فناوریهای نوین پرتابهای فضایی (۲): روشهای بالستیک

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 بی مشکل 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. اما 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. در ادامه به بررسی این روشها میپردازیم و معایب و مزایای هرکدام را عنوان میکنیم.
توپ فضایی (Space gun):
توپ فضایی که از آن با عنوان توپ ورن (Verne gun) نیز یاد میشود یکی از روشهای پرتابهای فضایی بدون راکت است که طی آن یک توپ عظیم، جسم مورد نظر را به فضا پرتاب میکند. اگر بتوان به سرعت فرار از مدار زمین یعنی ۱۱.۲کیلومتر بر ثانیه دست یافت، فرستادن کاوشگر به نقاط دیگر منظومهی شمسی نیز با استفاده از توپ فضایی ممکن میشود. البته این سرعت در محدودهی ماوراء صوت قرار میگیرد که علاوه بر اعمال حرارت بسیار شدید به اجسام، با ایجاد نیروی مقاوم شدید هوا ممکن است باعث در هم شکستن آنها شود. بنابراین استفاده از روش مذکور در مدارهای نزدیک به زمین محتملتر میباشد. در دههی ۱۹۶۰تحت پروژهی مشترکی بین آمریکا و کانادا به نام هارپ (HARP) یک توپ با کالیبر ۱۰۰ برای شلیک کردن پرتابهای ۱۸۰کیلوگرمی با سرعت ۳۶۰۰متر بر ثانیه استفاده شد. این پرتابه تا ارتفاع ۱۸۰کیلومتری از سطح زمین صعود کرد و یک پرواز زیرمداری را تجربه کرد. با این حال تاکنون پرتاب مداری موفقی با استفاده از توپ فضایی صورت نگرفته است.
از معایب این روش میتوان به سه مورد اشاره کرد:
۱. شتاب گرانشی شدیدی که به پرتابههای بالستیک وارد میشود، ارسال انسان و یا ابزارهای ظریف را به فضا با این روش غیر ممکن میسازد.
۲. نیروی مقاوم هوای وارده در هنگام فرار از جو زمین باعث دشوار شدن کنترل مسیر پرتابه میشود، چرا که در معرض اختلاف فشارهای شدید قرار میگیرد و انرژی زیادی را از دست میدهد.
۳. توپ فضایی به تنهایی قادر به فرستادن پرتابهها در یک مدار پایدار در اطراف زمین نیست. در واقع بدون وجود یک سیستم پیشران برای تصحیح و پایدارسازی حرکت و تنظیم مومنتوم پرتابه، پایدار شدن آن در مدار غیر ممکن است.
تاکنون چندین تلاش برای توسعه توپ فضایی از جمله پروژه شارپ (SHARP) در ارتش آمریکا، پروژه بابیلون (Babylon) توسط یک مهندس با نام ژرالد بل (Gerald Bull) برای ارتش عراق و پروژه کوییک لانچ (Quicklaunch) توسط جان هانتر (John Hunter) انجام شده است که همه به علت هزینه بالا و نیافتن پاسخ برای معایبی که ذکر شد، با شسکت مواجه شدهاند.
پرتاب با منجنیق:
یکی از روشهای نوآورانه پرتابهای فضایی که بیشباهت به توپ فضایی نیست، پرتاب محموله به فضا به وسیله منجنیق میباشد که توسط شرکت آمریکایی اسپین لانج (Spin Launch) ابداع شده است. این شرکت که در سال ۲۰۱۴ تاسیس شده است، با سرمایهگذاری افزون بر ۴۰ میلیون دلاری شرکتهای گوگل (google) و ایرباس (Airbus) در صدد است تا یک سامانه پرتابگر فضایی مبتنی بر انرژی جنبشی را با هدف کاهش وابستگی به راکتهای با سوخت شیمیایی توسعه دهد. سامانه پرتابی شرکت اسپین لانچ از یک سانتریفیوژ بزرگ برای ذخیره انرژی و انتقال سریع آن به منجنیق برای پرتاب محموله به فضا با سرعت ۴۸۰۰کیلومتر بر ساعت استفاده میکند. اگر این پروژه موفقیتآمیز باشد، هزینه و توان مصرفی مورد نیاز برای پرتاب به میزان قابل توجهی نسبت به روشهای فعلی کاهش مییابند. هزینه هر پرتاب با این روش در حدود ۵۰۰هزار دلار خواهد بود و کارشناسان اسپین لانچ اعلام کردهاند نمونه نهایی پرتاب کننده آنها درسال ۲۰۲۲ به اتمام میرسد. جاناتان یانی (Jonathan Yaney) مدیر این شرکت انتظار دارد سامانه طراحیشده قادر به انجام چند پرتاب در روز باشد. لازم به ذکر است که هنوز اطلاعات بیشتری در مورد این پروژه از جمله وزن محموله قابل پرتاب و مدار هدف منتشر نشده است.
در بخشهای بعدی به روشهای دیگر اشاره خواهد شد.