همزمان با آمادهسازی ناسا برای نخستین پایگاه فضایی ماه بشریت، مهندسان در حال توسعه سیستمی برای کنترل ترافیک هستند تا حرکت فضاپیماها را ایمن و کارآمد نگه دارند.
در دو دهه آینده، گیتوی (Gateway) برنامهریزیشده ناسا میتواند به نخستین پایگاه فضایی ماه تبدیل شود و نقش محوری در پذیرش کپسولهای خدمه اورایون، فرودگرهای ماه، وسایل نقلیه باربری و فضانوردانی که بین زمین، ماه و در نهایت اعماق فواصل دور سفر میکنند، ایفا کند.
برخلاف یک فرودگاه روی زمین، گیتوی فاقد باند پرواز، مسیرهای تاکسیروی یا اعلامیههای گیت خواهد بود. در عوض، فضاپیماها از طریق یک شبکه نامرئی که تحت تأثیر گرانش زمین، ماه و منطقه اطراف آن شکل گرفته است، حرکت میکنند؛ جایی که مسیرها توسط قوانین ریاضی دقیق هدایت میشوند.
مدیریت این ترافیک نیازمند نوعی کنترل ترافیک هوایی مداری خواهد بود.
مهندسان از دانشگاه تگزاس A&M، مرکز فضایی جانسون ناسا و دانشگاه پرdue الگوریتمها و راهبردهای عملیاتی را برای فضاپیماهای منتظر در نزدیکی گیتوی و همچنین برای مدیریت چندین وسیله نقلیهای که در یک محیط مداری مشترک حرکت میکنند، توسعه دادهاند.
کار آنها دستورالعملهای ریاضی و «قوانین راهنمایی و رانندگی» مداری را ارائه میدهد که هدفشان کمک به چندین فضاپیما برای اشتراکگذاری ایمن و قابل پیشبینی این منطقه دشوار است.
یافتههای منتشرشده در Acta Astronautica بررسی میکنند که چگونه میتوان مصرف سوخت را با نیازهای عملیاتی متعادل کرد و خطر برخورد فضاپیماها را کاهش داد.
«آینده اکتشافات ماه به همان اندازه به مدیریت ترافیک وابسته است که به مهندسی راکت»، دکتر داین دیویس، دانشیار مهندسی فضایی در دانشکده مهندسی دانشگاه تگزاس A&M و یکی از نویسندگان این مطالعه، اظهار داشت.
مدار گیتوی چالش ترافیک را ایجاد میکند
ایجاد حضور پایدار انسان در نزدیکی ماه نیازمند چیزی فراتر از رسیدن به آن است. فضاپیماها همچنین به زیرساختی نیاز دارند که به آنها اجازه دهد بدون تداخل با یکدیگر، در همان محیط گرانشی ساکن شوند و حرکت کنند.
برای گیتوی و فضاپیماهای بازدیدکننده، آن محیط حول یک مدار هاله شبهخطی نزدیک (Near Rectilinear Halo Orbit) یا NRHO متمرکز است.
«مدار NRHO گیتوی مداری تقریباً پایدار و بسیار کشیده در اطراف ماه است که خط دید بیوقفهای برای ارتباطات با زمین فراهم میکند و برای حفظ آن به سوخت اندکی نیاز است»، دیویس گفت.
با این حال، گیتوی و وسایل نقلیه نزدیک به آن در طول حرکت در این مدار کشیده، همچنان تحت تأثیر تغییرات مداوم نیروهای گرانشی هر دو سیاره زمین و ماه قرار خواهند گرفت.
این مسیر برخلاف هیچ مداری نیست که پیشتر برای فضاپیماهای سرنشیندار استفاده شده باشد. این مدار گیتوی را تا فاصله ۱۰۰۰ مایلی از قطب شمال ماه میرساند و سپس آن را به فاصله نزدیک به ۴۰۰۰۰ مایلی فراتر از قطب جنوب حمل میکند.
یک ایستگاه واحد میتواند با انجام مانورهای دورهای موتورهای جت، سرراه خود را حفظ کند. اما وضعیت زمانی پیچیدهتر میشود که یک کپسول خدمه اورایون، یک وسیله نقلیه باربری بدون سرنشین و یک فرودگر بزرگ ماهی ممکن است همگی نیاز داشته باشند که به همان منطقه نزدیک شوند، پهلو بگیرند، جدا شوند یا در آنجا انتظار بکشند.
«برخوردها و آسیبهای جدی امکانپذیر است. برای اطمینان از ایمنی خدمه و موفقیت مأموریت، مدیریت مؤثر ترافیک در NRHO حیاتی است»، دیویس افزود.
مانور تعلیق، فضاپیماها را بهطور ایمن جدا نگه میدارد
یکی از ایدههای محوری پشت این سیستم ترافیکی، «مانور تعلیق» (Loitering) است که به معنای حفظ دقیق موقعیت یک فضاپیما نسبت به یک مدار یا مسیر خاص در حین انتظار است.
«مانور تعلیق در فضا به معنای حفظ موقعیت نسبی یک فضاپیما نسبت به یک مدار یا مسیر مشخص بدون اجرای فوری مانور است»، دیویس توضیح داد.
مفهوم پایه شباهت زیادی به مدیریت ترافیک فرودگاهی دارد. هواپیماها ممکن است در گیتها منتظر بمانند، در مسیرهای تاکسیروی مکث کنند یا قبل از دریافت مجوز برای ادامه حرکت، دور بزنند.
فضاپیمای نزدیکشونده به گیتوی ممکن است با تأخیرهای مشابهی مواجه شود. یک وسیله نقلیه ممکن است نیاز داشته باشد ساعتها، روزها یا حتی هفتهها منتظر بماند تا یک نقطه پهلوگیری در دسترس شود یا مأموریت دیگری به پایان برسد.
تفاوت اصلی این است که سطح ثابتی وجود ندارد و هر وسیله نقلیه در حال حرکت است.
«هر فضاپیمایی دائماً در حال حرکت است»، دیویس گفت. «این یک منطقه «گلدیلاکس» (مناسب و متعادل) است که در آن وسایل نقلیه «پارکشده» به اندازه کافی از هم دور باشند تا ایمن باشند، اما به اندازه کافی نزدیک مقصد خود بمانند تا منابع بهطور کارآمد استفاده شوند.»
تعیین آن تعادل، هدف مرکزی این پژوهش بود.
مهندسان با استفاده از هزاران شبیهسازی رایانهای، روشهایی را برای حفظ فاصله مناسب بین فضاپیماها در اطراف گیتوی آزمایش کردند و خطاهای ناوبری واقعی، عملکرد ناقص موتورهای جت و اختلالات کوچکی را که مأموریتهای آینده آرتمیس ممکن است تجربه کنند، در نظر گرفتند.
شبیهسازیها نشان داد که افزایشهای modest در مانورهای نگهداشت موقعیت میتواند فضاپیماها را بهطور قابلتوجهی نزدیکتر به موقعیتهای برنامهریزیشده نگه دارد، در حالی که تنها به تغییرات کوچکی در مصرف سوخت نیاز دارد.
«دقت مکانی بیشتر به برنامهریزان مأموریت اجازه میدهد تا بهتر پیشبینی کنند هر فضاپیما کجا خواهد بود و سوخت ارزشمند را حفظ کنند»، دیویس گفت.
دانستن محل هر وسیله نقلیه، هماهنگی زمانهای پهلوگیری، برنامهریزی عملیات ملاقات و کاهش خطرات برای مأموریتهای سرنشیندار و رباتیک را آسانتر میکند.
«هر مانوری هزینهای دارد»، دیویس گفت. «دقیقاً مانند کنترل ترافیک هوایی در زمین، فضاپیماها به موقعیتها و مسیرهای قابل پیشبینی نیاز دارند تا حرکات خود را بهطور ایمن هماهنگ کنند.»
قابلیت پیشبینی بیشتر، همچنین توالی پیچیده ورود و خروج فضاپیماها به گیتوی را سادهتر میکند.
یک تشکیل هندسی میتواند ترافیک ماه را سازماندهی کند
به جای اجازه دادن به وسایل نقلیه بازدیدکننده برای انتظار مستقل، فضاپیماها میتوانند در موقعیتهای محاسبهشدهای دقیقاً جلوتر یا عقبتر از گیتوی باقی بمانند تا زمانی که مجوز پهلوگیری یا جدایی به آنها داده شود. محققان این آرایش را تشکیل «گردنبند مرواریدی» توصیف میکنند.
«مشابه آرایش مرواریدها بر روی یک گردنبند، فضاپیماها بهطور طبیعی خود را در امتداد مدار ماه و نسبت به گیتوی مرتب میکنند»، دیویس گفت. «حفظ موقعیت وسیله نقلیه در حالت تعلیق نسبت به گیتوی، امکان تشکیل فشردهتری را فراهم کرده و خطر نزدیک شدن خطرناک وسایل نقلیه به یکدیگر را کاهش میدهد.»
این تغییر ممکن است کوچک به نظر برسد، اما میتواند چارچوب مهمی برای مدیریت عملیات رو به رشد و پیچیده در اطراف ماه ارائه دهد.
«این آغاز نوع جدیدی از کنترل ترافیک است. مرزه هیجانانگیزی در برنامهریزی برای زیرساخت یک سیستم حملونقل کامل»، دیویس افزود.
برای دیویس، برنامهریزی ترافیک مداری مستقیماً بر پایه سالها طراحی مأموریت و کار در زمینه آسترودینامیک بنا شده است.
قبل از پیوستن به بخش هوافضای دانشگاه تگزاس A&M در سال ۲۰۲۶، او بیش از یک دهه را در مرکز فضایی جانسون ناسا سپری کرد، جایی که به عنوان مهندس ارشد و رهبر طراحی مأموریت برای گیتوی خدمت کرد.
او اکنون به عنوان دانشیار، آسترودینامیک سیسلوناری و مدیریت ترافیک فضایی را مطالعه میکند و همزمان دانشجویان را برای مأموریتهای ماهی پیچیدهتر که ممکن است همراه با حضور دائمی انسان در اطراف ماه باشد، آماده میسازد.
«هیچ چیز مرا بیشتر از آموزش و توسعه مهندسان و دانشمندان آینده شاد نمیکند»، دیویس گفت. «این فرصتی فوقالعاده است، زیرا آنها کسانی خواهند بود که مأموریتهای ماهی را برنامهریزی کرده و ترافیک فضایی را برای بشریت فراتر از زمین مدیریت میکنند.»
اگر سفر به ماه در نهایت به امری عادی تبدیل شود، حفظ جریان ایمن این ترافیک به راکتها و فضاپیماها محدود نخواهد شد. این امر همچنین به قوانین ریاضی بستگی خواهد داشت که تعیین میکنند چه کسی منتظر بماند، چه کسی حرکت کند و چگونه وسایل نقلیه در فاصله نزدیک به ۲۴۰۰۰۰ مایلی از زمین بهطور ایمن از هم جدا بمانند.
ارجاع: «مدیریت ترافیک سیسلوناری: نگهداشت مدار و مانور تعلیق در NRHO گیتوی» نوشته داین سی. دیویس، بریان پی. مککاریتی، استفان تی. شوئرل، امیلی ام. زیمووان-اسپرین و کاتلین سی. هاوِل، ۳ ژوئن ۲۰۲۶، Acta Astronautica.
DOI: 10.1016/j.actaastro.2026.06.006