ما هو مسار محطة الفضاء الدولية ؟.. وكيف تحافظ عليه

ما هي محطة الفضاء الدولية

محطة الفضاء الدولية هي مركبة فضائية كبيرة في مدار حول الأرض إنه بمثابة منزل يعيش فيه أطقم رواد الفضاء والمحطة الفضائية هي أيضاً مختبر علمي فريد من نوعه حيث عملت عدة دول معاً لبناء واستخدام المحطة الفضائية حيث تتكون المحطة الفضائية من أجزاء تم تجميعها في الفضاء بواسطة رواد الفضاء.

تدور المحطة الفضائية حول الأرض على ارتفاع متوسط يبلغ حوالي 250 ميلاً وتسافر بسرعة 17500 ميل في الساعة، مما يعني أنها تدور حول الأرض كل 90 دقيقة، وتستخدم وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) المحطة الفضائية لاستكشاف المزيد حول العيش والعمل في الفضاء، ومن الممكن أيضًا إرسال البشر إلى الفضاء بعيدًا أكثر من أي وقت مضى.

تحوي المحطة الفضائية مساحة تعادل حجم منزل يتألف من خمس غرف نوم، أو ما يعادل حجم طائرتي بوينج 747، وهي قادرة على استيعاب طاقم مكون من ستة أفراد بالإضافة إلى الزوار. تزن المحطة الفضائية على الأرض ما يقرب من مليون رطل، ويتم قياسها من حواف مصفوفاتها الشمسية، وتغطي مساحة تعادل ملعب كرة قدم بما في ذلك مناطق النهاية التي تشمل وحدات معملية من الولايات المتحدة وروسيا واليابان وأوروبا.

مسار محطة الفضاء الدولية

بسبب دوران الأرض حول نفسها، تتحرك المحطة الفضائية لمسافة 2200 كم إلى الغرب في كل مدار، ولذلك يمكن مشاهدتها وهي تنتقل من الغرب إلى الشرق فوق سطح الأرض، نظرا لمدار المحطة، ويمكن رؤيتها بالعين المجردة عند النظر إلى الأعلى في الوقت المناسب.

تحلق محطة الفضاء الدولية مع مختبر كولومبوس التابع لوكالة الفضاء الأوروبية على ارتفاع 400 كم بسرعات تتحدى الجاذبية، وعند 28800 كم/ساعة. يستغرق المختبر عديم الوزن 92 دقيقة فقط لإكمال دورة كاملة حول الأرض، ويواجه رواد الفضاء الذين يعيشون ويعملون في المحطة 16 شروقا وغروبا كل يوم.

كيف تحافظ محطة الفضاء الدولية على اتجاهها

يتم التحكم في محطة الفضاء الدولية من خلال أربعة جيروسكوبات للسيطرة على الزخم (CMGs)، حيث يحتوي كل جيروسكوب CMG على عجلة تزن 100 كجم وتدور بسرعة 6,600 دورة في الدقيقة، مما ينتج زخما زاويا بمقدار 4,742.5 نيوتن متر في الثانية.

الفكرة الأساسية هي أن عندما يدور الدوران في محطة الفضاء الدولية، يمكن للعجلات أن تدور حول محورها لتغيير الزخم الزاوي للمحطة الفضائية. ونتيجة لذلك، يتم إنتاج عزم دوران مضاد. استخدام جيروسكوبات CMGs يعتبر أكثر دقة من استخدام الدوافع الهوائية. وبالتالي، فإن تجارب الجاذبية الصغرى لا تتأثر. ومع ذلك، لكل CMG حدوده الخاصة، وبالتالي يمكن أن تساعد الدوافع الهوائية عند الضرورة.

لتقليل مساعدة الدافع الهوائي أثناء العمليات البسيطة، تقوم محطة الفضاء الدولية بتنفيذ نوع من السيطرة في المنطقة يسمى إدارة الزخم (MM)، وذلك عن طريق تنفيذ حركات لمحطة الفضاء الدولية لتحقيق توازن عزم الدوران (TEA)، والذي تم تحليله من قبل الأرض قبل عام أو أكثر. هذا الموقف (TEA) هو الموضع أو المنطقة التي، مع التحركات بزوايا تصل إلى 15 درجة، تؤدي إلى زيادة عزم الجاذبية وعزم الدوران في الغلاف الجوي على مدار المحطة الفضائية لتقترب من الصفر. ثم تستعيد جيروسكوبات CMGs نشاطها بعد فترة التوقف حتى تصل إلى الحالة الطبيعية.

غالباً لا يمكن أن يكون مسار محطة الفضاء الدولية في منطقة توازن عزم الدوران TEA خلال العمليات الحرجة وحينما تصل محطة الفضاء الدولية في موقف معقد attitude hold (AH) ومثال على ذلك هو الإرساء أو الرسو حيث يمثل تحمل المواقف تحدياً لأنها تتطلب الكثير من العمل وغالباً ما يكون الكثير من العمل على كل جيروسكوب CMG للتعامل معها بمفردها ومع ذلك فإن إطلاق الدوافع الهوائية أثناء العمليات الحرجة يمكن أن يكون مشكلة.

تقوم محطة الفضاء الدولية بتصميم مصفوفة لقواعد الطيران لضمان السلامة، حيث لا يسمح بإطلاق الدافعات الهوائية عندما تكون نهاية الذراع الآلية على بعد 2 قدم (0.6 متر)، ويتم تفادي إطلاق الذراع بشكل عرضي لتجنب إحداث ثقب في الوحدة، وإذا كان الجدول الزمني يشير إلى اقتراب الذراع، فسيقوم جهاز التحكم في الطيران بمنع مساعدة الدفع الهوائي.

يمكن أن تسبب عمليات الإرساء والرسو تغييرات مفاجئة في الزخم، وأثناء هذه الأنشطة يقوموا بتثبيط نظام التحكم في الموقف بالكامل لضمان عدم إدخال قوى تؤدي إلى إلحاق الضرر بآلية الإرساء. وقد تلاحظ على تلفزيون ناسا أن المحطة يمكن أن تخرج بشكل كبير عن الموقف في هذه الأوقات.

يحتوي كمبيوتر التحكم في الموقف (GNC MDM) على برنامجٍ يقوم بجميع الحسابات اللازمة للتحكم في الموقف، حيث يأخذ بالموقف الفعلي ويطرح الموقف الموجَّه لتحديد الخطأ الذي يحتاج إلى تصحيحه، ومن المعروف أن معدلات محطة الفضاء الدولية حساسةٌ للغاية.

يحتاج البرنامج أيضا إلى مجموعة من العمليات التي يقوم بها المستخدم، مثل تحديد خصائص المحطة وتوجيه المحركات الذاتية. تتواجد هذه العمليات في فتحات البيانات المسماة بـ CCDBs (قواعد بيانات تكوين وحدة التحكم). يتم تخزين مجموعة من CCDBs في المحطة لتكوينات المركبة المختلفة. على سبيل المثال، إذا وصلت مركبة نقل بضائع وتم تأمينها في الجزء الروسي، ستكون هناك فتحة CCDB مخصصة لهذا التكوين، وعندما تغادر المحطة، سيتم استبدالها بأخرى جديدة.

أهمية محطة الفضاء الدولية

جعلت المحطة الفضائية من الممكن للبشر أن يحافظوا على وجودهم في الفضاء بشكل مستمر، حيث يعيش الناس في الفضاء يوما بعد يوم منذ وصول أول طاقم، وتسمح مختبرات المحطة الفضائية لأعضاء الطاقم بإجراء أبحاث لا يمكن إجراؤها في أي مكان آخر، وتعود فوائد هذا البحث العلمي إلى الناس على الأرض، حيث يستخدمون نتائج أبحاث الفضاء في حياتهم اليومية، وينتج عن ذلك منتجات تسمى `العناصر الفرعية`، ويدرس العلماء أيضا تأثير الجاذبية الصغيرة على الجسم عندما يعيش الناس في الفضاء لفترة طويلة.

تعلمت ناسا وشركاؤها كيفية الحفاظ على سلامة المركبة الفضائية، وسوف تكون جميع هذه الدروس ذات أهمية بالغة لاستكشاف الفضاء في المستقبل، حيث تعمل ناسا حاليا على خطة لاستكشاف عوالم جديدة، وتعد المحطة الفضائية خطوة مهمة في هذا المجال، حيث ستستفيد ناسا من الدروس المستفادة من محطة الفضاء للتحضير لمهام بشرية تصل إلى أبعد من أي وقت مضى في الفضاء.

حقيقة محطة الفضاء الدولية

تم إطلاق أول قطعة من محطة الفضاء الدولية في نوفمبر 1998، حيث تم إطلاق وحدة التحكم الروسية “زاريا” عن طريق صاروخ روسي. وبعد حوالي أسبوعين، التقى مكوك الفضاء “إنديفور” بـ “زاريا” في المدار، وقام طاقم المكوك بربط عقدة الوحدة الأمريكية بـ “زاريا.

تم إضافة المزيد من القطع خلال العامين التاليين، قبل أن تصبح المحطة الفضائية صالحة للعيش فيها. ووصل أول طاقم في 2 نوفمبر 2000، حيث يعيش الناس في المحطة الفضائية منذ ذلك الحين، وتم إضافة المزيد من القطع مع مرور الوقت، واكتمل بناء المحطة الفضائية بواسطة وكالة ناسا وشركائها من جميع أنحاء العالم في عام 2011.