربرداری کرد و با ارسال تصاویر به ایستگاه‌های زمینی به صورت بی‌درنگ، از میزان هوشیاری و عکس‌العمل حیوان در مراحل مختلف پرتاب آگاهی یافت.

پس از جایگذاری «فرگام» (میمون فضایی این مأموریت)، سکوی پرتاب و بالابرها از کنار حامل کنار رفته و زمان شمارش معکوس فرا می‌رسد.

بعد از شمارش معکوس و برخاستن کاوشگر از سکوی پرتاب، زمان صفر زیر سامانه صدور فرامین آغاز می‌شود.

توالی درست وقایع پرتاب برای حامل و محموله کاوشگر، مستلزم برنامه ریزی و زمانی‌بندی دقیق زیر سامانه صدور فرامین است.

مسیر پرواز کاوشگر «پژوهش» با تفاوت اندکی در زمان وقایع (ناشی از تفاوت در زمان سوزش موتور)، مشابه مسیر کاوشگر «پیشگام» بود.

با گذشت 22 ثانیه از لحظه پرتاب، کاوشگر ارتفاع حدود 5 کیلومتری را پشت سر گذاشت. اینجا ناحیه‌ای است که تنش‌های مکانیکی به دلیل ترکیب سرعت و مقاومت ناشی از جو زمین، به بیشترین مقدار خود می‌رسد و پس از آن طبق سناریوی پروازی،‌ سوزش موتور به پایان رسید و کاهش شتاب کاوشگر آغاز شد.

1- پرتاب کاوشگر

زمان: صفر

ارتفاع از سطح دریا: 953 متر

سرعت: صفر

2- خاموشی موتور

زمان: ثانیه 60

ارتفاع از سطح دریا: 30 کیلومتر

سرعت 4.4 ماخ

3- جدایش دماغه از کاوشگر

زمان: ثانیه 125

ارتفاع از سطح دریا: 95 کیلومتر

سرعت: 2500 کیلومتر بر ساعت

4- جدایش حامل از کاوشگر

زمان: ثانیه 140

ارتفاع از سطح دریا: 105 کیلومتر

سرعت: 2100 کیلومتر بر ساعت

5- پرواز بی‌وزنی در نقطه اوج

زمان: ثانیه 197

ارتفاع از سطح دریا: 120 کیلومتر

سرعت: 777 کیلومتر بر ساعت

6- بازگشت

زمان: ثانیه 277

ارتفاع از سطح دریا: 90 کیلومتر

سرعت: 2.8 ماخ

7- بازگشت

زمان: ثانیه 310

ارتفاع از سطح دریا: 60 کیلومتر

سرعت: 3.5 ماخ

8- ورود به جو

زمان: ثانیه 350

ارتفاع از سطح دریا: 30 کیلومتر

سرعت: 4 ماخ

9- بازشدن چتر ترمزی

زمان: ثانیه 380

ارتفاع از سطح دریا: 7 کیلومتر

سرعت: 0.56 ماخ (800 کیلومتر بر ساعت)

10- بازشدن چتر اصلی

زمان: ثانیه 400

ارتفاع از سطح دریا: 5.5 کیلومتر

سرعت: 280 کیلومتر بر ساعت

11- فرود کاوشگر روی زمین

زمان: ثانیه 620

ارتفاع از سطح دریا: 720 متر

سرعت: 36 کیلومتر بر ساعت

در این مرحله، کاوشگر در ارتفاع حدود 32 کیلومتر از سطح زمین با سرعتی معادل 4.5 برابر سرعت صوت، فضا را می‌پیماید.

کاوشگر به صعود خود ادامه می دهد تا طبق زمان‌بندی تعیین شده، در خارج از جو غلیظ و پیش از رسیدن به نقطه اوج، سیستم‌های جدایش عمل کرده و با ارسال فرمان الکتریکی، به ترتیب دماغه کاوشگر و حامل از محموله جدا می‌شوند.

پس از این مراحل، محموله استوانه‌ای حامل موجود زنده از ارتفاع 100 کیلومتر عبور کرده و پس از گذشت حدود 200 ثانیه، تا ارتفاع 120 کیلومتر اوج گرفت.

در تمام این مدت و پس از بازگشت دوباره به جو غلیظ، کاوشگر با شرایط بی‌وزنی مواجه است و باید بتواند سرنشین زنده خود را به سلامت به زمین بازگرداند؛ مهمی که با موفقیت کامل محقق شد.

در تمامی این مراحل، داده‌های ثبت شده توسط حسگرهای علائم حیاتی موجود زنده و حسگرهای علائم محیطی کپسول زیستی در رایانه پرواز ثبت و همزمان به ایستگاه‌های زمینی ارسال می‌شود.

کاوشگر در مسیر بازگشت و بعد از ورود به جو غلیظ به کمک سطوح آیرودینامیکی پایدارکننده خود که روی بدنه آن نصب شده است حول وضعیت قائم پایدار شده و برای بازیابی مهیا می‌شود.

با توجه به طراحی آیرودینامیکی و دینامیکی کاوشگر، موجود زنده در مسیر بازگشت به زمین در وضعیت نخستین خود هنگام پرتاب قرار می‌گیرد.

موجود زنده در این وضعیت توانایی بیشتری برای تحمل شتاب و شوک‌های ناشی از ورود به جو خواهد داشت. همچنین در حین ورود به جو گرمایش آیرودینامیکی، گرم شدن بیش از اندازه کاوشگر را به دنبال خواهد داشت از این رو ضروری بود برای ممانعت از انتقال حرارت و آسیب‌ دیدن کاوشگر و سرنشین آن از عایق‌های حرارتی (سپر حرارتی) استفاده شود.

1- لحظاتی پیش از پرتاب

2- لحظه پرتاب

3- اوج‌گیری در فاز موتور روشن

4- لحظاتی قبل از خاموشی موتور

5- جدایش دماغه (تصویر پایین سمت راست)

6- لحظه جدایش موتور (تصویر بالا سمت راست)

7- پرواز بی‌وزنی در نقطه اوج (انحنای کره زمین در تصویر مشاهده می شود.)

8- پرواز بی‌وزنی در نقطه اوج (انحنای کره زمین در تصویر مشاهده می شود.)

9- بازشدن چتر ترمزی (تصویر پایین سمت راست)

10- بازشدن چتر اصلی (تصویر پایین سمت راست)

11- پر باد شدن چتر دوم و نزدیک شدن به زمین (تصویر پایین سمت راست)

12- لحظه فرود روی زمین

شایان ذکر است حرارت تولید شده دمای بدنه را به 800 درجه سانتیگراد می‌رساند ولی سپر حرارتی و پوشش‌های به کار گرفته شده روی بدنه کاوشگر و بالک‌ها به راحتی این دما را تحمل کرده و از انتقال آن به درون کپسول جلوگیری کرده‌اند.

با کاهش ارتفاع و افزایش نیروهای آیرودینامیکی، از سرعت کاوشگر کاسته شده و در نهایت در ارتفاع 7 کیلومتری زمین، کاوشگر به سرعت مطمئن برای باز شدن چترها (حدود 800 کیلومتر بر ساعت) رسید.

در ادامه، نخست چتر ترمزی عمل کرد و سپس چترهای اصلی کاوشگر باز شدند و کاوشگر به آرامی بر خاک کویر فرود آمد.

سامانه بازیابی کاوشگر در مجموع از 4 چتر استفاده می‌کند که یک چتر بسیار کوچک به عنوان راهنما، یک چتر کوچک ریبونی به عنوان چتر ترمزی، یک چتر متوسط و یک چتر بزرگ نیز به عنوان کاهنده‌های اصلی سرعت به کار می‌روند. 2 مکانیسم شلیک نیز برای پرتاب چترها به بیرون از محفظه به کار گرفته شد.

* جستجو و نجات

فرآیند جستجو و نجات محموله‌های فضایی یکی از حساس‌ترین مرحله اجرای پروژه‌های فضایی است.

این فرآیند شامل استقرار تیم‌های حفاظت محیط، دیده‌بانی زمینی و تیم‌های نجات هوایی در نزدیکی محل فرود، اعزام نیروهای متخصص نجات، خروج موجود زنده از درون محموله فضایی و انتقال موجود زنده و محموله فضایی به سایت اصلی است.

انتهای ماموریت؛ فرود محموله فضایی در کویر

در فرآیند جستجو و نجات کاوشگر پژوهش تیم‌های رهگیری و دیده‌بانی بر اساس اطلاعات ریز سامانه موقعیت‌یاب محلی، محل فرود محموله را تعیین کردند و به این ترتیب تیم‌های جستجو و نجات به همراه بالگرد به منطقه مورد نظر اعزام شدند.

حمل محموله فضایی توسط بالگرد

با رسیدن اولین تیم به نقطه فرود، دومین میمون فضایی ایران کاملا هوشیار و در سلامت کامل از کپسول خارج شده و به منظور ریکاوری به پزشک تیم تحویل داده شد.

پس از خروج «فرگام» از داخل کاوشگر پژوهش چترهای نجات محموله از پایه اصلی جدا شده‌اند و کاوشگر پژوهش به همراه «فرگام» توسط بالگرد به سایت اصلی انتقال داده شد.

«فرگام» پس از انتقال به سایت، با دقت از صندلی مخصوص خود جدا شده و توسط کادر پزشکی متخصص تحت معاینات دقیق و تخصصی اولیه قرار گرفت.

این معاینات شامل سنجش نرخ ضربان قلب و نرخ تنفس، بررسی سلامت استخوان‌های دست و پا، ستون فقرات و سر «فرگام» بود.

به این ترتیب با بازگشتن سالم میمون و کپسول زیستی گام بلند دیگری برای دستیابی ایران به فناوری زیست فضایی برداشته شد.

* بررسی نتایج پرتاب

محموله بازیابی شده نشان می‌دهد که سازه، یکپارچگی خود را در کل مسیر حرکت حفظ کرده است.

همچنین ‌بررسی تغییر شکل اجزای جاذب انرژی گویای آن است که این مجموعه توانسته است با جذب انرژی ناشی از برخورد محموله به زمین، شوک حاصل از این برخورد را به نحوی مطلوب کاهش دهد.

علاوه بر این، تمامی حسگرها از جمله فشار، دما، شتاب، علائم حیاتی موجود زنده و ... توانستند با ثبت داده‌‌های خود، راه را برای تعیین و شناسایی الزامات مأموریت‌های آتی هموارتر کنند.

با توجه به داده‌های به دست‌ آمده از سامانه ثبت علائم حیاتی و محیطی، ضربان قلب میمون، جز به صورت لحظه‌ای و در لحظه بیشینه شتاب خطی، از 148 بالاتر نرفته است.

پس از این لحظه و در بیشتر فازهای پروازی، ضربان قلب در محدوده 90 تا 110 متغیر بوده است.

از داده‌های حسگرهای دمایی نصب شده روی بدن «فرگام» مشخص شد که دمای سطح بدن در 37 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌داد.

همچنین دمای عمقی (پرده گوش) «فرگام» نیز بدون تغییر عدد 41 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌داد.

با انجام تحلیل‌های اولیه روی این داده‌‌ها می‌توان نتیجه گرفت که «فرگام» در طول مأموریت دچار کمترین میزان استرس شده است؛ مطلبی که با توجه به آزمون‌های زمینی انجام شده، تأیید می‌شود.

در کنار سامانه پشتیبان حیات، سامانه بسیار دقیقی نیز برای اندازه‌گیری شدت صوت در داخل کپسول به کار گرفته شد.

این سامانه در فازهای مختلف پروازی شدت صوت ناشی از روشن شدن موتور، جدایش‌ها و ورود به جو را اندازه‌‌گیری کرده است که این داده‌های ارزشمند رهگشای بسیاری از چالش‌های پیش روی مأموریت‌های آتی خواهد بود.

تمامی این اطلاعات پس از جمع‌آوری و پردازش در سامانه مرکزی کپسول، از طریق سامانه خدمات کاوشگر به ایستگاه زمینی ارسال شد تا پژوهشگران در طول زمان انجام مأموریت، بتوانند بر تمامی ویژگی‌های عملکردی کپسول نظارت کنند.

از دیگر ویژگی‌های کپسول زیستی کاوشگر «پژوهش»، استفاده از یک سامانه جدید کنترل غیرفعال بارهای دینامیکی برای محافظت از تجهیزات الکترونیک در برابر ارتعاشات اتفاقی، شوک و پیروشوک است.

این سامانه از تجهیزات الکترونیک در برابر محیط‌های یادشده محافظت کرده و نویزهای مزاحم را در جریان داده‌برداری حذف می‌کند تا داده‌های به دست آمده با حداکثر دقت ثبت و به ایستگاه‌های زمینی ارسال شوند.

همان‌گونه که پیش از این بیان شد، در مأموریت زیرمداری، کپسول زیستی با گرادیان حرارتی بسیار شدیدی مواجه است که این مواجهه می‌تواند در محدوده دمایی 50 تا 300 درجه سانتی‌گراد باشد.

بنابراین برای اینکه موجود زنده تحت تأثیر این میدان حرارتی قرار نگیرد، نیاز است که به خوبی از محیط اطراف ایزوله شود.

در کپسول زیستی کاوشگر «پژوهش» از نوعی عایق استفاده شد که این وظیفه را به خوبی به انجام رساند.

با توجه به داده‌های ثبت شده توسط حسگرهای دمای محیط، محدوده تغییرات دمای محیط کپسول در طول انجام مأموریت، در محدوده یک درجه سانتی‌گراد بوده است که بیشتر مربوط به عملکرد تجهیزات به کار گرفته شده در کپسول است.

نتایج به دست آمده از حسگرهای دمای محیط، مهر تأییدی بر نحوه ایزولاسیون کپسول زیستی در برابر شوک‌های حرارتی است.

علاوه بر این، صوت تولید شده در طول مأموریت که ناشی از فرایندهایی نظیر لحظه آغاز حرکت حامل، جدایش، جریان لایه مرزی و ... است، می‌تواند باعث وارد شدن آسیب‌های جدی به موجود زنده شود که برای رفع این مشکل، کپسول زیستی در برابر صوت نیز ایزوله شد.

یکی از راهکارهای ساده و کاربردی، استفاده از روش کنترل غیرفعال است که این روش در کپسول زیستی و با استفاده از عایق صوتی اجرا شد.

پس از انجام مأموریت پرتاب و بازیابی سالم کاوشگر «پژوهش»، «فرگام» روز دوشنبه 25/09/1392 در بیمارستان‌ دام‌های کوچک دانشکده دامپزشکی تهران توسط متخصصان دامپزشکی معاینه شد و نتایج آزمایش‌ها حاکی از سلامت کامل و وضعیت جسمانی مطلوب «فرگام» بود.

فرگام؛ دومین میمون ایرانی که به فضا پرتاب شد

آزمایش‌هایی که روی فرگام انجام شد، رادیوگرافی استخوان‌ها و ریه، سونوگرافی تمامی احشای داخل شکم و اکوکاردیوگرافی را شامل می‌شد. نتایج این آزمایش‌ها به شرح زیر اعلام شد:

- بر اساس نتایج رادیوگرافی، نشانی از شکستگی در ستون مهره‌ها، جمجمه، لگن و استخوان‌های دست و پا مشاهده نشد. ضایعه و اختلالی در ریه‌ها و در احشای شکمی مشاهده نشد و ریه‌ها در وضعیت مطلوب و طبیعی بود.

- نتایج سونوگرافی حاکی از سلامت پارانشیم کبدی، پارانشیم و اندازه هر 2 کلیه، طحال و کیسه صفرا و سیستم ادراری و مثانه بود. دستگاه گوارش نیز از لحاظ ساختار، لایه‌های عضلانی و حرکات گوارشی طبیعی بود.

- نتایج اکو کاردیوگرافی نشان داد که تمام ساختارهای قلبی شامل بطن، دهلیز، دریچه‌های قلبی و عروق قلبی طبیعی است.

- بر اساس نتایج آزمایش‌ها و معاینه‌های به عمل آمده می‌توان اینگونه نتیجه گیری کرد که «فرگام» شرایط سخت ارسال به فضا را به خوبی تحمل کرده و در واقع تمام فعالیت‌های انجام شده برای آموزش و حساسیت‌زدایی «فرگام» در حد مطلوب و کاملاً موفق بوده است.