رفع نیازهای اولیه در فضا

فضاپیما های با سرنشین دارای سیستمی می باشند که برای تامین نیازهای اولیه افراد طراحی شده اند. علاوه بر این فضانوردان می توانند بسته های مخصوصی که به این منظور طراحی شده اند را در زمانی که خارج از فضاپیما مشغول انجام کار هستند همراه خود داشته باشند.

تنفس

یک فضاپیمای با سرنشین باید دارای منبع اکسیژن برای تنفس افراد و قابلیتی برای خارج نمودن دی اکسید کربن ناشی از بازدم آنها باشد. معمولا از ترکیب اکسیژن و نیتروژن که شبیه جو زمین درسطح دریا است استفاده می شود. فن ها هوای موجود در کابین را از میان بخش هایی به گردش در می آورند که با صفحه های شیمیایی به نام هیدروکسید لیتیوم پوشیده شده است. این صفحه ها دی اکسید کربن موجود در هوا را جذب می کنند. دی اکسید کربن همچنین می تواند با محصولات شیمیایی موجود دیگر ترکیب شود. فیلترهای زغال نیز به کنترل آنها کمک می کنند.

خوردن و نوشیدن

غذا در فضاپیما باید مغذی باشد، راحت آماده شود و به سادگی قابل نگهداری باشد. در گذشته فضانوردان از غذاهای خشک و فریز شده که هنگام استفاده با کمی آب ترکیب می شدند، استفاده می کردند. آنها همچنین از نی برای افزودن آب به غذا استفاده می کردند.

 با گذشت زمان غذای مسافران فضا اشتها برانگیز تر می شود. امروزه فضانوردان غذاهای آماده ای شبیه غذاهای روی زمین می خورند. بسیاری از فضاپیما ها امکانات گرم کردن غذاهای سرد یا فریز شده را نیز دارند.

آب آشامیدنی از مهمات یک سفر به فضا است. در شاتل ها دستگاهی وجود دارد که در حین تولید نیروی الکتریسیته فضاپیما، آب نیز تولید می کند. در ماموریت های طولانی آب باید تا حد امکان تصفیه و مجدد استفاده شود. دستگاه هایی نیز وجود دارند که رطوبت موجود در هوا را جذب می کنند. در ایستگاه های فضایی معمولا از این آب برای شستشو استفاده می شود.

ضایعات گوارشی

ایجاد ضایعات گوارشی بدن در شرایط بی وزنی مسئله مهمی است. فضانوردان از وسیله ای شبیه به توالت فرنگی استفاده می کنند. جریان هوا با ایجاد مکش ضایعات را به بخشی در زیر این وسیله می کشد. در فضاپیما های کوچک، افراد گروه از وسیله ای قیف مانند برای ضایعات مایع و کیسه های پلاستیکی برای ضایعات جامد سیستم گوارش بدن استفاده می کنند. در زمان کار خارج از فضاپیما لباس فضانوردان مجهز به محفظه ای برای جمع آوری این ضایعات می باشد.

استحمام

ساده ترین روش استحمام در فضاپیما استفاده از ابر و حوله خیس است. فضانوردان در فضاپیما های جدید از یک محفظه کاملا بسته که در واقع یک دوش از جنس پلاستیک فشرده است، استفاده می کنند. این به فضانوردان اجازه می دهد که بدن خود را با آب اسپری کنند و سپس با انجام وکیوم دوش، حوله و بدن خود را خشک کنند. ایستگاه های فضایی جدیدتر دوش حمام ثابت دارند.

خوابیدن

مسافران فضا می توانند از کیسه خواب های مخصوصی برای خوابیدن استفاده کنند. فضانورد ها با بند هایی به کیسه خواب وصل می شوند. بیشتر فضانوردان ترجیح می دهند که به صورت معلق به طوری که تعداد کمی طناب آنها را در محیط کابین نگه دارد به خواب روند. مدت زمان خواب در فضا حدوداً مانند زمین است.

سرگرمی

داشتن تفریح و سرگرمی در سفرهای طولانی فضایی برای سلامت روانی فضانوردان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تماشای منظره بیرون فضاپیما بسیار پر طرفدار است. ایستگاه های فضایی به تعدادی کتاب، موسیقی و بازی های رایانه ای مجهز اند. تمرین های ورزشی نیز ایجاد آسودگی می کنند.

کنترل کالا و زباله

نگهداری هزاران مورد از اقلام مورد مصرف در حین یک ماموریت مسئله مهمی است. بعضی از این اقلام در کشو ها و قفسه ها نگهداری می شوند. بعضی به دیوارها، سقف و کف متصل می شوند. آمار اقلام و محل آنها و جایگزین کردن ها همگی با برنامه های رایانه ای کنترل می شوند. در حین سفر افراد زباله های خود را در محل های بدون استفاده فضاپیما جاسازی می کنند. بعضی از زباله ها به بیرون از فضاپیما داخل اتمسفر پرتاب می شوند (در صورتی که زیان آور نباشند) و بقیه به زمین بازگردانده می شوند.

کار در فضا

زمانی که یک ماهواره به مدار خود می رسد، ماموریت سرنشینان آن آغاز می گردد. آنها وظایف متعددی را در داخل و خارج از فضاپیمای خود به انجام می رسانند.

ردیابی، هدایت و کنترل

فعال نمودن تجهیزات

بیشتر تجهیزات موجود در یک فضاپیما به هنگام پرتاب، خاموش یا از کار افتاده اند. فضانوردان در فضا می باید این دستگاه ها و وسایل را روشن و به کار اندازند. در پایان ماموریت آنها باید شرایط مطمئن را برای فرود آماده کنند.

پیشبری مشاهدات و تحقیقات علمی

فضانوردان از دستگاه های ویژه ای برای مشاهده زمین، ستارگان و خورشید استفاده می کنند. آنها همینطور تاثیر بی وزنی را بر روی مواد مختلف، گیاهان، حیوانات و خودشان آزمایش می کنند.

اتصال

زمانیکه یک فضاپیما به مقصد خود (مانند یک ایستگاه فضایی یا یک ماهواره) می رسد، رادار به افراد کمک می کند تا حرکت و سرعت فضاپیما را کنترل کنند. هنگامی که فضاپیما به جای درست خود در نزدیکی مقصد رسید، توسط تجهیزات خاصی به مقصد متصل می شود. به چنین اتصالی در فضا وعده گاه (rendezvous) می گویند. یک شاتل می تواند از بازوهای رباتیک خود برای این اتصال استفاده کند.

نگهداری و تعمیر تجهیزات

هزاران قطعه از تجهیزات در یک فضاپیمای پیشرفته به صورت کاملا مطمئن و قابل اعتماد به کار می روند که احتمال خراب شدن در بعضی از آنها وجود دارد. تصادفات به بعضی از تجهیزات آسیب می رسانند. برخی از قطعات با گذشت زمان، نیاز به تعویض دارند. فضانوردان باید ایرادها را پیدا نمایند و قطعات خراب را تعمیر و یا تعویض کنند.

سوار کردن ایستگاه فضایی

فضانوردان ممکن است به عنوان کارگران ساختمانی انجام وظیفه کنند. آنها باید قطعاتی را که توسط شاتل آورده شده اند را به ایستگاه فضایی اضافه و سوار نمایند. در ایستگاه های فضایی موجود، افراد اغلب مشغول اضافه کردن قسمتهای جدید و یا نصب آنتن ها و باطری های خورشیدی جدیدند. اتصال گر های هوا و انرژی باید در داخل و خارج از ایستگاه در حال ارتباط باشند.

خروج از فضاپیما

در مواردی، فضانوردان بایستی برای انجام اموری خاص به بیرون از فضاپیما بروند. به کار کردن خارج از فضاپیما در فضا، ای وی ای (EVA) می گویند این اصطلاح مخفف Extravehicular Activity به معنای فعالیت خارج از فضاپیما می باشد. به منظور آماده شدن برای ای وی ای، فضانوردان ابتدا لباس فضایی مخصوص خود را می پوشند و به اطاقک دو جداره ای به نام اطاقک فشار (air lock) یا محفظه هوا وارد می شوند. آنها سپس هوای داخل محفظه هوا را خارج می کنند، جداره بیرونی را باز می کنند و فضاپیما را ترک می کنند. هنگام بازگشت، جداره بیرونی را بسته و هوا را وارد محفظه می کنند. در داخل فضاپیما جداره داخلی را باز می کنند و لباس های فضایی را از تن خود در می آورند.

یک لباس فضایی می تواند به مدت شش تا هشت ساعت، یک فضانورد را زنده نگه دارد. لباس فضایی با لایه هایی از جنسی انعطاف پذیر و نفوذ نا پذیر مانند نایلون و تفلون ساخته می شود. این لباس عایقی برای گرما، سرما و ذرات فضا می باشد. قسمتهای مختلف لباس توسط بستهای مکانیکی محکم به هم وصل می شوند. تجهیزاتی در یک کوله پشتی، اکسیژن را در اختیار فضانورد می گذارد و دی اکسید کربن و رطوبت بازدم  وی را رفع می کند. یک رادیو امکان مکالمه فضانورد با سایر افراد گروه و زمین را میسر می کند. کلاه فضانورد می باید امکان دید خوب را به فضانورد بدهد در عین حال مانع پرتوهای مضر باشد. دستکش ها بخش بسیار پر اهمیت لباس فضایی اند. آنها باید نازک و انعطاف پذیر باشند تا فضانورد بتواند اشیای کوچک را احساس و کنترل کند.

آغاز عصر فضا

هنگامی که انسان رویای پرواز بر فراز زمین را در سر می پروراند، به این نتیجه رسید که اجرام آسمانی می توانند مقصدی برای سفرهای انسان باشند. در اوایل سده  1600 میلادی، ستاره شناس و ریاضی دان آلمانی یوهانس کپلر(Johannes Kepler) اولین دانشمندی بود که سفر به دنیا های دیگر را شرح داد. او همچنین قوانین حرکت سیاره ای را که توضیحی برای چرخش اجرام در فضا می باشند، توسعه داد.

دانشمند انگلیسی اسحاق نیوتن (Sir Isaac Newton) برای نخستین بار قوانین حرکت را تشریح کرد که در سال 1687 منتشر شد. این قوانین به دانشمندان اجازه داد تا بتوانند امکان پرواز و گردش به دور زمین و رسیدن به دنیا های دیگر را پیش بینی کنند. نیوتن همین طور توضیح داد که چه طور یک ماهواره مصنوعی می تواند در مدار باقی بماند. قانون سوم نیوتن که می گوید برای هر کنش یک واکنش با قدرت مساوی در جهت مخالف وجود دارد، توضیح می دهد که چرا یک راکت کار می کند.

رویاهای اولیه سفر به فضا

در طی سال های سده 1700 میلادی، دانشمندان پی بردند که در ارتفاعات بالاتر، هوا رقیق تر و لایه آن نازک تر است. این بدان معنا بود که احتمالا هوا در فضای بین زمین و دنیا های دیگر اصلا وجود ندارد ،بنابراین وجود بال برای این سفر بی استفاده است. نویسندگان شیوه های تخیلی فراوانی برای سفر به این دنیا ها ارائه نمودند.

در سال 1903 میلادی کنستانتین تسیولکوفسکی ( Konstantin E. Tsiolkovsky)  یک معلم دبیرستان روسی، برای اولین بار مقاله علمی استفاده از راکتها برای سفرهای فضایی را کامل نمود. سال ها بعد، رابرت گدارد (  Robert H. Goddard) از ایالات متحده و هرمن اوبرت (Hermann Oberth) از آلمان توجه علمی وسیع تری را نسبت به سفرهای فضایی جلب نمودند. هر یک از این سه مرد، مشکلاتی که از لحاظ تکنیکی بر سر راه پرتاب موشک و سفر به فضا بود را شناسایی کردند. هر سه آنها پدران پرواز به فضا شناخته می شوند.

در سال 1919 ، گدارد در مقاله خود "شیوه ای برای رسیدن به ارتفاعات بسیار بالا " توضیح داد که چطور یک راکت می تواند در جو بالای زمین  کاوش کند. این مقاله همچنین پرواز یک راکت به ماه را نیز توضیح می دهد. در کتابی به نام "موشکی به سوی فضا " سال 1923 ،اوبرت مشکلات فنی پرواز به فضا را مورد بحث قرار داد. او همین طور شرح داد که یک فضاپیما چگونه می تواند باشد. تسیولکوفسکی مطالعات جدیدی را در سال 1920 به رشته تحریر در آورد. این مطالعات حاوی جزئیاتی درباره موشک های چند مرحله ای بود.

نخستین راکتها

در طی سال های 1930 ، تحقیقات در مورد موشکها در کشورهای ایالات متحده، آلمان و شوروی پیشرفت کرد. در سال 1926 تیم گدارد علیرغم عدم پشتیبانی دولت ایالات متحده، موفق به ساخت اولین پروپلنت مایع برای سوخت راکتها شدند. دانشمندان آلمان و شوروی برای ساخت موشک های نظامی از دولتهای خود سرمایه دریافت کردند.

در سال 1942 ، هنگام جنگ جهانی دوم، کارشناسان ساخت موشک آلمان تحت مدیریت ورنر ون براون (Wernher von Braun) موشک هدایتی V-2 را ساختند. هزاران موشک V-2 بر سر شهرهای اروپایی به خصوص لندن پرتاب شد که موجب تخریب فراوان و کشتار مردم شد.  

پس از پایان جنگ جهانی در سال 1945 ، مهندسین آلمانی برای کمک به دولت ایالات متحده در ساخت موشک های نظامی به آمریکا رفتند. نیروی دریایی ایالات متحده بر روی راکت های بزرگتری مانند ایروبی (Aerobee) و وایکینگ (Viking) کار می کرد. در سال 1949 ، اولین راکت دو مرحله ای، با یک موشک V-2 به عنوان مرحله اول و یک WAC کوچک به عنوان مرحله دوم، ساخته شد. این راکت به ارتفاعی معادل 400 کیلومتر(250 مایل) دست یافت.

در سال 1947 ، اتحادیه جماهیر شوروی یک برنامه محرمانه فشرده  به هدف ساخت موشک های ور برد نظامی آغاز کرد. در سال های 1940 ، انجمن کوچک ولی پر نفوذ فضای بریتانیا برنامه های دقیقی برای فضاپیما های با سرنشین که به ماه بروند، لباس فضایی و ایستگاه مداری منتشر کرد. گروه ای یو اس (A U.S.) ، انجمن راکت آمریکا، تمرکز خود را بر روی مهندسی موشک گذاشت. در سال 1950 ، یک فدراسیون جدید فضانوردی بین المللی کار خود را برای برگزاری کنفرانس های سالیانه آغاز نمود.

ماهواره ها ی مصنوعی

در سال 1955 ، هر دو کشور ایالات متحده و شوروی برنامه های خود برای پرتاب ماهواره مصنوعی مجهز به تجهیزات علمی را آغاز کردند. ماهواره هایی که به مدار ارسال می شدند بخشی از قرارداد بین المللی سال ژئوفیزیک بودند. در این دوره که از جولای 1957 آغاز شد همه کشورها با مشارکت و همکاری یکدیگر تحقیقات علمی را انجام می دادند. شوروی تجهیزات رادیویی بسیار دقیقی را برای ماهواره های خود تدارک می دید ولی تا آن زمان برنامه های راکت ها به صورت محرمانه انجام می گرفت. در نتیجه بسیاری از مردم در کشورهای دیگر نمی توانستند باور کنند که شوروی دارای تکنولوژی تحقیقات فضای است.

در 4 اکتبر 1957 ، شوروی با رسیدن به موفقیت در کسب هدف، دنیا را شگفت زده کرد. (و البته با این کار از امریکا پیشه گرفت). شش هفته پیش از این تاریخ، موشک دو مرحله ای R-7 شوروی اولین پروازخود در ارتفاع 8000 کیلومتری (5000 مایل) را انجام داد. در این تاریخ اسپاتنیک (Sputnik) که بعدها اسپاتنیک 1 نام گرفت، نخستین ماهواره مصنوعی، به فضا ارسال شد. اسپاتنیک به زبان روسی به معنای همسفر است. پرتابگر R-7 ، ماهواره ای به وزن 83 کیلوگرم را به همراه راکت اصلی آن به مدار دور زمین پرتاب کرد. مردم در همه جای دنیا صدای بیپ بیپ مخصوص اسپاتنیک را از طریق رادیوهای خود دریافت می کردند.

نبرد فضایی آغاز می شود

واکنش جامعه غرب به پرتاب اسپاتنیک با شگفتی، ترس و احترام همراه بود. نیکیتا خروشچف نخست وزیر شوروی دستور پشتیبانی مالی فراوان برای اجرای پروژه هایی که دنیا را به حیرت می آورند صادر نمود. در ایالات متحده نیز پیشگامان پیمان بستند که هر آنچه را که لازم است برای پیشه گرفتن به کار گیرند. به این ترتیب نبرد فضایی آغاز شد.

پیشرفت های شوروی ادامه یافت. یک ماه بعد ماهواره دیگر، اسپاتنیک 2 ، سگی به نام لایکا را با خود به فضا برد. این پرواز ثابت کرد که حیوانات می توانند از تاثیرات ناشناس بی وزنی جان سالم به در برند (لایکا پس از یک هفته گردش به دور زمین با به پایان رسیدن اکسیژن ماهواره درگذشت). در سال 1959 ، لونا 2 (Luna 2) اولین فضاپیمای کاوشگر بود که به سطح ماه رسید. بعدها در همان سال، لونا 3 عکسی از قسمتی از ماه که از زمین دیده نمی شود گرفت.