اشتباه در تبدیل واحد و منهدم شدن فضاپیمای ناسا

مقاله از سیم‌اسکیل:
مدارگرد آب و هوای مریخ در سپتامبر 1999 پس از تقریبا 10 ماه طی مسیر به سمت مریخ، سوخت و تکه تکه شد. در روزی که مهندسان ناسا در انتظار جشن گرفتن بودند، اتفاق دیگری رقم خورد و همه به این علت بود که یک نفر از واحدهای مناسب، یعنی واحدهای متریک استفاده نکرده بود! آزمایشگاه فضایی ساینتیفیک آمریکا یک ویدیوی کوتاه اما جالب در مورد همین موضوع تهیه کرده است.

سیستم متریک و مدارگرد آب و هوای مریخ ناسا

مدارگرد آب و هوای مریخ که با هزینه ای بالغ بر 125 میلیون دلار ساخته شده بود، یک کاوشگر فضایی روباتیک 338 کیلوگرمی بود که توسط ناسا در 11 دسامبر 1998 برای مطالعه آب و هوای مریخ، جو مریخ و تغییرات سطحی به فضا پرتاب شد. علاوه بر این، عملکرد آن به عنوان رله ارتباطی در برنامه نقشه‌بردار مریخ 98 برای فرودگر قطبی مریخ نیز در نظر گرفته شده بود. تیم ناوبری در آزمایشگاه پیشرانه جت (JPL) از سیستم متریک (میلی‌متر و متر) در محاسبات خود استفاده می‌کرد، در حالی که شرکت لاکهید مارتین در کلرادو، که کار طراحی و ساخت این فضاپیما را به عهده داشت، داده‌های حیاتی شتاب را در سیستم انگلیسی (اینچ، پا و پوند) ارائه می‌کرد. مهندسان JPL در نظر نگرفتند که واحدها تبدیل شده‌اند، یعنی خوانش شتاب در واحدهای انگلیسی (پوند-ثانیه^2) انجام می‌شد اما به واحد متریک (نیرو به نام نیوتن-ثانیه^2) گزارش می‌شد. به عبارت دیگر، فضاپیما در دریافت داده‌ها دچار سوء برداشت شده بود.

قبل از پرداختن به آن‌چه در آن روز وحشتناک اتفاق افتاد، بیایید سعی کنیم واحدهای مختلف اندازه گیری و نحوه استفاده از آن‌ها در مناطق مختلف در سراسر جهان را درک کنیم. در گذشته، مناطق مختلف جهان از سیستم‌ها و واحدهای اندازه‌گیری که برای آن‌ها راحت‌تر بود، پیروی می‌کردند. به عنوان مثال، در یک نقطه از جهان، چرخه خورشید به عنوان معیار زمان در نظر گرفته می‌شد، در حالی که در جای دیگر، از چرخه های قمری برای تعریف زمان استفاده می‌کردند. علاوه بر این، فقدان ابزارهای ارتباطی، دانشمندان را از برقراری ارتباط، بحث و مقایسه ایده‌ها در سراسر جهان محروم می‌کرد. بنابراین، در طول قرن‌ها، واحدها و استانداردهای اندازه گیری مختلفی به طور مستقل تکامل یافته اند.

با افزایش تعاملات در سطح جهانی، نیاز به یک سیستم واحد بیش‌تر حس می‌شد. اولین تلاش‌ها برای دستیابی به این مهم به زمان انقلاب فرانسه برمی‌گردد. که در ادامه، دو استاندارد پلاتینی به‌عنوان نمونه‌ای از متر و کیلوگرم در پاریس ایجاد شد. این را می توان اولین گام در توسعه سیستم بین المللی واحدهای فعلی در نظر گرفت.

پس از انقلاب فرانسه، یوهان کارل فردریش گاوس، ریاضیدان آلمانی، استفاده از این سیستم متریک را ترویج کرد. او در کنار متر و کیلوگرم، «ثانیه‌های» تعریف شده در نجوم را به‌عنوان یک سیستم منسجم از واحدها برای علوم فیزیکی اضافه کرد. جیمز کلرک ماکسول و سر جوزف جان تامسون، از طریق انجمن بریتانیایی برای پیشرفت علم (BAAS)، ابتکار گاوس را برای فرمول‌بندی نیاز به یک سیستم منسجم از واحدها با واحدهای پایه و واحدهای مشتق شده، پیش بردند. سیستم CGS، یک سیستم واحد منسجم سه‌بعدی مبتنی بر سه واحد (سانتی‌متر، گرم و ثانیه) با استفاده از پیشوندهای مختلف از میکرو تا مگا برای بیان اعشار فرعی و مضرب، در نتیجه تلاش‌های آن‌ها پدید آمد. در سال 1889، اولین همایش عمومی وزن‌ها و اندازه‌ها (CGPM) نمونه‌های اولیه بین المللی متر و کیلوگرم را تایید کرد. این واحدها همراه با ثانیه نجومی به عنوان واحد زمان، یک سیستم واحد مکانیکی سه بعدی را درست مانند سیستم CGS، اما با واحدهای پایه متر، کیلوگرم و ثانیه تشکیل می دادند.

این جووانی جورجی، فیزیکدان و مهندس برق ایتالیایی بود که ثابت کرد که می‌توان واحدهای مکانیکی این سیستم متر-کیلوگرم-ثانیه را با واحدهای الکتریکی عملی ترکیب کرد تا یک سیستم منسجم چهار بعدی تشکیل شود. بدین تریتب، چهارمین واحد پایه با ماهیت الکتریکی (مانند آمپر یا اهم) تعریف شد. در ادامه در سال 1939، سیستم چهار بعدی مبتنی بر متر، کیلوگرم، ثانیه و آمپر به کمیته مشورتی الکتریسیته و مغناطیس (CCEM) پیشنهاد شد و توسط کمیته بین المللی اوزان و اندازه گیری‌ها (مخفف CIPM از Comité international des poids et mesures فرانسه) در سال 1946 تأیید گردید. پس از آمپر، کلوین و کاندلا به عنوان واحدهای پایه در سال 1954 و مول به عنوان هفتمین واحد پایه در سال 1971 اضافه شدند. امروزه هفت واحد پایه وجود دارد: متر (فاصله)، کیلوگرم (وزن)، ثانیه (زمان)، آمپر (جریان الکتریکی)، کلوین (دما) و کاندلا (درخشندگی).

سیستم بین‌المللی واحدها (SI) در آمریکا

اگر کسی به ایالات متحده سفر کند، بلافاصله متوجه تغییراتی خواهد شد؛ مایل به جای کیلومتر، پوند به جای کیلوگرم و …! تقریباً 22 سال از عمرم، کیلوگرم استفاده کرده بودم و زمانی که برای زندگی به ایالات متحده رفتم، «پوند» برایم کاملاً جدید بود. در حالی که می‌توانستم پیش‌بینی کنم که اگر یک کیلوگرم از کالا را بخرم چقدر به دست می‌آورم، اما اصلاً نمی‌دانستم که یک پوند به چه معناست. ایالات متحده یکی از هفت کشوری است که واحدهای SI در آن پذیرفته نشده‌اند.

سیستم آمریکایی اندازه گیری فاصله در اینچ، فوت و یارد بر اساس واحدهایی از انگلستان است، جایی که اولین مهاجران از روی کشتی می فلاور وارد ایالات متحده شدند. در حالی که بسیاری از کشورهای دیگر جهان از سیستم متریک سانتی‌متر، متر و کیلومتر استفاده می کنند، ایالات متحده به واحدهای انگلیسی ادامه داده است. یک پا همان 12 اینچ است و یک یارد 36 اینچ و… سردرگمی ادامه دارد. در متریک 1 متر 100 سانتی‌متر و کیلومتر 1000 متر است. با این حال، امروزه تعداد زیادی از شرکت های چندملیتی و بین المللی با و/یا در ایالات متحده کار می کنند. این امر باعث می شود که بتوانید از واحدهای اندازه گیری رایج استفاده کنید.

با درک مزایای بسیار زیاد سیستم متریک، کنگره ایالات متحده واحدهای SI را به عنوان سیستم اندازه گیری ترجیحی در سال 1975 از طریق «قانون تبدیل متریک» که توسط رئیس جمهور ایالات متحده جرالد فورد امضا شد، پذیرفت. با این حال، این قانون استفاده از واحدهای مرسوم ایالات متحده را نیز مجاز دانست. علاوه بر این، در دهه 1980، دولت فدرال تلاش کرد متریک را در ایالات متحده معرفی کند. سرعت‌سنج های روی ماشین‌ها از آن زمان هم مایل در ساعت و هم کیلومتر در ساعت را نشان می‌دادند. با این حال، این تلاش‌ها برای تغییر به متریک موفقیت‌آمیز نبود.

اگرچه کنگره ایالات متحده SI را به عنوان سیستم اندازه‌گیری ترجیحی برای ایالات متحده پذیرفته است، اما اغلب کسب و کارها همچنان از واحدهای سابق ایالات متحده استفاده می‌کنند. با این حال، این نسبت نسبت به متریک تقریباً به یک‌باره تغییر کرد، حداقل در بهترین آژانس فضایی جهان در سال 1999. این تغییر پس از آن رخ داد که یک هیئت بررسی فاجعه گزارش داد که مدارگرد آب و هوای مریخ ناسا در جو مریخ سوخته است.

فاجعه مدارگرد آب و هوای مریخ ناسا

هیئت بازبینی ناسا متوجه شد که مشکل در نرم‌افزار کنترل پیشران مدارگرد است. نرم افزار، نیرویی را که پیشران‌ها برای اعمال نیاز داشتند بر حسب پوند نیرو محاسبه کرد. قطعه دوم کدی که این داده‌ها را می‌خواند، فرض می‌کرد که در واحد متریک (نیوتن بر متر مربع) قرار دارد.

مهندسان نیروی محرکه در لاکهید مارتین در کلرادو در مرحله طراحی، نیرو را بر حسب پوند بیان کردند. در حالی که تبدیل به واحدهای متریک برای مأموریت‌های فضایی یک روش استاندارد بود. مهندسان آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا فرض کردند که این تبدیل انجام شده است. این اشتباه ناوبری فضاپیما را به طور خطرناکی به جو سیاره نزدیک کرد، جایی که احتمالاً سوخت و تکه تکه شد و ماموریت را در روزی که مهندسان انتظار داشتند ورود سفینه به مدار مریخ را جشن بگیرند، شکست خورد.

خطای اولیه توسط پیمانکار Lockheed Martin Astronautics در کلرادو رخ داد که مانند بقیه صنعت پرتاب ایالات متحده از اندازه گیری‌های انگلیسی استفاده می‌کرد. پیمانکار طبق توافق قرار بود اندازه گیری های خود را به متریک تبدیل کند. عملکرد مهندسی سیستم در پروژه، که مسئولیت آن ردیابی و بازبینی مجدد تمام جنبه‌های به هم پیوسته ماموریت بود، نیز به اندازه کافی قوی نبود.

سایر موارد خطاهای تبدیل

Gimli Glider

این تنها فاجعه در تاریخ نبود که مستقیماً توسط خطاهای تبدیل ایجاد شد. سال 1983 به دلیل حادثه “Gimli Glider” معروف است، که در آن سوخت هواپیمای بوئینگ 767 ایر کانادا در اواسط پرواز به دلیل اشتباه در تعیین سوخت اولین هواپیمای این شرکت هواپیمایی با استفاده از اندازه گیری های متریک، تمام شد.

کانادا یکی از کشورهایی بود که تا سال 1970 از سیستم امپراتوری استفاده می‌کرد، و بعد از آن شروع به تغییر به متریک کرد که حدود پانزده سال یا بیش‌تر طول کشید. یکی از صنایعی که دیر تغییر کرد، صنعت هواپیمایی بود که عمدتاً به دلیل هزینه زیاد و طول عمر تجهیزات بود.

مهندسان بر اساس بار هواپیما، میزان سوخت مورد نیاز را محاسبه می‌کنند. اما این بار اشتباه رخ داد؛ بار هواپیما 22,300 کیلوگرم بود، و آن‌ها 22,300 پوند در نظر گرفتند. بنابراین، سوخت به میزان نیمی از مسافت لحاظ شد. بعد از آن معلوم شد که این یک مشکل بزرگ (بالقوه تهدید کننده زندگی) است، زیرا وسیله نقلیه مورد بحث، هواپیمایی بود که در ارتفاع 12500 متری از سطح زمین حرکت می‌کرد.

خوشبختانه خلبان سابقه ده سال آموزش گلایدر داشت و کمک‌خلبان به خوبی اطراف را می‌شناخت. بدین ترتیب، آن‌ها توانستند 100 کیلومتر آخر را مانند پالاگلایدر طی مسیر کنندو به سلامت بنشینند.

حوادث کمتر شناخته شده

چندین مورد کم‌تر شناخته شده از مصیبت‌های تبدیل وجود داشته است. مؤسسه اقدامات ایمن دارویی موردی را گزارش کرد که در آن بیمار به جای 0.5 دانه (grains)، 0.5 گرم (grams) فنوباربیتال (یک آرام بخش) دریافت کرده بود، زیرا این نسخه اشتباه خوانده شده بود. دانه واحد اندازه گیری حدود 0.065 گرم است.

در یک رویداد دیگر، یک هواپیما بیش از 13000 کیلوگرم اضافه وزن داشت. در سال 1994، FAA یک خبر ناشناس دریافت کرد مبنی بر اینکه یک پرواز هواپیمایی امریکن اینترنشنال ایرویز (در حال حاضر کالیتا ایر، یک ایرلاین باربری) با وزنی 15 تن سنگین‌تر از آنچه که باید، فرود آمده است. FAA بررسی کرد و متوجه شد که مشکل در تبدیل کیلوگرم به پوند (یا عدم انجام آن) بوده است.

حتی کلمب نیز مشکل تبدیل داشت. او هنگام استفاده از مایل‌های رومی به جای مایل‌های دریایی، دور زمین را اشتباه محاسبه کرد، که بخشی از دلیلی است که او به طور غیرمنتظره‌ای در 12 اکتبر 1492 به باهاما رسید در حالی که تصور می‌کرد به آسیا خورده است.

ترجمه از گیزپر