بدأ التخطيط للمختبر قبل فترة طويلة من هبوط الإنسان على سطح القمر. فكرة استخدام إحدى مراحل الإطلاق كمكان لعيش رواد الفضاء موجودة منذ عدة سنوات في وكالة ناسا، وكان سكايلاب أول فرصة لاختبارها
مع انتهاء برنامج أبولو، كان برنامج الفضاء المأهول الأمريكي الرابع هو وضع مختبر مأهول في مدار حول الأرض. كان القدر أنه بعد انتهاء برنامج أبولو، ستبدأ مرحلة جديدة في استكشاف القمر أو في مجال صعب آخر - هبوط الإنسان على المريخ. الرأي العام وجزء من الإدارة أرادوا خلاف ذلك. وكانت النتيجة إلغاء آخر رحلات أبولو وإطلاق سكاي لاب (اختصار مختبر السماء) عام 1973. وكان تاريخ إطلاق المختبر عام 1972، ولكن بسبب التخفيضات في ميزانية ناسا، تم تأجيل الإطلاق لمدة عام. مختبر الفضاء كان أداة بحثية اقتصادية تبلغ قيمتها الإجمالية 2.6 مليار دولار، ومع ذلك فهي فعالة ومدمجة.
بدأ التخطيط للمختبر قبل فترة طويلة من هبوط الإنسان على سطح القمر. فكرة استغلال إحدى مراحل منصة الإطلاق كمكان لعيش رواد الفضاء موجودة منذ عدة سنوات في وكالة ناسا. في نوفمبر 1962، قدمت شركة ماكدونالد دوغلاس تقريرًا إلى وكالة ناسا بشأن استخدام المرحلة S-IV-B كمختبر فضائي. قبلت وكالة الفضاء الأمريكية هذه الفكرة، وقبل وقت قصير من إطلاق أبولو 8، بدأت خطة إنشاء مختبر مداري للجلد والأوتار.
في البداية، كان الحديث عن إنشاء المختبر على مراحل. تطلب إنشاء المختبر 5 عمليات إطلاق لـ S-IB - بما في ذلك إطلاق المختبر نفسه. والمختبر مجهز بمحرك المرحلة نفسها لأن منصة الإطلاق لا تملك القدرة على وضعها في المدار. يتم إطلاق الفريق الأول في اليوم التالي لإطلاق المختبر ويقوم بتجميع أجزاء المختبر معًا. يتم إطلاق الفريق الثاني بعد 4 أشهر من هبوط الفريق الأول والفريق الثالث بعد 6-5 أشهر من هبوط الفريق الثاني. يتم إطلاق التلسكوب، المعتمد على هيكله وبنيته على مركبة الهبوط القمرية، في اليوم التالي بواسطة Saturn S-IB ويتم توصيله بمنفذ المرفق الثاني للمختبر.
تم وضع هذه الخطة على الرف، وكان هناك حديث عن إنشاء مختبر بعدد أقل من عمليات الإطلاق. أولاً يتم إطلاق المختبر. في المرحلة الثانية، يتم إطلاق الفريق الأول بالتلسكوب وفي الفضاء يقومون بتجميع المختبر. وفي عام 1969، تم وضع هذا البرنامج أيضًا على الرف وتم تخفيض عدد عمليات الإطلاق إلى عملية واحدة. وبحسب هذه الخطة، يتم إطلاق المختبر بالكامل بواسطة منصة الإطلاق ساتورن 5، وبعد يوم واحد يتم إطلاق الطاقم الأول.
الميزانية
وتبلغ قيمة المختبر الفضائي كما ذكرنا 2.6 مليار دولار، منها 2 مليار للتطوير والباقي للعمليات الجارية. إن يوم الطيران للمختبر، سواء كان مأهولًا أم لا، يكلف مليون دولار. وكان لدى ناسا خطة أخرى لإطلاق مختبر ثان بميزانية إجمالية قدرها 950 مليون دولار (600 مليون دولار لبناء المختبر و350 مليون دولار للمعدات). يستمر تحضير المختبر من 12 إلى 15 شهرًا. بسبب التخفيضات في الكونجرس، تم إسقاط هذا البرنامج من الفصل.
أهداف البرنامج
1. أ. إجراء تجارب طبية حيوية لاختبار قدرة جسم الإنسان على تحمل التغيرات المفاجئة في الجاذبية، وقدرته على إجراء عمليات معقدة في ظروف انعدام الوزن مع مرور الوقت. وتم التركيز على سلوك الإنسان والمؤثرات المختلفة التي تؤثر عليه أكثر من التركيز على تقنية الطيران وأنظمة الدفع وتشغيل الأجهزة المختلفة. وتكمن أهمية هذه التجارب في تجميع المعرفة المناسبة لمختلف الرحلات بين النجوم.
ب. توسيع المعرفة حول تطور وسلوك الحيوانات المختلفة من الخلايا البسيطة إلى الإنسان. من بين أمور أخرى، التحقق من تطور المستعمرات البكتيرية في تسارع الصفر.
2. إجراء البحوث في مجالات البيئة وعلم المحيطات والزراعة (بما في ذلك اكتشاف حقول الخشخاش - الحشيش)، والغابات، وصيد الأسماك (اكتشاف أسراب كبيرة من الأسماك)، والجيولوجيا (اكتشاف الرواسب المعدنية) والجغرافيا.
3. علم الفلك - شدة ظهور التوهجات الشمسية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وتصوير الغلاف الجوي للشمس وهالة الضوء الأبيض حول قرصها.
4. الفيزياء الفلكية – النظام الشمسي والأجرام التي تقع خارجه ويشمل ذلك تتبع الجزيئات وامتصاصها أو تصويرها، وتصوير الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من النجوم والغاغينشين. (Gegenscheein) – ضوء الشمس المنعكس من الغبار في النظام الشمسي. ويحيط معظم هذا الغبار بالشمس في مستوى مسير الشمس ويمكن أيضًا أن يتشكل تركيز لهذا الغبار عند نقطة لاغرانج 2. وأجهزة القياس موجودة في الفتحة الموجودة على جدار المختبر.
5. اختبار بعض العمليات الإنتاجية باستخدام الفراغ (الفراغ) وانعدام الوزن. وشملت هذه التجارب اللحام باستخدام شعاع الإلكترون واستخدام المواد المنصهرة لإنتاج معادن ذات قوة نادرة مثل الفولاذ الإسفنجي (فولاذ خفيف مثل الإسفنج وقوي مثل الفولاذ من أجود الأنواع)، وإنتاج محامل كروية مثالية، و إنتاج عدسات متطورة ومركبات كيميائية نقية والمزيد. اختبار تأثير انعدام الوزن على المعادن المنصهرة.
6. التخطيط الهندسي والتكنولوجي - الاستخدام الأمثل لأجزاء المختبر مثل أماكن الطاقم وتكييف الغرف لرواد الفضاء، وأنشطة رواد الفضاء واختبار الأجهزة المتنقلة، والبيئة الداخلية للمختبر، فحص طلاء منظمات الحرارة وقياس الأوساخ المتراكمة على التلسكوب.
7. بدلات الفضاء - تم تجهيز طاقم المختبر بنماذج جديدة من بدلات الفضاء. وما يميز هذه البدلات هو نظام الدفع الخاص بها الذي يسمح لرائد الفضاء بمراقبة تحركاته وتوجيه حركته. يمكن إجراء العملية يدويًا بمساعدة تيارات النيتروجين أو القدم. هذا النوع من محركات الأقراص يحرر اليدين لإجراء المزيد من العمليات الأساسية. يجب على رواد الفضاء اختبار أجهزة الدفع الخاصة بالبدلة.
8. تجارب إنقاذ رواد الفضاء – التمييز بين نوعين من حالات الطوارئ.
و. إنقاذ فريق المختبر - في حالة عدم تمكن الفريق من فصل المركبة الفضائية، يعود إلى المختبر وفي غضون 22 يومًا يتم إطلاق مركبة إنقاذ فضائية تلتصق بالمدخل الآخر للمختبر.
ب. يتم توجيه رواد الفضاء الموجودين في الفضاء ولا يمكنهم العودة إلى الأرض بسبب أعطال في المركبة الفضائية، نحو المختبر أو العكس حيث ينتظرون حتى إطلاق مركبة الإنقاذ.
تم التخطيط لإجمالي 287 تجربة بمساعدة 54 جهازًا علميًا وطبيًا، وهي مقسمة على النحو التالي:
1. 140 تجربة في البحث عن المعادن في التربة.
2. 25 تجربة في دراسة الشمس.
3. 28 تجربة في الطب وعلوم الحياة - تم استخدام 19 جهازاً لهذا الغرض.
4. 24 تجربة في الفيزياء الفلكية - تم استخدام 14 أداة لهذا الغرض.
5. 18 تجربة في مجال التكنولوجيا وصناعة الفضاء.
6. 13 تجربة في هندسة الإدارة والإنتاج.
7. 19 تجربة صممها طلاب المدارس الثانوية - فكرة مشاركة طلاب المدارس الثانوية في استكشاف الفضاء طرحتها وكالة ناسا عام 1969 بعد هبوط الإنسان على سطح القمر. بدأ برنامج الفضاء يعاني من انتكاسة. قامت الرابطة الوطنية الأمريكية لمدرسي العلوم بتنظيم المسابقة واختيار الحكام والتأكد من وجود توزيع جغرافي عادل للفائزين. تم تقديم 3,400 مقترح لوكالة ناسا، تم اختيار 25 منها، وتطلبت ستة تجارب ميزانية كبيرة للغاية ومعدات خاصة ووقتًا طويلاً من رواد الفضاء. ولم يتبق سوى 19 تجربة، منها تجربة على العناكب (سكايلاب 3)، ومحاولة اختبار المهارات الحركية لرواد الفضاء أثناء الرحلة (سكايلاب 4).
هيكل المختبر
وكما ذكرنا، فإن المختبر الفضائي لم يتم بناؤه وفق التقنيات الجديدة. والمكون الرئيسي للمختبر هو المرحلة الثالثة لقاذفة ساتورن 5. ويبلغ وزن المختبر بأكمله 90.607 طن وحجمه 349 متر مكعب. طوله 36 مترا. يتكون المعمل من 4 أجزاء:
1. المختبر - الورشة المدارية (OWS).
2. وحدة معادلة الضغط (AM).
3. محول الإرساء المتعدد (NDA).
4. التلسكوب - حامل تلسكوب أبولو (ATM).
المعمل
يبلغ طول المختبر 14.6 مترًا، وقطره 6.6 مترًا، ويزن 38.380 طنًا، ويبلغ حجمه 292 مترًا مكعبًا. فهو يوفر للطاقم مكانًا للعمل والعيش أثناء وجودهم في الفضاء. إنه بمثابة قاعدة لمجموعة كبيرة من رفوف الطاقة الشمسية ومستودع للغاز البارد والوقود لنظام التحكم في الاتجاه ومستودع إمداد ومراحيض وقمامة. تم استخدام المختبر الذي تم استخدامه في الأصل كمرحلة ثالثة لقاذفة Saturn 5 من حيث الهيكل كما هو. تم تحويل خزان الهيدروجين إلى طابقين للأقسام وتم تحويل العمل وخزان الأكسجين السائل إلى خزان للقمامة.
سلة المهملات
ينقسم الخزان إلى قسمين. الأول بحجم 62.5 متر مكعب للنفايات الصلبة وأكياس السوائل والجزء الأصغر 7.4 متر مكعب للسوائل. يتم إغلاق كلا جزأين الخزان بأغطية معدنية لمنع التسرب.
أرضية
1. المطبخ - مساحة المطبخ 9.3 متر مربع ويوجد طاولة طعام وخزائن طعام - الثلاجات. يتم تقسيم الطاولة إلى ثلاث صواني فردية لمنع الحركة غير الضرورية لفتح وإغلاق الثلاجات. كل هذا يأتي لمنع انسكاب الطعام. ولكل رائد فضاء صينية خاصة به يقوم بإعداد وجباته عليها. يوجد أيضًا في المطبخ سخانات شخصية لتسخين الطعام وصنبور للشرب يسمح برشفة أونصة واحدة في كل مرة تريد فيها الشرب. يتم ضخ الماء تحت الضغط ويتم تفعيل جهاز الضخ في الأسفل لإزالته. كانت هناك فكرة لتجهيز رواد الفضاء بالنبيذ، لكنها تم وضعها على الرف.
2. غرف النوم وأماكن المعيشة – لكل رائد فضاء غرفة نوم شخصية ينام فيها على شكل أرجوحة شبكية. تحتوي الخلايا على إضاءة للقراءة. مساحة غرفة النوم 6.5 متر مربع.
3. الحمامات - أ. يستحم رائد الفضاء مرة واحدة في الأسبوع بالكمية المخصصة له من الماء. يتم ضخ الماء إلى الحمام تحت فراغ. ب. المرحاض الموجود في غرفة الراحة مزود بتيارات هوائية داخلية، ويتم تجميد البراز وإعادته إلى الأرض ويتم فحص البول يوميًا. يتم فصل الحمامات عن الغرف الأخرى بحيث تمنع تسرب الروائح الكريهة والأجزاء القادرة على الحركة والطفو في مساحة المختبر.
4. غرفة التجارب والتدريب - تشغل هذه الغرفة حوالي نصف مساحة الطابق الأول. هنا المعدات الطبية: نظام القلب والأوعية الدموية، والكرسي الدوار ومقياس العمل. ومن بين لوحات التحكم الثلاثين، ستة منها للتجارب، وسبعة لكسر الدوائر والباقي للاتصالات الداخلية وإنذار الحريق ومنافذ الأجهزة المختلفة.
يوجد في الـ 58 خزانة المجاورة لجدار المختبر ثلاجات طعام، ومسجل صوت، وبطاقات، وكتب، ومناظير، ولعبة رمي السهام، ولوحة الرماية، ومعدات التمارين الرياضية.
الطابق الثاني
أدوات البحث الموجودة هنا هي الميزان، وهو جهاز قياس بانورامي يعمل بالموجات فوق الصوتية. يوجد في جانب الأرضية فتحات مساحة كل منها 0.21 متر لتعريض الأجهزة للمساحة. وتشمل الخزائن الـ 25 مبردات طعام ومياه وحبال وأنابيب ومصابيح محمولة وفلاتر تعمل على مبدأ الفحم ومراوح وثلاثة أنواع من بدلات الضغط. يبلغ وزن مبردات المياه 272 كجم لكل منها. يمتلك رواد الفضاء حاوية محمولة تزن 12 كجم.
لا يحتوي المختبر على مصعد ولذلك تم تركيب العديد من المقابض التي تسمح بالانتقال من طابق إلى آخر. الأرضية مصنوعة من شبكة خاصة تُعلق عليها أحذية رواد الفضاء. وذلك لمنع الارتفاع المفاجئ والخطير. تم استبدال باب المدخل متعدد الاستخدامات بغطاء المدخل الذي كان موجودًا في الجزء الأمامي من قبة خزان الهيدروجين السائل لمرة واحدة. ويتم وضع باب آخر على جانب المختبر للسماح للعمال والفنيين بالوصول بسهولة إلى الداخل أثناء اختبار ما قبل الإطلاق.
يمكن لرواد الفضاء أن ينظروا من خلال نافذة في أماكن المعيشة. النافذة تقع في منتصف الكابينة ويبلغ قطرها 54 سم وهي مصنوعة من الزجاج المزدوج مع ترتيب للتدفئة للحماية من الضباب. يوجد في سقف غرف المعيشة مرافق إضاءة يمكن مراقبتها بشكل منفصل. يمكن أيضًا استخدام المصابيح المحمولة للإضاءة الإضافية. جدران المختبر محمية من الداخل بألواح الألمنيوم المقاومة للحريق ومن الخارج بغمد واقي ضد صدمات النيزك. يتكون الدرع من لوح ألومنيوم بسمك 0.6 مم يتم تثبيته بالمختبر أثناء الإطلاق. ثم يتم فصلها عنه بانفجار آليات التوصيل الزنبركية وتثبيتها على مسافة 12.7 سم من جدران المختبر.
المختبر مكيف ويوفر شعوراً بيئياً مريحاً عند درجة حرارة تتراوح بين 15.6 و32.2 درجة. يتكون الغلاف الجوي من 76% نيتروجين و 24% نيتروجين وضغط جوي 0.35. تعمل المراوح على إبقاء الهواء في حركة مستمرة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. ويتغذى المعمل بجناحين ضخمين من رفوف الطاقة الشمسية منتشرة على الجانبين موازية لبعضها البعض و4 أجنحة على التلسكوب مصممة لامتصاص الطاقة من الشمس. لقد تم بناؤها بطريقة مرنة تسمح لها بامتصاص الأحمال المفاجئة وتكون قادرة على توليد طاقة تبلغ 22.8 كيلووات. يبلغ طول جناحي المختبر 9.5 مترًا وعرض كل منهما 8.3 مترًا. وتبلغ قوة كل جناح 6.2 كيلووات ووزنه 1840 كجم. وتنقسم الطاقة إلى أربع وحدات فرعية تغذي 8 بطاريات بقوة 33 أمبير/ساعة لكل منها مشتركة بين الرفين.
يوجد في المختبر 3240 لتراً من الماء وأكثر من 340 كيلوغراماً من المواد الغذائية. وهذا المبلغ يزيد بنسبة 19% عن المبلغ المطلوب للإقامة الإجمالية لمدة 140 يومًا في الفضاء. يحتوي المختبر على مجموعتين من 2 محركات ملاحية في كل منهما في الجزء الخلفي من المختبر. الوقود موجود في 3 جسم كروي. الجسم الثالث والعشرون يحتوي على غاز مضغوط. تبلغ قوة الدفع لكل محرك 22 كجم/ثانية. أنف مخروطي خاص يزن 23 طنًا يحمي الأجزاء الحساسة من المختبر أثناء الإقلاع والمرور عبر طبقات الهواء الكثيفة في الغلاف الجوي. يعطي القوس للمختبر شكلاً ديناميكيًا هوائيًا.
مياه الصرف الصحي والنفايات
وتم تركيب آلية في المعمل لتنقية مياه الصرف الصحي لإعادة استخدامها والتقليل من حجم النفايات. ويبلغ وزن الآلية 400 كجم وهي قادرة على العمل دون صيانة أو إصلاح لمدة ثلاث سنوات وبانتاج متواصل 1270 واط. يتم تنشيط الآلية بواسطة نظير اليورانيوم 238 المشع الذي يزودها بالطاقة. يتم نقل أي مادة غير معدنية موجودة في المختبر إلى نظام التخلص من القمامة، بما في ذلك المواد البلاستيكية والملابس وبقايا الطعام والإفرازات. وفي النظام يتم تبخير السوائل (7 لترات لكل رائد فضاء) من النفايات وتنقيتها من البكتيريا بحد أدنى من الخسارة يبلغ 2% فقط في كل دورة تنقية. يتم سحق النفايات الصلبة وتجفيفها وحرقها إلى حجم لا يتجاوز 1% من حجم النفايات الأصلية.
وفي الفصل التالي سنواصل وصف هيكل المحطة
