آژانس تحقیقات پیشرفته دفاعی ایالات متحده، که به اختصار دارپا شناخته میشود، به تازگی از طرحی جاه‌طلبانه به نام آنزیو (Anzio) پرده‌برداری کرده است. هدف اصلی این پروژه، ایجاد فناوری‌هایی است که دسترسی فضاپیماها به جو بالایی زمین را فراهم می‌آورد تا در جابجایی‌های سریع و وسیع مداری، به جای استفاده از سوخت‌های گران‌قیمت، از آن بهره گیرند. این رویکرد می‌تواند محدودیت‌های فعلی موجود در تغییر موقعیت مداری ماهواره‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش داده و قابلیت‌های عملیاتی آن‌ها را ارتقا بخشد.
هدف برنامه آنزیو؛ مانورهای سریع با حداقل سوخت
در تاریخ 9 نوامبر، آژانس دارپا از برنامه‌ای با نام آنزیو خبر داد. این طرح، که تحت نظارت دفتر فناوری‌های تاکتیکی دارپا اجرا میشود، بر روی توسعه فناوری‌هایی متمرکز است که به فضاپیماها امکان می‌دهد برای تغییرات بزرگ و سریع مداری خود، به جای وابستگی به سوخت‌های موشکی، از جو فوقانی زمین بهره ببرند. این رویکرد انقلابی، به شکل قابل توجهی نیاز به پیشرانه‌ها را کاهش می‌دهد.
هدف نهایی برنامه آنزیو، ایجاد فناوری‌های نوآورانه تحت عنوان «آیروبازدید» برای فضاپیماهاست که به آن‌ها این امکان را می‌دهد که جابجایی‌های مداری بزرگ، سریع و دقیقی را با نیاز کمتر به سوخت انجام دهند. دارپا چهار حوزه فناوری کلیدی را برای این پروژه مد نظر قرار داده است: سیستم‌های حفاظت حرارتی، سیستم‌ها و الگوریتم‌های کنترلی، سنجش اتمسفری و پوسته‌های سبک آیرودینامیکی. این برنامه بر روی سخت‌افزار و نرم‌افزاری تمرکز می‌کند که برای حفظ بقا و هدایت ماهواره‌ها در جو و بازگشت به مداری متفاوت به آن‌ها نیاز است.
چگونه جو زمین به کمک ماهواره‌ها می‌آید؟
فناوری آیروبازدید به مجموعه‌ای از روش‌ها اشاره دارد که در آن‌ها نیروی کشش یا برآی جوی به جای مصرف سوخت به کار گرفته میشود. این روش‌ها شرایطی را فراهم می‌آورند که مانورهای مداری با کارایی فوق‌العاده بالایی قابل انجام باشند. برای مثال، در تکنیک «آیروبرکینگ»، فضاپیما از جو فوقانی و رقیق با عبورهای مکرر عبور کرده و به تدریج ارتفاع مدار خود را تقلیل می‌دهد. تمرکز دارپا بر انتقالات «سریع» مداری و توسعه پوسته‌های آیرودینامیک و سیستم‌های حفاظت حرارتی نشان می‌دهد که این طرح به مراتب پیشرفته‌تر از آیروبرکینگ‌های تدریجی و ماهواره‌های قبلی است.
سوخت، عامل کلیدی محدودکننده مانورهای ماهواره‌ها در مدار است. برای تغییر یک درجه‌ای در شیب مدار یک فضاپیما در مدار پایین زمین، نیاز به تغییر سرعتی در حدود 135 متر بر ثانیه است. تغییرات شیبی بزرگ‌تر می‌تواند منجر به مصرف سوختی بیشتر از کل سوخت نیازمند برای عمر مفید ماهواره گردد. بنابراین، استفاده از جو برای انجام بخشی از این فعالیت، می‌تواند به ماهواره‌ها این امکان را دهد تا در تغییر موقعیت مؤثرتر عمل کنند یا مایحتاج سوخت کمتری برای همان مأموریت داشته باشند.
تجربه‌های پیشین: از مگلان تا هواپیمای فضایی X-37B
مفهوم آیروبرکینگ هم‌اکنون بیش از 30 سال است که توسط ناسا در سیارات دیگر به اثبات رسیده است. فضاپیمای مگلان (Magellan) ناسا در تاریخ 25 مه 1993، در طی بیش از 75 روز بارها از جو فوقانی سیاره زهره عبور کرد و مداری بیضوی 3 ساعت و 15 دقیقه‌ای خود را به مودار تقریباً دایره‌ای با زمان 94 دقیقه تغییر داد. این مأموریت، نخستین استفاده از کشش جوی برای تغییر مدار یک فضاپیما در اطراف سیاره‌ای بود و پس از آن، ماهواره‌های مدارگرد مریخ نیز از این تکنیک بهره‌مند شدند تا در مصرف سوخت صرفه‌جویی کنند.
نیروی هوایی ایالات متحده نیز آزمایش‌هایی در زمینه آیروبرکینگ در اطراف زمین انجام داده است. هواپیمای فضایی X-37B، که متعلق به نیروی فضایی آمریکا است، در هفتمین مأموریت خود با موشک فالکون هوی اسپیس‌ایکس (SpaceX Falcon Heavy) به مدار بیضوی بلند پرتاب شد و از کشش جوی برای تغییر مدار با حداقل سوخت بهره گرفت. این هواپیما پس از گذراندن بیش از 434 روز در فضای خارج، در تاریخ 7 مارس 2025 در پایگاه نیروی فضایی وندنبرگ واقع در کالیفرنیا فرود آمد. ستوان بلین استوارت، مدیر برنامه X-37B، این مانور آیروبرکینگ مبتکرانه را یکی از دستاوردهای اساسی مأموریت توصیف کرد.
X-37B یک وسیله نقلیه قابل پرواز است که به‌منظور تحمل گرمای ناشی از ورود مجدد به جو طراحی شده است. با این حال، توجه دارپا به پوسته‌های سبک آیرودینامیک و سیستم‌های حفاظت حرارتی نشان می‌دهد که برنامه آنزیو به دنبال ایجاد توانمندی مشابهی برای فضاپیماهایی است که به طراحی‌های خاص نیاز ندارند و بدین ترتیب، افق‌های تازه‌ای در تغییر مدار ماهواره‌ها با استفاده از جو زمین گشوده خواهد شد.
فناوری‌های کلیدی و چالش‌های امنیتی
این برنامه تحت کنترل تدابیر امنیتی سختگیرانه‌ای مدیریت خواهد شد. روز صنعت (industry day) که در تاریخ 16 و 17 دسامبر برای شرکت‌ها در آرلینگتون، ویرجینیا برگزار میشود، در سطح اطلاعات طبقه‌بندی‌نشده کنترل‌شده (CUI) خواهد بود و شامل اطلاعاتی خواهد بود که تحت مقررات بین‌المللی ترافیک اسلحه (ITAR) محدود شده‌اند. به همین دلیل، فقط شهروندان و ساکنان دائمی ایالات متحده که نماینده شرکت‌های آمریکایی هستند، اجازه حضور خواهند داشت و ورود دستگاه‌های الکترونیکی به اتاق منع شده است.
پیش‌نویس فراخوان برنامه نیز شامل اطلاعات کنترلی خواهد بود و پیشنهاددهندگان موظف‌اند گواهینامه سطح 2 مدل بلوغ امنیت سایبری (CMMC Level 2) را کسب کنند که شامل 110 الزام امنیتی موجود در نشریه ویژه 800-171 انستیتوی ملی استانداردها و فناوری (NIST) است. این تدابیر نمایانگر اهمیت استراتژیک و حساسیت فوق‌العاده این پروژه برای پنتاگون می‌باشد.