Φαντάσου ότι είσαι αστροναύτης και ταξιδεύεις προς τον Άρη. Ξαφνικά συμβαίνει το αδιανόητο, όλα τα ηλεκτρονικά συστήματα πλοήγησης τίθενται εκτός λειτουργίας. Πώς θα βρεις τον δρόμο της επιστροφής;
Για τους αστροναύτες της NASA, η απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε ένα εργαλείο πλοήγησης που εφευρέθηκε πριν από περίπου 300 χρόνια. Tον εξάντα. Το όργανο που χρησιμοποιούσαν οι ναυτικοί στη Γη και οι αστροναύτες στις πρώτες αποστολές της NASA αποτελεί τη λύση ανάγκης για ταξίδια στη Σελήνη και ενδεχομένως ακόμη μακρύτερα, σε περίπτωση που η υψηλή τεχνολογία προδώσει το πλήρωμα.
Παραδοσιακά, ο εξάντας μέτρα τη γωνία ανάμεσα σε ουράνια σώματα, όπως αστέρια και πλανήτες, επιτρέποντας τον υπολογισμό της ακριβούς θέσης του παρατηρητή. Πέρα όμως από τη χρήση του σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, οι μηχανικοί της NASA δείχνουν πλέον αυξημένο ενδιαφέρον για τις αρχαίες αυτές τεχνικές προσανατολισμού μέσω των άστρων, καθώς η ανθρωπότητα ετοιμάζεται να φτάσει στον Άρη.
«Όσο απομακρυνόμαστε, τόσο λιγότερο μπορούμε να βασιζόμαστε σε επίγειες τεχνολογίες πλοήγησης, όπως οι δορυφόροι», εξηγεί ο Γκρεγκ Χολτ, διευθυντής συστημάτων πλοήγησης για το διαστημόπλοιο Orion και τις αποστολές Artemis στη Σελήνη. «Επομένως, πρέπει να επιστρέψουμε σε αυτό που θα αποκαλούσα κλασικές τεχνικές πλοήγησης. Ορισμένες από αυτές παραπέμπουν στον τρόπο που ταξίδευαν οι ναυτικοί τον 16ο, τον 17ο και τον 18ο αιώνα».
Εκείνη την εποχή, «έπρεπε να κοιτάξεις τα αστέρια για να καταλάβεις πού βρίσκεσαι και να προσδιορίσεις τον προσανατολισμό σου σε σχέση με αυτά», σημειώνει. Αυτές οι γνώσεις μπορεί να αποδειχθούν σωτήριες στο βαθύ διάστημα, «καθώς τα ουράνια σώματα είναι τα μόνα σημεία αναφοράς που σου απομένουν μόλις απομακρυνθείς από τη Γη».
Επιπλέον, η πλοήγηση μέσω των άστρων μπορεί να σώσει ζωές: «Θέλουμε να είμαστε βέβαιοι ότι το πλήρωμα έχει τον τρόπο να επιστρέψει ασφαλώς στη Γη, ακόμη κι αν για κάποιο λόγο χαθεί η επικοινωνία».
Από τη ναυσιπλοΐα στη Σελήνη
Το 2018, ο Χολτ και η ομάδα του ζήτησαν από δύο αστροναύτες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), τη Σερίνα Ονιόν-Τσάνσελορ και τον Αλεξάντερ Γκερσ, να δοκιμάσουν έναν εξάντα χειρός, πραγματοποιώντας μετρήσεις με γυμνό μάτι.
«Ζητήσαμε από το πλήρωμα να πραγματοποιήσει δοκιμές με έναν χειροκίνητο εξάντα, ως εναλλακτική μέθοδο εκτάκτου ανάγκης για την επιστροφή από τη Σελήνη αν διακοπούν οι επικοινωνίες», αναφέρει ο Χολτ. «Χωρίς επικοινωνία χάνεται και η ραδιοπλοήγηση με τη Γη, οπότε είσαι εντελώς μόνος σου».
Οι εξάντες ήταν απαραίτητο εργαλείο στα μεγάλα εξερευνητικά ταξίδια του 18ου και 19ου αιώνα.
Το πείραμα αυτό αξιοποίησε την πλούσια ιστορία της ναυσιπλοΐας. Στη δεκαετία του 1960, η NASA προσάρμοσε τις αρχαίες μεθόδους παρατήρησης των άστρων στις διαστημικές πτήσεις, αν και αρχικά οι αστροναύτες διατηρούσαν τις επιφυλάξεις τους.
Ο Νιλ Άρμστρονγκ, ο πρώτος άνθρωπος που πάτησε στη Σελήνη, θυμόταν: «Ένα από τα πράγματα που με προβλημάτιζαν τότε ήταν αν η πλοήγησή μας θα ήταν αρκετά ακριβής […]. Αν χάναμε την επικοινωνία με τη Γη, θα μπορούσαμε να πλοηγηθούμε μόνοι μας χρησιμοποιώντας την αστρονομική ναυτιλία; Πιστεύαμε πως ναι, αλλά ήταν τεχνικές που δεν είχαμε δοκιμάσει στην πράξη».
Η απάντηση ήταν θετική. Ο Άρμστρονγκ και άλλοι αστροναύτες χρησιμοποίησαν με επιτυχία εξάντες και άλλες μεθόδους παρατήρησης με γυμνό μάτι, τόσο σε καθημερινή βάση όσο και σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Ο Μπαζ Όλντριν κατέφυγε σε έναν εξάντα χειρός και έναν χάρτη κατά τη διάρκεια της αποστολής Gemini XII το 1966, λόγω βλάβης στο ραντάρ. Παράλληλα, στην επεισοδιακή αποστολή του Apollo 13 το 1970, ο Τζιμ Λόβελ χρησιμοποίησε την οπτική επαφή με τη Γη στο τελευταίο σκέλος του ταξιδιού για να επιστρέψει ασφαλώς.
Το πείραμα του 2018 στον ISS στέφθηκε επίσης με επιτυχία. Τα αποτελέσματα ήταν τόσο ακριβή που επιβεβαίωσαν ότι ένας εξάντας χειρός μπορεί να οδηγήσει το πλήρωμα πίσω στη Γη σε μια κρίσιμη στιγμή. Μάλιστα, οι αστροναύτες ανέφεραν ότι η χρήση του σε συνθήκες μικροβαρύτητας ήταν ευκολότερη από ό,τι στη Γη.
Μιλώντας μέσω βιντεοκλήσης από το Χιούστον, ο Χολτ δείχνει έναν μαύρο εξάντα στην ουσία το ίδιο παραδοσιακό εργαλείο που χρησιμοποιούν οι ναυτικοί, με ελάχιστες τροποποιήσεις για το διάστημα. Οι γωνίες του έχουν στρογγυλευτεί για να μην προκληθούν φθορές στο σκάφος, ενώ διαθέτει ειδικό αυτοκόλλητο σκρατς για να στερεώνεται στον τοίχο και να μην αιωρείται.
Πέρα από αυτές τις λεπτομέρειες, είναι ακριβώς η ίδια συσκευή που θα έβρισκε κανείς σε ένα πλοίο, σημειώνει ο Χολτ.
Στο διαστημόπλοιο Orion, οι αστροναύτες χρησιμοποιούν μια εξελιγμένη εκδοχή του εξάντα, ένα οπτικό σύστημα πλοήγησης, ως πρώτη εναλλακτική αν καταρρεύσουν τα υπόλοιπα συστήματα. Μια κάμερα προσαρμοσμένη στο σκάφος φωτογραφίζει τα γύρω αστέρια και τους πλανήτες, «κάνοντας ακριβώς ό,τι θα έκανε ένας αστροναύτης με τον εξάντα», εξηγεί ο Χολτ. Μέσω επεξεργασίας εικόνας, η κάμερα υπολογίζει τις γωνίες ανάμεσα στα άστρα και τους πλανήτες, καθώς και τη διάμετρο των πλανητών, επιτρέποντας στον υπολογιστή να εκτελεί αυτόματα διορθώσεις πορείας.
«Στο Orion, το σύστημα Οπτικής Πλοήγησης λειτουργεί ως εφεδρικό, εξασφαλίζοντας δυνατότητα αυτόνομης πλοήγησης αν χαθεί η επικοινωνία και η υποστήριξη από τη Γη», αναφέρει ο Χολτ. Κατά τις αποστολές Artemis, το σύστημα ενεργοποιείται προληπτικά μία φορά την ημέρα. «Έτσι επιβεβαιώνουμε ότι λειτουργεί σωστά, ενώ παράλληλα συλλέγουμε πολύτιμα δεδομένα για την ομάδα των μηχανικών μας», προσθέτει. Παράλληλα, τα στοιχεία αυτά διασταυρώνονται με τους υπολογισμούς των επίγειων σταθμών.
Αν όμως καταρρεύσει και αυτό το ψηφιακό σύστημα, τη σκυτάλη παίρνει ο παραδοσιακός εξάντας.
Κατά την προετοιμασία της αποστολής Artemis II προς τη Σελήνη τον Απρίλιο, ένας εξάντας χειρός ήταν έτοιμος προς χρήση πριν από την εκτόξευση. Αν προέκυπτε πρόβλημα με τις κάμερες του οπτικού συστήματος, ο εξάντας θα φορτωνόταν στο σκάφος την τελευταία στιγμή. Δεν αποτελεί μόνιμο εξοπλισμό του Orion, καθώς δεν θεωρείται απαραίτητος υπό κανονικές συνθήκες: «Κάθε γραμμάριο βάρους μετράει στις διαστημικές αποστολές», υπογραμμίζει.
Αν συμβεί μια ολική ατυχία μετά την εκτόξευση, οι αστροναύτες δεν θα έχουν μαζί τους τον εξάντα χειρός. Είναι όμως εκπαιδευμένοι σε άλλες τεχνικές παρατήρησης με γυμνό μάτι. Μία από αυτές είναι ο υπολογισμός του χρόνου κατά τον οποίο συγκεκριμένα αστέρια εξαφανίζονται πίσω από τη Γη ή τη Σελήνη, προσδιορίζοντας έτσι κατά προσέγγιση τη θέση του σκάφους.
Ο Χολτ σημειώνει ότι η εξοικείωση με το παραδοσιακό αυτό όργανο είναι χρήσιμη και για τους μηχανικούς της NASA. Όταν καθοδηγεί τις ομάδες που αναπτύσσουν τα νέα συστήματα υψηλής τεχνολογίας, φροντίζει «να εξασκούνται όλοι στη χρήση του εξάντα, ώστε να κατανοούν τις βασικές αρχές, τα μαθηματικά και τη γεωμετρία πίσω από την πλοήγηση».
Με οδηγό τους αστεροειδείς
Υπάρχουν κι άλλα διαχρονικά μυστικά πλοήγησης που βοηθούν τους σύγχρονους αστροναύτες. Για παράδειγμα, τα λαμπερά και εύκολα αναγνωρίσιμα αστέρια που οδηγούσαν τους ναυτικούς για αιώνες παραμένουν εξαιρετικά χρήσιμα σημεία αναφοράς στο διάστημα, καθώς εντοπίζονται εύκολα από το ανθρώπινο μάτι.
Στις αποστολές προς τον Άρη, στα σημεία αυτά ενδέχεται να προστεθούν και οι αστεροειδείς. «Θα μπορούσαμε να πούμε στον αστροναύτη: περιμένουμε ο αστεροειδής να βρίσκεται στα μισά της απόστασης ανάμεσα στα δύο βασικά αστέρια των Διδύμων. Κοίταξε εκεί, βρες τον αστεροειδή, κάνε τις μετρήσεις σου, σύγκρινέ τες με τις αναμενόμενες και κάνε τους υπολογισμούς». Αν υπάρχει απόκλιση, το πλήρωμα διορθώνει την πορεία του.
«Για μένα, η μαγεία αυτής της δουλειάς έγκειται στο πώς συνδέονται όλες αυτές οι τεχνικές, από τις πρώτες παρατηρήσεις των άστρων πάνω από τα καταστρώματα των πλοίων, μέχρι τον τρόπο που σχεδιάζουμε να ταξιδέψουμε στον Άρη και ακόμη μακρύτερα», καταλήγει ο Χολτ.
Ακόμη και τα πιο μακρινά ταξίδια βασίζονται στις ίδιες θεμελιώδεις αρχές: την παρατήρηση των άστρων, τη σύγκριση αντικειμένων με αυτά και τη χρήση της γεωμετρίας για να βρούμε πού βρισκόμαστε. «Είτε το κάνουμε χειροκίνητα με έναν εξάντα είτε με μια κάμερα υψηλής τεχνολογίας, είναι συναρπαστικό το πώς όλες αυτές οι μέθοδοι μοιράζονται την ίδια λογική και τα ίδια μαθηματικά θεμέλια».
Με πληροφορίες από BBC
