1398/05/08

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

از شروع عصر فضا تاکنون تنها یک روش برای رسیدن به فضا وجود داشته است: انفجارهای بزرگ. یا به طور دقیق‌تر انفجارهایی کنترل‌شده که حامل فضایی (راکت‌) را به سمت خروج از میدان جاذبه زمین هدایت می‌کنند. با اینکه حامل‌های فضایی چندصد ماهواره، چهار ایستگاه فضایی، چندین تلسکوپ فضایی و یک سفر به ماه را برای انسان...
فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

از شروع عصر فضا تاکنون تنها یک روش برای رسیدن به فضا وجود داشته است: انفجارهای بزرگ. یا به طور دقیق‌تر انفجارهایی کنترل‌شده که حامل فضایی (راکت‌) را به سمت خروج از میدان جاذبه زمین هدایت می‌کنند. با اینکه حامل‌های فضایی چندصد ماهواره، چهار ایستگاه فضایی، چندین تلسکوپ فضایی و یک سفر به ماه را برای انسان به ارمغان آورده‌اند، اما چندان بی‌مشکل نیز نیستند. به عنوان مثال استفاده از راکت‌ها خطرناک و گران‌قیمت است. با وجود معرفی مفهوم بازگشت‌پذیری و استفاده مجدد حامل‌های فضایی، هنوز هم ارسال هر کیلوگرم محموله به مدار می‌تواند تا ۲۵۰۰۰دلار هزینه داشته باشد. بنابراین فعلا تنها افراد علاقه‌مند به ماموریت مریخ، ثروتمندانی همچون ایلن ماسک (Elon Musk) مدیر و موسس شرکت اسپیس ایکس (SpaceX) هستند. طی چند سال اخیر روش‌های جدید و نوآورانه‌ای برای سفر و ارسال محموله به فضا مطرح شده‌اند که بعضی از آن‌ها محتمل و برخی تخیلی به نظر می‌رسند. برخی شامل انواع جدیدی از راکت می‌شوند و برخی دیگر روش‌های نوآورانه و کاملا متفاوت با روش‌های فعلی را در پیش گرفته‌اند. اما بهتر است پیش از اشاره به این روش‌های عملی و انتزاعی، ابتدا مروری کوتاه بر روش پرتاب فضایی به کمک راکت‌ها و تغییرات آن از ابتدا تاکنون داشته باشیم.

اولین راکت ماهواره‌بر

اگر بخواهیم تاریخچه راکت‌ها را بررسی کنیم، باید به قرن ۱۳میلادی و اختراع موشک توسط چینی‌ها برگردیم اما در این مقاله تنها راکت‌های فضایی مورد نظر هستند. بنابراین تاریخچه راکت‌های فضایی را با اولین راکتی آغاز می‌کنیم که اولین ماهواره جهان یعنی اسپوتنیک ۱ (Sputnik 1) را در سال ۱۹۵۷به فضا ارسال کرد. این راکت ماهواره‌بر که اسپوتنیک نام داشت توسط سرگئی کورولف (Sergei Korolev) از شوروی و با الهام از موشک بالستیک قاره‌پیمای آر-۷ (R-7) توسعه یافته بود. اسپوتنیک یک راکت سوخت مایع بود که از اکسیژن مایع و کراسین به عنوان اکسیدکننده و سوخت استفاده می‌کرد و قابلیت ارسال ۵۰۰کیلوگرم محموله به مدار LEO را دارا بود.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

اولین راکتی که به ماه رسید

در سال ۱۹۵۹ یعنی دو سال پس از اولین پرتاب فضایی تاریخ٬‌ روس‌ها راکت لونا (Luna) را به مقصد ماه پرتاب کردند. تا قبل از این هیچ ماهواره‌ای از مدار LEO که ارتفاع آن حداکثر ۲۰۰۰کیلومتر است فراتر نرفته بود اما در این ماموریت راکت لونا که حامل کاوشگری برای دستیابی به مدار ماه بود از مدار زمین که بیشترین ارتفاع آن ۴۶۰۰۰ کیلومتر است خارج شد. نکته جالب این است که در مورد سوخت مورد استفاده و مشخصات فنی این راکت اطلاعات معتبری در دسترس نیست؛ حال آنکه اطلاعات نسبتا کاملی در مورد راکت قدیمی‌تر اسپوتنیک در دسترس می‌باشد.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

اولین راکت‌های سرنشین‌دار

دهه ۶۰میلادی زمان انجام اولین پرتاب‌های فضایی تاریخ بود و با توجه به اینکه پای جان انسان در میان بود، اهمیت ایمنی راکت‌ها دوچندان می‌شد. دو راکت مهم این برهه عبارتند از وستک-کی (Vostok-K) و ساترن ۵ (Saturn 5). وستک-کی یک راکت دومرحله‌ای سوخت مایع بود که قابلیت حمل ۴۷۳۰کیلوگرم محموله به مدار LEO را داشت و یوری گاگارین (Yuri Gagarin) را بعنوان نخستین فضانورد تاریخ به فضا برد.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

ساترن 5 از چند جهت یک راکت استثنایی در تاریخ فضا محسوب می‌گردد. این راکت سه مرحله‌ای سوخت مایع رکوردهایی دارد که هنوز شکسته نشده‌اند؛ از جمله بلندترین، سنگین‌ترین و قدرتمندترین راکت عملیاتی تاریخ. رکورد ارسال محموله ۱۴۰تنی به مدار LEO توسط ساترن ۵ هنوز به قدرت خود باقی است و جالب است بدانید که این راکت که برای ماموریت‌های آپولو با هدف فرود در ماه مورد استفاده قرار گرفت، تنها حامل فضایی است که تاکنون انسان را از مدار LEO فراتر برده است. پروژه توسعه ساترن ماه بین سال‌های 1964 تا ۱۹۷۳بیش از ۶.۴ میلیارد دلار هزینه برداشت که با احتساب نرخ تورم این مبلغ در سال ۲۰۱۸معادل ۴۲میلیارد دلار بود.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

با شروع دهه ۷۰ دو عامل باعث ظهور نسل دوم حامل‌های فضایی شد. اول آن که با تغییر سیاست‌های فضایی دولت‌های شوروی و آمریکا از تاریخ‌سازی و مرزشکنی به استفاده‌های نظامی و تجاری از فضا نیاز به حامل‌های با ظرفیت بیشتر و اقتصادی‌تر احساس شد. از این دوران به بعد بود که راکت‌های ماهواره‌بر با اصلاحات جزئی برای مدت‌های طولانی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال می‌توان به راکت‎های سایوز (Soyuz) و آرین (Ariane) اشاره کرد هنوز هم اصلاحات و تولید مدل‌های جدید آن‌ها ادامه دارد. اما از لحاظ فناوری‌های پرتاب هیچ‌کدام از این راکت‌ها را نمی‌توان نقطه عطفی در زمینه پرتاب‌های فضایی در نظر گرفت. در حقیقت بعد از ارسال انسان به ماه تا قبل از دستیابی به بازگشت‌پذیری توسط اسپیس ایکس اتفاق ویژه‌ای در صنعت پرتاب رخ نداد.

بازگشت‌پذیری و قابلیت استفاده مجدد

شرکت اسپیس ایکس (SpaceX) در سال ۲۰۰۲ توسط ایلن ماسک تاسیس شد، در سال ۲۰۱۱ تصمیم به بازیابی راکت ماهواره‌بر فضایی گرفت و در سال ۲۰۱۵ به این هدف دست یافت. پس از انجام آزمایش‌های فراوان، اکنون فرود عمودی مرحله نخست ماهواره‌بر فالکون-۹ با روش کنترل بردارهای تراست به یک اتفاق روتین تبدیل شده است. اسپیس‌ایکس تاکنون مرحله اول فالکون-۹ را بر روی دریا و خشکی و بوسترهای ماهواره‌ سنگین فالکون هووی (Falcon Heavy) را با موفقیت بازیابی کرده است. این شرکت قصد دارد در دهه ۲۰۲۰ به توانایی بازیابی هر دو مرحله فالکون 9 دست پیدا کند و این راکت را به صورت ۱۰۰ درصد بازگشت‌پذیر نماید. این شرکت فعلا با کاهش هزینه‌های پرتاب از طریق بازگشت‌پذیری از موفق‌ترین شرکت‌های بازار پرتاب‌های فضایی تجاری محسوب می‌شود. اکنون مدل‌های بلوک ۵ راکت فالکون-۹ را می‌توان با انجام تعمیرات جزئی تا ۱۰۰بار به صورت مجدد استفاده کرد.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

راکت‌های چاپ سه‌بعدی

استفاده از راکت‌هایی که به روش چاپ سه بعدی در مدت زمانی کوتاه تولید می‌شوند، آخرین روند در زمینه ساخت راکت‌های ماهواره‌بر است.  استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی باعث می‌شود که تعداد قطعات مورد استفاده در موتور راکت، پیچ و مهره‌ها و اتصالات کاهش یابد و وزن کلی به میزان قابل توجهی کمتر شود. علاوه بر این عملکرد راکت در دما و فشار بالا بهینه خواهد شد.  ماهواره‌بر الکترون (Electron) متعل به شرکت آمریکایی/نیوزیلندی راکت لب (RocketLab)، اولین راکتی بود با یک موتور ساخته‌شده به روش چاپ سه‌بعدی به فضا پرتاب شد. همچنین شرکت آمریکایی رلاتیویتی (Relativity) به دنبال این است که به کمک این فناوری ماهواره‌برهای  تران ۱ (Terran 1) را در یک بازه کمتر از ۶۰روزه تولید کند و با هزینه 10 میلیون دلار برای هر پرتاب به فضا بفرستد.

فناوری‌های نوین پرتاب‌های فضایی (۱): مروری بر روش‌های گذشته و فعلی

پس از این مقدمه در مطالب بعدی به روش‌های پرتاب فضایی بدون راکت خواهیم پرداخت.
سازمان ها | SpaceX | RocketLab | Relativity
افراد | Elon Musk | Sergei Korolev | Yuri Gagarin

ماهواره‌بر و پرتاب | تاریخ و فرهنگ فضایی جهان |

نظر شما

پربازدیدکننده ترین خبر

معرفی مرکز ترویج فضایی و موشکی ایالات متحده

مرکز فضایی و موشکی آمریکا (U.S. Space & Rocket Center) که در شهر هانتسویل (Huntsville) واقع در ایالت آلاباما (Alabama) قرار دارد، مکانی است که داستان مسابقه فضایی شوروی و آمریکا را با جزئیات کامل نمایش می‌دهد. این مرکز، از جاذبه‌های توریستی فضایی در ایالات متحده آمریکا است که در سال ۱۹۷۰ درست بعد از فرود سفینه آپولو ۱۲ (Apollo 12)، دومین مأموریت سرنشین‌دار ناسا به ماه افتتاح شد.