1398/01/19

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟

سروش گرجی: حامل‌های فضایی یکی از پیشرفته‌ترین ماشین‌های ساخت بشر هستند که امروزه بخش وسیعی از صنعت ارتباطات و بسیاری صنایع دیگر وابسته به این ابرماشین‌ها هستند. این سازه‌ها با ارسال ماهواره‌ها به فضا علاوه‌بر ممکن کردن بسیاری از خدمات روی زمین ارتباطات بین‌قاره‌ای را فراهم می‌کنند. اما سوالی که در...
حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟

سروش گرجی:  حامل‌های فضایی یکی  از پیشرفته‌ترین ماشین‌های ساخت بشر هستند که امروزه بخش وسیعی از صنعت ارتباطات و بسیاری صنایع دیگر وابسته به این ابرماشین‌ها هستند. این سازه‌ها با ارسال ماهواره‌ها به فضا علاوه‌بر ممکن کردن بسیاری از خدمات روی زمین ارتباطات بین‌قاره‌ای  را فراهم می‌کنند. اما سوالی که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد این است که چگونه پرتاب را انجام می‌دهند؟
هر حامل فضایی از اجزا و سامانه‌های بسیار زیادی تشکیل شده‌است که پرتاب را ممکن می‌سازند. اصلی‌ترین قسمت‌های حامل‌های فضایی کپسول و موتور هستند که در ادامه به ترتیب به هردوی آنها خواهیم پرداخت. کپسول در بالا و موتور در پایین بدنه حامل فضایی قرار دارند. بدنه از یک لایه با مقاومت بالا و اسکلتی جداشدنی که به آن سامانه مونتاژ گفته میشود تشکیل شده است.
سامانه مونتاژ
سامانه‌ مونتاژ وظیفه سرهم نگه داشتن قسمت‌های مختلف بدنه حامل را دارد. هرکدام از قسمت‌های بدنه بخشی از دستگاه‌های حامل‌ فضایی را در خود دارد که برای سبک‌تر شدن حامل و پرتاب آسان‌تر آن این دستگاه‌ها پس از انجام وظایفشان به همراه قسمتی از بدنه که آن‌ها را در خود دارد توسط سامانه مونتاژ از حامل جدامیشوند. این روند تا رسیدن حامل به نزدیکی مدار مورد نظر ادامه دارد.
قسمت‌های جداشده گاه به زمین سقوط کرده و معمولاً توسط جو زمین می‌سوزند؛ ولی گاهی اوقات در فضا مانده و تبدیل به زباله‌ای فضایی می‌شوند که به دور زمین گردش می‌کنند.
کپسول
گفته شد که قطعات حامل بعد از سقوط به سمت زمین در جو میسوزند. اما چگونه است که محموله حین پرتاب با خارج شدن از جو نمیسوزد؟ جواب کپسول حامل است. کپسول علاوه‌بر محافظت از محموله در برابر سوختن وظیفه دارد هنگام اتمام سوخت موتور های اصلی به وسیله موتورهای کوچک خود محموله‌را تنظیم و به مدار مورد نظرش حمل کند. درباره نحوه انجام این وظیفه در پاراگراف آخر توضیحاتی آورده شده است.
سامانه پیشران

 سامانه پیشران معمولا از یک تا چهار مرحله تشکیل شده که هر مرحله شامل چندین موتور است. هرچه جرم محموله و ارتفاع مداری که حامل به آن می‌رود بیشتر باشد از مرحله‌های بیشتری در سامانه پیشران استفاده می‌شود. هر مرحله پس از اتمام سوخت خود از حامل جدا می‌شود تا هم وزن حامل فضایی کمتر شود و هم مرحله بعدی قادر به شروع کار خود شود.

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟

تئوری عملکرد موتور

با شنیدن نام موتور شاید موتورهای چرخشی خودروها٬ سیلندرها و میل‌لنگ به ذهن برسد اما موتورهای هوافضایی به موتورهای عکس‌العملی شناخته می‌شوند. این موتورها براساس قانون سوم نیوتن عمل می‌کنند. این قانون می‌گوید:« برای هر عملی یک عکس‌العمل  به اندازه‌ی عمل و در خلاف جهت آن وجود دارد.»
در موتورهای هوافضایی «عمل» خارج شدن جرم از خروجی موتورها است. هرچه جرم بیشتری با فشار بیشتری خارج شود به طبع نیروی بیشتری سازه را حرکت می‌دهد. یک بادکنک را در نظر بگیرید که بعد از باد کردن آن‌را رها می‌کنید هرچه بیشتر آن را باد کنید به دلیل جرم بیشتری که خارج می‌شود بادکنک مدت زمان بیشتری در هوا حرکت می‌کند. در موتورهای هواپیماها و موشک‌ها سوخت و اکسیژن نقش هوا را برای بادکنک ایفا می‌کنند. به این صورت که سوخت و اکسیژن وارد محفظه احتراق شده و پس از ترکیب و احتراق حجم و فشار ترکیبشان  زیاد شده و با شدت بسیار زیاد از خروجی موتور خارج‌شده و درواقع کار عمل را انجام می‌دهد.
تفاوت عمده موتور‌های هواپیماها و موشک‌ها در نحوه رساندن هوا یا اکسیژن به سوخت موتورها است. هواپیماها هوا‌ی مورد نیاز خود را از فضای اطراف خود یعنی جو زمین تامین می‌کنند در حالی که موتور موشک‌ها یک محفظه جداگانه برای حمل اکسیژن مورد نیاز موتورهایش دارد. این طرز طراحی باعث می‌شود که موشک ها قادر به فعالیت در خارج از جو زمین باشند. تصویر زیر درکی کلی از این‌گونه موتورها را می‌دهد. 
اما موشک ها خود به دو نوع تقسیم  می‌شوند. موشک‌های نظامی و حامل‌های فضایی تفاوت این دو دسته در قدرت٬ تعداد مراحل و نوع سوختشان است.
موشک‌های نظامی معمولا تک مرحله‌ای هستند ولی حامل‌های فضایی گاهی اوقات شامل چهار مرحله‌هم می‌شوند که همین موضوع باعث افزایش قدرت باورنکردنی آن‌ها نسبت به موشک‌های نظامی می‌شود.
دیگر تفاوت موشک‌های نظامی و حامل‌های فضایی در سوختشان است. سوخت مایع معمولا قدرت بیشتری تولید می‌کند اما مشکلی که دارد این است که بعد از مدتی با بدنه محفظه سوخت واکنش شیمیایی انجام داده و بلااستفاده می‌شود. برای همین سوخت مایع برای موشک‌های نظامی که ممکن است تا سال‌ها استفاده نشوند نامناسب است اما برای حامل‌های فضایی بسیار مناسب است.

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟

 

سامانه هدایت
موتورها نیروی پیشران مورد نیاز حرکت حامل فضایی را تامین میکنند. اما همانند خودروها که نیاز به فرمان دارند حامل های فضایی نیز نیاز به دستگاهی دارند که آنها را در جهت صحیح نگه دارد. این وظیفه سامانه هدایت است که حامل را در مسیر صحیح قرار دهد.
چندین روش برای انجام این کار وجود دارد که از هرکدام از آن‌ها در ارتفاع‌های مختلفی استفاده می‌شود. اولین روش استفاده از چندین باله متحرک مانند شکل زیر بر روی بدنه حامل است. این باله‌ها همانند بال‌ها و دم هواپیما عمل می‌کنند٬ آن‌ها با جهت دادن به هوای اطراف حامل٬ به آن به سمت مخالف جهت می‌دهند.

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟
دومین روش تکانه‌ی گیمبالد نام دارد. در این روش به خروجی حامل با ابزارهای دقیقی زاویه داده می‌شود٬ روشن است که کوچک‌ترین زاویه ایجادشده باعث ایجاد گشتاور می‌شود که به چرخش بدنه حامل می‌انجامد. بعد از چرخش زاویه گیمبالد به حالت اول بازگردانده می‌شود.

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟

سومین روش استفاده از رانشگرهای کوچکی در اطراف بنده حامل است که به‌طور مثال با روشن شدن رانشگرهای سمت راستی حامل به سمت چپ جهت می‌گیرد. از این روش معمولاً زمانی استفاده می‌شود که حامل آخرین مراحل خود را طی می‌کند و در خلأ است.

چگونگی پرتاب
همانطور که گفته شد معمولاً حامل‌های فضایی دارای چند مرحله هستند که بر روی آن‌ها نصب  شده‌اند. در نخستین گام از پرتاب مرحله اول روشن شده، و نیروی بالا برنده فراهم می‌شود. با ایجاد نیروی بالابرنده، حامل فضایی به همراه مخازن سوخت و محموله‌ای که با خود دارد، از زمین جدا شده، به سمت فضا حرکت می‌کند. پس‌ازاین که مرحله اول تمام سوخت را سوزاند، به وسیله‌ی سامانه‌ی مونتاژ از بدنه‌ی حامل جدا می‌شود.
سپس مرحله دوم روشن می‌شود و چون حامل سبک‌تر شده، با سرعت بیش‌تری به سمت مدار مورد نظر حرکت می‌کند. به همان ترتیب و با پایان یافتن سوخت، مرحله دوم نیز از دیگر اجزای حامل فضایی جدا می‌شود. 

حامل های فضایی چگونه کار می‌کنند؟
با توجه به ارتفاع مداری که بناست محموله به آن برود از تعداد مرحله‌های متفاوتی در حامل فضایی استفاده می‌شود تا حامل فضایی به ارتفاع مورد نظرش برسد.در تمام این مراحل سامانه هدایت با دو روش اولی که قبلاً به آن‌ها پرداخته شد در حال جهت دادن به حامل است. 
تا رسیدن به ارتفاع مورد نظر تمامی قسمت‌ها به جز کپسول از یکدیگر جدا شده‌اند. حال سومین روش سامانه هدایت وارد عمل می‌شود. در اینجا سامانه هدایت موتورهای کوچکی را روشن می‌کند فقط به‌اندازه‌ای که ماهواره را در حالتی افقی قرار دهد.سپس ماهواره را که تا قبل از این در کپسول قرار داشت  رها می‌کند.در این لحظه دوباره موتورهای کوچکی روشن می‌شوند تا بین کپسول و ماهواره فاصله مطمئنی به وجود آید. کپسول به طرف زمین سقوط خواهد کرد و ماهواره به وسیله موتورهای پایدار کننده در مدار خود باقی خواهد ماند.

 

 

 

ماهواره‌بر و پرتاب |

نظر شما

پربازدیدکننده ترین خبر

انقلابی در ساخت موتور ماهواره‌بر

یک موتور ماهواره‌بر نوآورانه هواتنفسی به تازگی آزمایش‌های بازبینی طراحی سازمان فضایی اروپا (ESA) را با موفقیت گذرانده و برای تست‌های اصلی طی 18 ماه آینده آماده می‌شود. موتور ماهواره‌بر هواتنفسی سینرژتیک با نام اختصاری سابر (SABRE) که در شرکت بریتانیایی ری‌اکشن انجینز (Reaction Engines) در حال توسعه می‌باشد، قادر خواهد بود که بین دو حالت تغییر وضعیت دهد. در هنگام استفاده به عنوان موتور هواپیما، سابر از اکسیژن داخل اتمسفر استفاده کرده و در حالت استفاده به عنوان موتور ماهواره‌بر، هیدروژن مایع را به عنوان سوخت با یک اکسیدایزر وارد فرایند احتراق کرده و نیروی پیشران تولید می‌کند. این فناوری که مشخصا برای پروازهای فضایی زیرمداری و سفرهای فراصوت بین قاره‌ای کاربرد دارد، ممکن است انقلابی در صنعت حمل و نقل فضایی به وجود آورد.