مركبة فضائية غير مأهولة

أعلى: مركبة الإمداد غير المأهولة بروجرس إم-06 إم (يسار). مسبار غاليليو الفضائي، قبل مغادرته مدار الأرض عام 1989 (يمين). أسفل: أُطلقت المركبة الفضائية بوران ، ودارت حول الأرض، وهبطت كمركبة فضائية غير مأهولة عام 1988 (يسار). نموذج لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (يمين).

المركبات الفضائية غير المأهولة أو الروبوتية هي مركبات فضائية لا تحمل على متنها بشرًا . قد تتمتع هذه المركبات بمستويات متفاوتة من الاستقلالية عن التدخل البشري، مثل التحكم عن بُعد أو التوجيه عن بُعد. وقد تكون أيضًا ذاتية التشغيل ، حيث تمتلك قائمة مُبرمجة مسبقًا من العمليات التي تُنفذ ما لم تُعطَ تعليمات أخرى. غالبًا ما تُسمى المركبة الفضائية الروبوتية المُخصصة للقياسات العلمية بمسبار فضائي أو مرصد فضائي .

تُعدّ العديد من مهمات الفضاء أكثر ملاءمةً للعمليات الروبوتية عن بُعد من العمليات المأهولة ، نظرًا لانخفاض التكلفة وعوامل المخاطرة. إضافةً إلى ذلك، تُعتبر بعض الوجهات الكوكبية، مثل الزهرة أو محيط المشتري، شديدة القسوة على بقاء الإنسان في ظل التكنولوجيا الحالية. أما الكواكب الخارجية ، مثل زحل وأورانوس ونبتون ، فهي بعيدة جدًا بحيث يتعذر الوصول إليها بتقنيات رحلات الفضاء المأهولة الحالية، لذا تُعدّ المجسات الروبوتية عن بُعد الوسيلة الوحيدة لاستكشافها. كما تُتيح الروبوتات عن بُعد استكشاف المناطق المعرضة للتلوث بالكائنات الدقيقة الأرضية، نظرًا لإمكانية تعقيم المركبات الفضائية. لا يُمكن تعقيم البشر بنفس طريقة تعقيم المركبة الفضائية، إذ يتعايشون مع العديد من الكائنات الدقيقة، ويصعب احتواء هذه الكائنات داخل المركبة الفضائية أو بدلة الفضاء.

كانت أول مهمة فضائية غير مأهولة هي سبوتنيك ، التي أُطلقت في 4 أكتوبر 1957 للدوران حول الأرض. جميع الأقمار الصناعية والمركبات الهابطة والمركبات الجوالة تقريبًا هي مركبات فضائية آلية. ليست كل مركبة فضائية غير مأهولة آلية؛ فمثلاً، الكرة العاكسة مركبة فضائية غير آلية وغير مأهولة. تُسمى المهمات الفضائية التي تحمل حيوانات أخرى على متنها دون وجود بشر بالمهمات غير المأهولة.

تتمتع العديد من المركبات الفضائية المأهولة بمستويات متفاوتة من الميزات الروبوتية. فعلى سبيل المثال، كانت محطتا الفضاء ساليوت 7 ومير ، ووحدة زاريا التابعة لمحطة الفضاء الدولية ، قادرة على إجراء مناورات تثبيت الموقع والالتحام عن بُعد مع كل من مركبات الإمداد والوحدات الجديدة. وتُستخدم مركبات الإمداد غير المأهولة بشكل متزايد في محطات الفضاء المأهولة .

أطلق الاتحاد السوفيتي أول مركبة فضائية آلية في 22 يوليو 1951، في رحلة شبه مدارية حملت كلبين هما ديزيك وتسيغان. ^{[ 1 ]} وتم تنفيذ أربع رحلات أخرى مماثلة خلال خريف عام 1951.

أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي ، سبوتنيك 1 ، في مدار حول الأرض بمدى 215 × 939 كيلومترًا (116 × 507 ميلًا بحريًا) في 4 أكتوبر 1957. وفي 3 نوفمبر 1957، أطلق الاتحاد السوفيتي سبوتنيك 2. حمل سبوتنيك 2، الذي يزن 113 كيلوغرامًا (249 رطلًا) ، أول حيوان إلى المدار، وهو الكلبة لايكا . ^{[ 2 ]} ولأن القمر الصناعي لم يُصمم للانفصال عن المرحلة العليا من صاروخ الإطلاق ، فقد بلغت كتلته الإجمالية في المدار 508.3 كيلوغرامًا (1121 رطلًا) . ^{[ 3 ]}   

في سباق محموم مع السوفيت ، أطلقت الولايات المتحدة أول قمر صناعي لها، إكسبلورر 1 ، إلى مدار دائري أبعاده 357 × 2543 كيلومترًا (193 × 1373 ميلًا بحريًا) في 31 يناير 1958. كان إكسبلورر 1 أسطوانة طولها 205 سنتيمترات (80.75 بوصة) وقطرها 15.2 سنتيمترًا (6.00 بوصات) ووزنها 14 كيلوغرامًا (30.8 رطلًا) ، مقارنةً بسبوتنيك 1، وهو كرة طولها 58 سنتيمترًا (23 بوصة) ووزنها 83.6 كيلوغرامًا (184 رطلًا) . حمل إكسبلورر 1 أجهزة استشعار أكدت وجود أحزمة فان ألين، وهو اكتشاف علمي هام في ذلك الوقت، بينما لم يحمل سبوتنيك 1 أي أجهزة استشعار علمية. في 17 مارس 1958، أطلقت الولايات المتحدة قمرها الصناعي الثاني، فانجارد 1 ، الذي كان بحجم ثمرة الجريب فروت تقريبًا، والذي لا يزال يدور في مدار يبلغ ارتفاعه 670 × 3850 كيلومترًا (360 × 2080 ميلًا بحريًا) حتى عام 2016.       .

كانت أول محاولة لإطلاق مسبار قمري هي Luna E-1 No.1 ، التي تم إطلاقها في 23 سبتمبر 1958. وقد فشل هدف إطلاق مسبار قمري مرارًا وتكرارًا حتى 4 يناير 1959 عندما دار Luna 1 حول القمر ثم حول الشمس.

أدى نجاح هذه المهمات المبكرة إلى سباق محموم بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي للتفوق على بعضهما البعض من خلال إرسال مسابير فضائية أكثر طموحًا. كان مارينر 2 أول مسبار يدرس كوكبًا آخر، حيث كشف للعلماء عن درجة حرارة كوكب الزهرة المرتفعة للغاية عام 1962، بينما كان فينيرا 4 السوفيتي أول مسبار جوي يدرس كوكب الزهرة. التقط مارينر 4، خلال تحليقه بالقرب من المريخ عام 1965، أولى الصور لسطحه المليء بالفوهات، والتي رد عليها السوفيت بعد بضعة أشهر بصور التقطها لونا 9 لسطحه. وفي عام 1967، جمع سيرفيور 3 الأمريكي معلومات عن سطح القمر أثبتت أهميتها البالغة لمهمة أبولو 11 التي هبطت بالبشر على سطح القمر بعد ذلك بعامين. ^{[ 4 ]}

كان أول مسبار بين النجوم هو فوياجر 1 ، الذي تم إطلاقه في 5 سبتمبر 1977. ودخل الفضاء بين النجوم في 25 أغسطس 2012، ^{[ 5 ]} تبعه توأمه فوياجر 2 في 5 نوفمبر 2018. ^{[ 6 ]}

نجحت تسع دول أخرى في إطلاق أقمار صناعية باستخدام مركبات الإطلاق الخاصة بها: فرنسا (1965)، ^{[ 7 ]} واليابان ^{[ 8 ]} والصين (1970)، ^{[ 9 ]} والمملكة المتحدة (1971)، ^{[ 10 ]} والهند (1980)، ^{[ 11 ]} وإسرائيل (1988)، ^{[ 12 ]} وإيران (2009)، ^{[ 13 ]} وكوريا الشمالية (2012)، ^{[ 14 ]} وكوريا الجنوبية (2022). ^{[ 15 ]}

في تصميم المركبات الفضائية، تعتبر القوات الجوية الأمريكية المركبة مكونة من حمولة المهمة والمنصة (أو الهيكل ). توفر المنصة البنية المادية، والتحكم الحراري، والطاقة الكهربائية، والتحكم في الوضع، والقياس عن بُعد، والتتبع، والتحكم. ^{[ 16 ]} يقسم مختبر الدفع النفاث (JPL) "نظام الطيران" للمركبة الفضائية إلى أنظمة فرعية. ^{[ 17 ]} وتشمل هذه الأنظمة:

المركبات الفضائية الروبوتية هي أنظمة مصممة خصيصًا لبيئات معادية محددة. ^{[ 28 ]} ونظرًا لتصميمها خصيصًا لبيئة معينة، فإنها تختلف اختلافًا كبيرًا في التعقيد والقدرات. أما المركبة الفضائية غير المأهولة فهي مركبة لا يوجد بها أفراد أو طاقم، ويتم تشغيلها آليًا (تنفذ الإجراءات دون تدخل بشري) أو عن بُعد (مع تدخل بشري). ولا يعني مصطلح "المركبة الفضائية غير المأهولة" بالضرورة أنها روبوتية.

تستخدم المركبات الفضائية الروبوتية تقنية القياس عن بُعد لإرسال البيانات المُجمّعة ومعلومات حالة المركبة إلى الأرض. ورغم أنها تُعرف عمومًا باسم "المركبات المُتحكَّم بها عن بُعد" أو "المركبات الروبوتية عن بُعد"، فإن أولى المركبات الفضائية المدارية - مثل سبوتنيك 1 وإكسبلورر 1 - لم تكن تتلقى إشارات تحكم من الأرض. بعد فترة وجيزة من إطلاق هذه المركبات الأولى، طُوِّرت أنظمة تحكم تسمح بالتحكم عن بُعد من الأرض. يُعدّ تعزيز الاستقلالية أمرًا بالغ الأهمية للمجسات البعيدة حيث يُعيق زمن انتقال الضوء اتخاذ القرارات والتحكم السريع من الأرض. تتميز المجسات الأحدث، مثل كاسيني-هويجنز ومركبات استكشاف المريخ، بقدرة عالية على الاستقلالية وتستخدم حواسيب داخلية للعمل بشكل مستقل لفترات طويلة. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

المسبار الفضائي مركبة فضائية آلية لا تدور حول الأرض، بل تستكشف الفضاء الخارجي. تحمل المسابير الفضائية على متنها مجموعات متنوعة من الأجهزة العلمية. قد يقترب المسبار الفضائي من القمر، أو يسافر عبر الفضاء بين الكواكب، أو يحلق بالقرب من أجرام سماوية أخرى، أو يدور حولها، أو يهبط عليها، أو يدخل الفضاء بين النجوم. ترسل المسابير الفضائية البيانات التي تجمعها إلى الأرض. كما يمكنها جمع مواد من هدفها وإعادتها إلى الأرض. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

بمجرد أن يغادر المسبار محيط الأرض، فمن المرجح أن يتخذ مساره مدارًا حول الشمس مشابهًا لمدار الأرض . وللوصول إلى كوكب آخر، تُعدّ مدارات هوهمان الانتقالية أبسط الطرق العملية . أما التقنيات الأكثر تعقيدًا، مثل المقلاع الجاذبي ، فقد تكون أكثر كفاءة في استهلاك الوقود، على الرغم من أنها قد تتطلب من المسبار قضاء وقت أطول في العبور. بعض المهمات ذات دلتا-في العالية (مثل تلك التي تشهد تغيرات كبيرة في الميل المداري ) لا يمكن تنفيذها إلا باستخدام المقلاع الجاذبي. ومن التقنيات التي تستخدم قوة دفع قليلة جدًا، ولكنها تتطلب وقتًا طويلًا، اتباع مسار على شبكة النقل بين الكواكب . ^{[ 33 ]}

التلسكوب الفضائي أو المرصد الفضائي هو تلسكوب في الفضاء الخارجي يُستخدم لرصد الأجرام السماوية. تتجنب التلسكوبات الفضائية ترشيح وتشويه الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ترصده، كما تتجنب التلوث الضوئي الذي تواجهه المراصد الأرضية . وهي تنقسم إلى نوعين: أقمار صناعية ترسم خريطة السماء بأكملها ( مسح فلكي )، وأقمار صناعية تركز على أجرام سماوية محددة أو أجزاء من السماء وما وراءها. وتختلف التلسكوبات الفضائية عن أقمار التصوير الأرضي ، التي تُوجه نحو الأرض لتصويرها ، وتُستخدم في تحليل الطقس والاستطلاع وجمع أنواع أخرى من المعلومات .

مركبات الشحن الست العاملة حاليًا في محطة الفضاء الدولية. باتجاه عقارب الساعة من أعلى اليسار: بروجرس، كارجو دراغون 2، إتش تي في-إكس، سيغنوس إكس إل، سيغنوس المحسّن، تيانتشو

مركبات الشحن أو التموين هي مركبات آلية مصممة لنقل الإمدادات، مثل الطعام والوقود والمعدات، إلى محطات الفضاء المأهولة . وهذا ما يميزها عن المجسات الفضائية، التي تركز في المقام الأول على الاستكشاف العلمي.

تقوم مركبات الشحن الفضائية الآلية بخدمة محطات الفضاء منذ عام 1978، ودعم مهام مثل ساليوت 6 ، وساليوت 7 ، ومير ، ومحطة الفضاء الدولية (ISS) ، ومحطة الفضاء تيانغونغ .

تعتمد محطة الفضاء الدولية حاليًا على أربعة أنواع من مركبات الشحن الفضائية: المركبة اليابانية HTV-X ، والمركبة الروسية بروغريس ، ^{[ 34 ]} بالإضافة إلى المركبة الأمريكية للشحن دراغون 2 ، ^{[ 35 ] [ 36 ]} ومركبة سيغنوس . ^{[ 37 ]} وقد استُخدمت المركبة الأوروبية للنقل الآلي سابقًا بين عامي 2008 و2015. ^{[ 38 ]} أما محطة الفضاء الصينية تيانغونغ فتُزوَّد بالكامل بواسطة مركبة تيانتشو . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

• بوابة رحلات الفضاء
• خدمة وضع الإشارة
• قمر صناعي متزامن مع الأرض
• رحلات الفضاء البشرية
• قائمة الأقمار الصناعية السلبية
• الجدول الزمني لاستكشاف النظام الشمسي