مهندسی بی‌نهایت؛ کاوشگر اروپا کلیپر در جستجوی حیات زیر یخ
مهندسی بی‌نهایت؛ کاوشگر اروپا کلیپر در جستجوی حیات زیر یخ
ماجرا از کجا آغاز شد؟
مطالعه‌ی قمرهای مشتری که از اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰ (۱۳۵۰ شمسی) به عنوان یکی از اهداف علمی ناسا مطرح شد، به مرور زمان به یک پروژه‌ی بزرگ تبدیل گردید. در این سال‌ها، فضاپیماهایی مانند وویجر و گالیله به نزدیکی اروپا رسیدند و شواهد جالبی را از سطح یخ‌زده‌ی آن و ویژگی‌های خاصش ارائه کردند.
در سال ۱۹۹۷، مأموریتی به نام «اروپا اوربیتر» توسط تیمی برای برنامه‌ی اکتشافات ناسا (NASA’s Discovery Program) پیشنهاد شد؛ اما این پروژه به دلیل نامفهوم بودن اهداف کنار گذاشته شد. با این حال تیم طراحی دست از تلاش بر نداشت و اهدافی را در راستای یافتن حیات در اروپا تعریف کرد. با مشخص شدن اهداف دقیق، فقط یک ماه طول کشید که آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL)، برنامه‌ی پیشنهادی به پروژه‌ی دیسکاوری را انتخاب و از تیم پیشنهاددهنده درخواست کند که به عنوان کمیته‌ی بررسی مأموریت همکاری کنند.
موفقیت‌های کاوشگر گالیله و مرموز ماندن ویژگی‌های قمر اروپا، ناسا را مجاب کرد برای مأموریت جدید برنامه‌ریزی کند
در همان زمان که مأموریت اروپا اوربیتر پیشنهاد شده بود، کاوشگر رباتیک گالیله به دور مشتری در گردش بود. فضاپیمای گالیله از ۸ دسامبر ۱۹۹۵ تا ۷ دسامبر ۱۹۹۷ مأموریت اصلی خود را پس از ورود به مدار مشتری انجام داد. طراحی عالی گالیله و عملکرد خارق‌العاده‌ی آن سبب شد تا ناسا تصمیم به تمدید ماموریت بگیرد.
با تمدید مأموریت گالیله، برنامه‌ی جدیدی با نام مأموریت اروپا گالیله (GEM) برای بررسی اروپا به لیست ملاقات‌های این کاوشگر اضافه شد که تا ۳۱ دسامبر ۱۹۹۹ ادامه یافت. این تمدید البته با بودجه‌ای کم و تنها با ۳۰ میلیون دلار انجام شد. در مقابل تیم ۲۰۰ نفره در مأموریت اصلی، تیم مأموریت در این دوره به حدود ۴۰ تا ۵۰ نفر کاهش یافت. ولی در مواجهه با مشکلات، گاهی اعضای سابق (تیم‌های تخصصی کوتاه‌مدت با عنوان تایگر تیمز) برای حل مسائل بازگردانده می‌شدند.
در مقابل هفت روز در مأموریت اصلی، این کاوشگر در مأموریت تمدیدشده، هشت بار به اروپا، چهار بار به کالیستو و دو بار به آیو نزدیک شد و در هر ملاقات دو روز به جمع‌آوری داده پرداخت. فاصله‌ی نزدیک‌ترین عبور کاوشگر گالیله از اروپا بین ۱۹۶ تا ۳,۵۸۲ کیلومتر بود؛ آنقدر نزدیک که می‌توانست اروپا را بو کند! نتایج یافت شده، پرسش‌های جدیدی را در مورد احتمال وجود حیات مطرح کرد، اما مأموریت تمدید شده‌ی گالیله آنقدر طولانی نبود که به همه سوال‌ها، پاسخ دهد.
به دنبال کشفیات گالیله و پیشنهاد مستقل برنامه‌ی دیسکاوری برای مأموریت مدارگرد اروپا و از آنجایی‌که قمر اروپا یکی از محتمل‌ترین نقاط منظومه‌ی شمسی برای وجود حیات میکروبی در نظر گرفته شده است، ناسا مطالعات اولیه برای مأموریت‌های مختلفی از جمله پروژه‌ی پرهزینه‌ی «مدارگرد قمرهای یخی مشتری» (با بودجه ۱۶ میلیارد دلار)، «مدارگرد مشتری-اروپا» (با بودجه‌ی ۴٫۳ میلیارد دلار) و پروژه‌ای کوچکتر به نام «اروپا کلیپر» را آغاز کرد.
در سال ۲۰۱۳، شورای ملی تحقیقات آمریکا توصیه کرد که مأموریتی برای کشف جزییات قمر اروپا انجام شود. هزینه‌ی این پروژه که در ابتدا حدود ۲ میلیارد دلار تخمین زده می‌شد، تا سال ۲۰۲۰ به ۴٫۲۵ میلیارد دلار افزایش یافت. این مأموریت به صورت مشترک توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز (APL) و آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا انجام می‌شود.
توسعه‌ی اهداف علمی و طراحی ابزارهای اولیه‌ی این مأموریت با اختصاص بودجه‌ی ۷۵ میلیون دلاری در مارس ۲۰۱۳ (اسفند ۱۳۹۱)، شروع شد. تا یک سال بعد و در ماه مه ۲۰۱۴، بودجه‌ی این پروژه برای سال مالی ۲۰۱۴ از ۱۵ میلیون دلار به ۱۰۰ میلیون دلار افزایش یافت. در سال ۲۰۱۵ و با جدی‌تر شدن جزییات اکتشافی اروپا کلیپر، ناسا از آژانس فضایی اروپا (ESA) دعوت کرد تا یک کاوشگر اضافی برای همراهی اروپا کلیپر طراحی کند. این همکاری مشابه مأموریت موفق کاسینی-هویگنس بود، اما به دلیل وجود برنامه همپوشان کاوشگر جوس، آژانس فضایی اروپا کاوشگری اضافی طراحی نکرد.
فرآیند ساخت و طراحی فضاپیما اروپا کلیپر
فرآیند ساخت اروپا کلیپر، یکی از پیچیده‌ترین تلاش‌های مهندسی در عرصه‌ی اکتشافات فضایی بود. از همان ابتدا، تیم‌های علمی و مهندسی مأموریت با هدف‌گذاری دقیق نیازهای فنی و عملیاتی، روند طراحی را آغاز کردند. این فرآیند شامل توسعه‌ی مدل‌های مفهومی و اصلاح مستمر آن‌ها بر اساس چالش‌های محیطی و عملیاتی پیش‌بینی‌شده در فضا بود.
در طراحی اولیه تمام عوامل موثر بر عملکرد فضاپیما باید شبیه‌سازی شود
در سال ۲۰۱۷ با ورود مأموریت به فاز طراحی اولیه، با انتخاب پیمانکاران فرعی و ساخت و آزمایش نمونه‌های اولیه‌ی ابزارها، پروژه وارد مراحل جدی‌تر توسعه شد. در مرحله‌ی طراحی اولیه، مهندسان نیاز داشتند تا تمام عواملی را که ممکن است در شرایط سخت فضایی بر عملکرد فضاپیما تاثیرگذار باشند، شبیه‌سازی کنند. برای این منظور، تولید و آزمایش قطعات به طور جداگانه انجام شد. هر بخش از فضاپیما، از جمله سامانه‌ی پیشران، تجهیزات الکترونیکی و صفحه‌های خورشیدی، آزمایش‌های مختلفی را برای اطمینان از توانایی تحمل شرایط پشت سر گذاشتند.
وقوع همه‌گیری کرونا در سال ۲۰۲۰، می‌توانست ضربه‌ای مهلک برای برنامه‌ی آماده‌سازی این کاوشگر وارد کند. اما اشتیاق دانشمندان سبب شد تا در گروه‌های جداگانه و کوچکتر، آماده‌سازی ابزارهای عملی را دنبال کنند. جوردن اوانز، معاون پروژه‌ی اروپا کلیپر از JPL در این باره گفت:
حتی با وجود همه‌گیری کرونا، تیم ما با رعایت پروتکل‌های ایمنی در محیط کار با سرعت پیش می‌رود. آن‌ها در حال انجام کارهای حیاتی روی سخت‌افزار هستند، در حالی که باقی اعضا وظایف خود را از خانه انجام می‌دهند.
– جوردن اوانز، معاون پروژه‌ی اروپا کلیپر، آزمایشگاه JPL ناسا
چالش بعدی در فرآیند ساخت کاوشگر اروپا کلیپر، فرآیند مونتاژ نهایی بود که در محیطی بسیار کنترل‌شده به نام اتاق تمیز (Clean Room) در JPL ناسا صورت گرفت. در این اتاق، همه‌ی اجزای فضاپیما به دقت به یکدیگر متصل شدند. محیط عاری از آلودگی به مهندسان اطمینان کافی می‌دهد که هیچ ذره‌ای از مواد خارجی به ابزارهای حساس فضاپیما وارد نشده و عملکرد دقیق آن‌ها تضمین شود.
