حامل‌های فضایی مهم امروزی (قسمت اول)

قرن بیستم زمانی بود که در آن حامل‌های فضایی توسط ابرقدرت‌ها ظهور و تکامل پیدا کردند. با شروع قرن بیست و یکم کشورهای دیگری نیز برای ورود به حوزه پرتاب‌های فضایی تلاش‌هایی انجام داده و برخی از آن‌ها موفق هم شدند. در همین حال ابرقدرت‌های فضایی که شامل آمریکا، روسیه، چین، هند، ژاپن و اتحادیه اروپا می‌شوند، اقدام به تجاری‌سازی حامل‌های فضایی خود نموده و سعی کردند با ایمن و اقتصادی کردن حامل‌های فضایی قدیمی‌شان سهم بیشتری از بازار پرتاب‌های فضایی را در دست گیرند. چنین تلاش‌هایی باعث ظهور حامل‌های فعال و مهم امروزی شد که امروزه بیش از ۹۰ درصد پرتاب‌های فضایی هر سال توسط این حامل‌ها صورت می‌پذیرد.

مهم‌ترین علت صرف هزینه‌های گزاف برای تولید حامل‌های فضایی مدرن‌تر در قرن بیست و یکم مشتریان جدیدی هستند که در حال ورود به این بازار می‌باشند. حضور این مشتریان به‌علت سفارش‌های بسیاری که طی دهه‌های آینده برای پرتاب خواهند داشت، بازار پرتاب را در بلندمدت سودده کرده است.

در دهه‌های اول و دوم قرن بیست و یکم سیل مشتریان حامل‌های فضایی به راه افتاد که عمدتاً شامل دو گروه دولتی و بخش خصوصی می‌شوند. بخش دولتی کشورهای زیادی را دربرمی‌گیرد که به‌دنبال برطرف کردن نیازهای ماهواره‌ای خود هستند، ولی توانایی پرتاب ماهواره ندارند و از سوی دیگر متقاضیان پرتاب بخش خصوصی شرکت‌هایی می‌باشند که به‌دنبال درآمدزایی از طریق ارائه خدمات ماهواره‌های خود هستند. با وجود چنین مشتری‌هایی، میان ابرقدرت‌های فضایی رقابتی برای تولید حامل‌های فضایی ایمن و ارزان قیمت شکل گرفت. حاصل این رقابت ظهور ۸ خانواده از حامل‌های فضایی بود. این خانواده‌ها شامل فالکون (Falcon) از آمریکا، دلتا (Delta) از آمریکا، PSLV از هند، سایوز (Soyuz) از روسیه، پروتون (Proton) از روسیه، H از ژاپن، لانگ مارچ (Long March) از چین و آریان (Ariane) از اروپا است. در این مقاله به سه خانواده اول و در مقاله بعدی به پنج خانواده دیگر پرداخته می‌شود.

فالکون

خانواده حامل‌های فضایی فالکون توسط شرکت اسپیس‌ایکس (SpaceX) توسعه داده‌ شده‌اند. ایلان ماسک (Elon Musk)، مدیرعامل و مؤسس این شرکت، در سال ۲۰۰۳ و پس‌ از آنکه متوجه شد شرکت‌های تأمین‌کننده پرتاب‌های فضایی به‌علت انحصار این خدمات، قیمت‌هایی بسیار بالاتر از هزینه‌های پرتاب را تعیین می‌کنند، تصمیم گرفت با توسعه حامل‌های فضایی بازگشت‌پذیر و شکستن این انحصار، اقدام به فراهم آوردن دسترسی ارزان قیمت به فضا کند. هدف نهایی ماسک استفاده از این دسترسی آسان برای اکتشافات فضایی و همچنین اسکان یک میلیون نفر در مریخ عنوان شده که این شرکت امیدوار است این هدف را به کمک خانواده حامل‌ فضایی فالکون محقق سازد. نخستین عضو این خانواده فالکون-۱ بود.

فالکون-۱

فالکون-۱ یک حامل‌ فضایی کوچک و دو مرحله‌ای بود که نخستین پرتاب آن در سال ۲۰۰۶ صورت گرفت. این حامل که قادر بود محموله‌هایی تا ۶۷۰ کیلوگرم را در مدار لئو قرار دهد، در سه پرتاب اول خود در سال‌های ۲۰۰۶، ۲۰۰۷ و ۲۰۰۸ با شکست مواجه شد. اگر فالکون-۱ در چهارمین پرتاب خود نیز که در سپتامبر۲۰۰۸ انجام گرفت شکست می‌خورد، تزریق سرمایه به اسپیس‌ایکس قطع می‌شد و احتمالاً امروز اسپیس‌ایکس وجود نداشت! اما به‌هرحال فالکون-۱ در چهارمین پرتاب آزمایشی خود با موفقیت عمل کرد و اسپیس‌ایکس تبدیل به اولین شرکت خصوصی شد که پرتاب فضایی انجام داد. پس از آن فالکون-۱ با انجام اولین مآموریت تجاری اسپیس‌ایکس در سال ۲۰۰۹ که طی آن یک ماهواره از مالزی را در مدار قرار داد، بازنشسته شد و توسعه حامل بعدی اسپیس‌ایکس یعنی فالکون-۹ آغاز گردید.

فالکون-۹

پس از فالکون-۱ برنامه عملیاتی ساختن فالکون-۹ شروع شد. فالکون-۹ بسته به نسخه و قابلیت بازگشت‌پذیری، قادر به حمل محموله‌هایی از ۱۰۴۵۰ تا ۲۲۸۰۰ کیلوگرم به مدار لئو است. این حامل فضایی از سال ۲۰۱۷ بیشترین پرتاب سالانه را بین همه حامل‌های فضایی جهان دارد. اولین پرتاب آزمایشی فالکون-۹ در سال ۲۰۱۰ انجام شد و پس از آن حامل مذکور تا هشتمین پرتاب منظومه ماهواره‌ای استارلینک ۱۱۲ مآموریت پرتاب مختلف را انجام داد که از این تعداد تنها دو مأموریت با شکست مواجه شد و هر دو شکست مربوط به نسخه‌های قدیمی ۱.۰ و ۱.۱ است؛ نمونه‌های فول تراست و بلوک-۵ با انجام ۹۲ پرتاب تاکنون شکست نداشته‌اند.

حامل فضایی فالکون-۹

فالکون هوی

فالکون هوی (Falcon Heavy) حامل‌فضایی سنگین‌وزن اسپیس‌ایکس است که مشتق شده از فالکون-۹ می‌باشد؛ به‌طوری‌که از یک فالکون-۹ به‌عنوان هسته مرکزی و دو بوستر که مرحله اول فالکون-۹ هستند، تشکیل می‌شود. فالکون هوی در صورتی که مرحله‌های آن بازیابی نشوند، قادر است ۶۳۸۰۰ کیلوگرم را به مدار لئو انتقال دهد. این حامل فضایی تاکنون ۳ پرتاب انجام داده‌ است. اولین پرتاب در فوریه۲۰۱۸ یک مأموریت آزمایشی بود و طی آن خودرو شخصی ایلان ماسک به‌سمت مریخ فرستاده شد. طی پرتاب بعدی که اولین پرتاب تجاری فالکون محسوب می‌شد، یک ماهواره عرب‌ست (ArabSat) برای عربستان سعودی به مدار ژئو پرتاب شد و در نهایت در سال ۲۰۱۹ اسپیس‌ایکس برای اثبات امنیت این حامل فضایی به وزارت دفاع ایالات متحده (U.S. Department of Defense) یک پرتاب آزمایشی انجام داد.

دلتا

خانواده حامل‌های فضایی دلتا با تغییر کاربری موشک‌های بالستیک دلتا ساخته شدند. موشک‌های بالستیک دلتا در سال ۱۹۵۷ پس از طی مراحل طراحی و آزمایش‌های مربوطه عملیاتی شدند. بعدها با پیشرفت فناوری هسته‌ای جهان و کوچک‌تر شدن کلاهک‌های هسته‌ای، موشک‌های هسته‌ای جهان‌هم کوچک‌تر شدند و موشک دلتا دیگر مناسب مقاصد نظامی نبود، اما آمریکایی‌ها با  تغییر کاربری دلتا از آن به‌عنوان حامل فضایی استفاده کردند. این تغییر کاربری با اضافه کردن مرحله‌های جدید به این موشک صورت گرفت. خانواده دلتا طی سال‌های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۸ با انجام ۸۴ پرتاب که تنها ۸ مورد آن‌ها ناموفق بود٬ بیشترین حامل استفاده‌شده توسط ناسا به‌شمار می‌رفتند. موشک دلتا-۴ (Delta-IV) جوان‌ترین عضو این خانواده پرسابقه هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دلتا-۴ توسط شرکت یوال‌ای (ULA) ساخته شده که تحت مالکیت شرکت بوئینگ (Boeing) و لاکهید مارتین (Lockheed Martin) است. دلتا-۴ تا ۲۰۱۵ انحصار پرتاب‌های نظامی آمریکا را در اختیار خود داشت. اولین پرتاب این حامل در سال ۲۰۰۲ صورت گرفت. پس از آن حامل مذکور ۴۰ پرتاب انجام داد که تنها یک مورد آن ناموفق بود. دلتا-۴ قادر به قرار دادن ۱۱۴۷۰ کیلوگرم محموله در مدار لئو است، اما دلتا-۴ هوی (Delta-IV Heavy) که از مونتاژ سه دلتا-۴ ساخته شده، توانایی ارسال محموله‌های ۲۸۷۹۰ کیلوگرمی را به مدار لئو دارد. 

حامل فضایی دلتا-۴ هوی

PSLV

هند برنامه فضایی خود را در قرن بیستم آغاز کرد. در این قرن هندی‌ها پس از ‌ده‌ها سال تلاش و ساخت چندین حامل فضایی نه چندان موفق، سرانجام توانستند حامل فضایی کار‌آمد و موفق PSLV را ساخته و پرتاب کنند. این حامل اولین پرتاب موفقیت‌آمیز خود را در سال ۱۹۹۴ تجربه کرد. البته PSLV از آن زمان تاکنون به‌روزرسانی‌های متعددی داشته و نمونه کنونی به‌هیچ‌وجه یک حامل‌فضایی قرن بیستمی به‌شمار نمی‌رود.

PSLV تا دسامبر۲۰۱۹ تعداد ۵۰ ماموریت برای هند انجام داده که ۴۷ مورد آن با موفقیت همراه بوده و صدها ماهواره برای هند و مشتریان خارجی این کشور به فضا فرستاده است. PSLV امروزی می‌تواند محموله‌هایی تا ۳۸۰۰ کیلوگرم را در مدار لئو قرار دهد.  هند با آغاز قرن بیست و یکم تصمیم به توسعه یک حامل فضایی دیگر بر اساس PSLV کرد که به‌طور تخصصی اقدام به قرار دادن محموله به مدار ژئو کند. حامل جدید هندی‌ها GSLV MKII نام گرفت. این حامل در مرحله‌های اول و دوم خود از موتورهای مراحل PSLV استفاده می‌کند، اما مرحله سوم آن به‌طور اختصاصی برای مدار ژئو طراحی شده است. GSLV قادر به قرار دادن ۲۷۰۰ کیلوگرم محموله در مدار ژئو و در صورت لزوم ۵۰۰۰ کیلوگرم محموله در مدار لئو است. هزینه هر پرتاب این حامل ۲۸ میلیون و هزینه هر بار پرتاب GSLV مبلغی معادل ۴۷ میلیون دلار است.

حامل فضایی PSLV