رقابت برای جایگزینی ایستگاه فضایی بین‌المللی پیش از خروج از مدار در ۲۰۳۰

ایستگاه فضایی بین‌المللی از نوامبر ۲۰۰۰ به طور پیوسته مسکونی بوده است. ناسا تا سال ۲۰۳۰ قصد دارد آن را در اقیانوس آرام جنوبی سقوط دهد — و چهار شرکت تجاری در حال ساخت جایگزین آن هستند.

زمان‌بندی خروج از مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی

ناسا در سال ۲۰۲۴ قراردادی ۸۴۳ میلیون دلاری به SpaceX اعطا کرد تا وسیله نقلیه خروج از مدار ایالات متحده را بسازد — یک فضاپیمای اختصاصی که به ISS متصل شده و ورود کنترل‌شده به اقیانوس آرام جنوبی را انجام می‌دهد، همان محدوده اقیانوسی که ایستگاه Mir روسیه در سال ۲۰۰۱ در آن فرود آمد. خروج از مدار برای ژانویه ۲۰۳۱ برنامه‌ریزی شده است، و ISS در سال ۲۰۲۸ به عملیات تجاری کاهش‌یافته منتقل می‌شود زیرا خدمه شروع به جابجایی به سکوهای تجاری جدید می‌کنند.

این انتقال یک ضرب‌الاجل سخت ایجاد می‌کند. ایستگاه‌های تجاری باید قبل از ۲۰۳۱ عملیاتی شوند، در غیر این صورت شکافی در حضور پروازهای فضایی سرنشین‌دار ایالات متحده در مدار پایین زمین ایجاد خواهد شد — شکافی که ایستگاه Tiangong چین، که اکنون با یک خدمه چرخشی سه نفره کاملاً عملیاتی است، به طور پیش‌فرض آن را پر می‌کند.

Axiom Space: رویکرد ماژولار

Axiom از میان چهار شرکت پیشروتر است. به جای ساخت یک ایستگاه آزاد از ابتدا، Axiom قصد دارد از سال ۲۰۲۶ ماژول‌هایی را به ISS متصل کند، از آن به عنوان سکوی راه‌اندازی استفاده کند و پس از خروج ISS از مدار به عنوان یک ایستگاه آزاد جدا شود. ناسا اولین ماژول Axiom (AxH1) را برای اتصال به پورت جلوی Node 2 تأیید کرده است.

Axiom قبلاً سه مأموریت فضانورد خصوصی به ISS پرتاب کرده است، تأسیسات تولیدی در هیوستون دارد و ۳۵۰ میلیون دلار در سری C تأمین مالی کرده است. مدل تجاری آن سه بخش را شامل می‌شود: مأموریت‌های فضانورد خصوصی با حدود ۵۵ میلیون دلار برای هر صندلی، قراردادهای تحقیقاتی با شرکت‌های بیوتکنولوژی برای کارهای دارویی در میکروگرانش، و مشتریان دولتی — عربستان سعودی، امارات متحده عربی و کره جنوبی همگی از طریق مأموریت‌های Axiom فضانورد فرستاده‌اند.

رویکرد ماژولار ریسک کمتری نسبت به یک ایستگاه کاملاً جدید دارد اما به سازگاری با ISS و تمایل ناسا برای ادامه پذیرش اتصال Axiom در اواخر دهه ۲۰۲۰ وابسته است.

Vast و Haven-1

Vast، که توسط Jed McCaleb (هم‌بنیانگذار Ripple و Stellar) پشتیبانی می‌شود، رویکردی سریع‌تر و کوچک‌تر دارد. Haven-1 یک ایستگاه تک‌ماژول — ۱۰ متر تحت فشار — است که هدف آن پرتاب با Falcon 9 اسپیس‌ایکس است، و Haven-2، یک طرح چندماژول بزرگ‌تر، دنبال خواهد شد. Vast برای مأموریت‌های سرنشین‌دار Dragon با SpaceX قرارداد بسته است.

تز این شرکت این است که بازار تجاری سرعت و انعطاف‌پذیری را بر بلندپروازی در مقیاس ISS ترجیح می‌دهد. Haven-1 عمدتاً برای تحقیقات و بازار رو به رشد فضانوردان خصوصی طراحی شده است، نه به عنوان جایگزینی برای توانایی علمی کامل ISS. اگر طبق برنامه پرتاب شود، اولین ایستگاه سرنشین‌دار آزاد تجاری در تاریخ خواهد بود.

Starlab: Nanoracks و Airbus

Starlab یک سرمایه‌گذاری مشترک بین Nanoracks (توسط Voyager Space خریداری شده) و Airbus است. این طرح بلندپروازانه‌ترین مفهوم پرتاب تکی است: یک ایستگاه ۳۴۰ متر مکعبی — تقریباً قابل مقایسه با بخش آمریکایی ISS — که به عنوان یک محموله واحد در یک Starship پرتاب می‌شود، با تاریخ هدف ۲۰۲۸.

Airbus میراث واقعی ایستگاه فضایی را به ارمغان می‌آورد. این شرکت آزمایشگاه تحقیقاتی Columbus و وسیله نقلیه انتقال خودکار که سال‌ها ISS را تأمین می‌کرد، ساخته است. Nanoracks از سال ۲۰۰۹ به صورت تجاری در داخل ISS فعالیت کرده است — ماهواره‌های کوچک مستقر کرده، محموله‌های تحقیقاتی را مدیریت کرده — و بیش از هر شرکت خصوصی دیگری تجربه عملیات مداری تجاری دارد.

یک پرتاب موفق Starlab به ایالات متحده یک ایستگاه تجاری با حجم بزرگ قبل از خروج ISS از مدار خواهد داد. وابستگی به Starship ریسک مسیر بحرانی است: Starship هنوز در مراحل آزمایش پرواز است و لجستیک اتصال یک ماژول تحت فشار ۳۴۰ متر مکعبی به مرحله بالایی Starship برای پرتاب پیچیده باقی مانده است.

Orbital Reef از Blue Origin

Orbital Reef مفهوم ایستگاه تجاری Blue Origin است که با مشارکت Sierra Space، Boeing و Redwire ساخته شده است. Blue Origin در سال ۲۰۲۱ یک جایزه ۱۳۰ میلیون دلاری از ناسا برای مقصد تجاری مدار پایین زمین دریافت کرد.

ساختار مشارکت قابل توجه است: Sierra Space زیستگاه بادی LIFE (۲۷ متر مکعب قابل گسترش) را ارائه می‌دهد، Boeing مهندسی سیستم‌های ایستگاه را انجام می‌دهد، و Redwire در تولید در فضا تخصص دارد. مفهوم طراحی "پارک کسب‌وکار چندمنظوره" شامل چندین پورت اتصال برای کاربران تجاری همزمان است.

زمان‌بندی‌ها از اهداف اولیه ۲۰۲۵–۲۰۲۷ به ۲۰۲۸–۲۰۲۹ لغزیده است. موشک New Glenn از Blue Origin — یک پیش‌نیاز — برای اولین بار در ژانویه ۲۰۲۵ با موفقیت پرواز کرد و یک وابستگی مسیر بحرانی را حذف کرد. چالش اکنون سرعت اجرا است: Blue Origin از نظر تاریخی در برنامه‌های توسعه مشابه کندتر از SpaceX حرکت کرده است.

چه تحقیقاتی واقعاً به ایستگاه فضایی نیاز دارد

تبلیغات تجاری برای هر چهار ایستگاه به مجموعه محدودی از کاربردهای تحقیقاتی خلاصه می‌شود که میکروگرانش در آن‌ها واقعاً ضروری است، نه فقط جدید. تبلور دارویی: برخی پروتئین‌ها در میکروگرانش بلورهای بزرگ‌تر و خالص‌تری رشد می‌کنند که تحقیقات فرمولاسیون دارو را بهبود می‌بخشد. تولید فیبر نوری ZBLAN: این فیبر شیشه‌ای فلوراید تضعیف کمتری نسبت به سیلیس دارد، اما ساختار بلوری آن بدون رسوب ناشی از گرانش یکنواخت‌تر تشکیل می‌شود. علم مواد روی شیشه فلزی و آلیاژهای دمابالا. و مطالعات فیزیولوژی انسانی برای مأموریت‌های فضایی عمیق طولانی‌مدت — داده‌های مورد نیاز برای ارسال انسان به مریخ نیاز به قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض میکروگرانش دارد که در زمین قابل تکرار نیست.

سؤال اقتصادی این است که آیا این کاربردها به همراه گردشگری فضایی می‌توانند چندین ایستگاه را همزمان نگه دارند. هزینه عملیات ISS برای ناسا تقریباً ۳ میلیارد دلار در سال است. ایستگاه‌های تجاری ممکن است کم‌هزینه‌تر باشند — تخمین‌ها از ۸۰۰ میلیون تا ۱٫۵ میلیارد دلار در سال متغیر است — اما بازار تحقیقات تجاری LEO در حال حاضر حدود ۳۰۰–۴۰۰ میلیون دلار در سال تخمین زده می‌شود. گردشگری، تولید و قراردادهای دولتی باید شکاف را پر کنند.

بعد ژئوپلیتیکی

ایستگاه Tiangong چین عملیاتی است و در حال گسترش است. قانون ایالات متحده همکاری ناسا با آژانس فضایی چین را ممنوع می‌کند، بنابراین Tiangong گزینه‌ای برای محققان آمریکایی نیست. مشارکت مداوم روسیه در ISS از سال ۲۰۲۲ به طور فزاینده‌ای پرتنش شده است؛ Roscosmos اعلام کرده که قصد دارد ایستگاه ملی ROSS خود را بسازد، هرچند کمبود بودجه زمان‌بندی را آرمانی می‌کند.

رقابت ایستگاه تجاری تا حدی یک پوشش ریسک در برابر سناریویی است که در آن ISS از مدار خارج می‌شود، جانشینان تجاری آمریکایی به تأخیر می‌افتند و Tiangong تنها سکوی سرنشین‌دار عملیاتی در مدار پایین زمین می‌شود — با دسترسی کنترل‌شده توسط دولتی که مشارکت ایالات متحده را ممنوع می‌کند.

انتقال چگونه خواهد بود

تا سال ۲۰۳۱، تصویر مداری می‌تواند شامل یک ISS خارج‌شده از مدار، یک یا دو ایستگاه تجاری عملیاتی در اندازه‌ها و سطوح قیمتی مختلف، یک Tiangong چین گسترش‌یافته با ماژول‌های اضافی، و احتمالاً یک Lunar Gateway نوپا در فضای سیسلونار برای پشتیبانی از مأموریت‌های Artemis باشد. هر چهار رقیب تجاری تا وضعیت عملیاتی زنده نخواهند ماند — بازار بعید است همه آن‌ها را همزمان حفظ کند و انضباط سرمایه در نهایت بر دو یا سه طرحی متمرکز خواهد شد که آمادگی واقعی پرتاب را نشان دهند.

این انتقال پرریسک‌ترین تحویل زیرساخت در تاریخ پروازهای فضایی سرنشین‌دار است: یک سکوی ۴۲۰ تنی که در ۳۰ سال توسط ۱۵ کشور ساخته شده، به شرکت‌های خصوصی واگذار می‌شود که با زمان‌بندی استارتاپی و انتظارات سرمایه‌گذاران کار می‌کنند. شرکت‌هایی که موفق شوند، تعریف خواهند کرد که انسان‌ها در ۳۰ سال آینده کجا در فضا زندگی و کار می‌کنند.