پرتاب ماهواره به فضا با منجنیق غول‌پیکر بدون نیاز به سوخت

شرکت آمریکایی اسپین‌لانچ، با ارائه یک روش جدید و نوآورانه برای پرتاب ماهواره‌ها به فضا، به عنوان یکی از بازیگران مهم در صنعت فضایی شناخته می‌شود؛ این شرکت به جای استفاده از سوخت‌های ماهواره‌بر سنتی، از یک منجنیق گردان غول‌پیکر استفاده می‌کند که می‌تواند ماهواره‌ها را با سرعتی خیره‌کننده به مدار پایین زمین پرتاب کند؛ این روش نه تنها هزینه‌های پرتاب را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد، بلکه به عنوان روشی پایدارتر و سازگارتر با محیط زیست نیز ارزیابی می‌شود.

شرکت اسپین‌لانچ (SpinLaunch) مستقر در کالیفرنیا، موفق به انجام چندین پرتاب آزمایشی موفقیت‌آمیز شده و برنامه دارد تا سال ۲۰۲۶، منظومه‌های ماهواره‌ای خود را در مدارهایی پایین‌تر از ۹۶۰ کیلومتر مستقر کند. جاناتان یانی (Jonathan Yaney)، بنیان‌گذار و مدیرعامل این شرکت، پس از موفقیت دهمین پرتاب این شرکت اعلام می‌کند: «این تنها یک ماهواره‌بر نیست؛ توانایی ما در انجام این تعداد آزمایش تنها در یازده ماه و عملکرد صحیح آن‌ها، گواهی بر ویژگی‌های فناوری ماست.»

مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی

اسپین‌لانچ که در سال ۲۰۱۴ تاسیس شده، تاکنون توانسته سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی جذب کند، همکاری با سازمان‌های بزرگی همچون ناسا، شرکت چند ملیتی ایرباس (Airbus) و دانشگاه کرنل (Cornell University) آمریکا و استفاده از تجهیزات پیشرفته این سازمان‌ها در آزمایش‌های مختلف خود نیز بخشی از سابقه این شرکت است.

فناوری اسپین‌لانچ از یک بازوی چرخان فیبر کربن فوق مقاوم و سامانه‌های الکترونیکی فشرده در یک خلا گرد بزرگ استفاده می‌کند و تاکنون توانسته نیرویی برابر با ده هزار برابر گرانش زمین را تحمل کند که نشان‌دهنده استحکام و مقاومت بالای این سامانه می‌باشد؛ طبق اطلاعات منتشرشده در وب‌سایت اسپین‌لانچ، امروزه الکترونیک مدرن، مواد پیشرفته و ابزارهای شبیه‌سازی، امکان تطبیق ماهواره‌ها با شرایط پرتاب جنبشی را فراهم می‌کنند.

در صورت موفقیت و توسعه فناوری اسپین‌لانچ در مقیاس بزرگ، انتظار می‌رود میزان سوخت مورد نیاز برای پرتاب ماهواره‌ها به طور چشمگیری کاهش یابد؛ برای مثال، ماهواره‌بر آمریکایی فالکون ۹ (Falcon 9) متعلق به شرکت اسپیس‌ایکس در سال ۲۰۱۶ برای هر پرتاب به بیش از ۹۰۰ هزار پوند (حدود ۴۰۸ هزار کیلوگرم) پیشرانه نیاز داشت.

همچنین، تاثیرات زیست‌محیطی پرتاب‌های سنتی ماهواره‌بر نیز در حال حاضر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است و هر پرتاب ممکن است به تخریب لایه ازون آسیب برساند؛ حالا اسپین‌لانچ راه‌حلی خلاقانه‌ای برای پرتاب ماهواره‌بر به فضا، بدون آسیب رساندن به لایه ازون، ارائه داده است.

اسپین‌لانچ در ادامه قصد دارد سایتی برای پرتاب مداری ساحلی توسعه دهد که گام بعدی برای پیشرفت این فناوری و تبدیل آن به جایگزینی عملی برای پرتاب‌های ماهواره‌برهای سنتی خواهد بود؛ در همین راستا، استارتاپ فناوری فضایی اکوآتریال اسپیس سیستمز (Equatorial Space Systems) در سنگاپور نیز به دنبال طراحی و توسعه ماهواره‌برهای ماژولار و کم‌هزینه برای ارسال محموله‌های سبک‌وزن به مدار پایین زمین می‌باشد که شباهت‌هایی با رویکرد اسپین‌لانچ دارد و آن را به رقیبی جدی در این حوزه تبدیل کرده است.

توسعه فناوری‌های نوآورانه در حوزه پرتاب ماهواره‌ها در سال‌های اخیر تسریع شده که این روند شامل استفاده از ماهواره‌برهای قابل استفاده مجدد مانند فالکون ۹ و نیو شپرد (New Shepard) متعلق به شرکت آمریکایی بلو اوریجین (Blue Origin) می‌باشد؛ در همین حال، شرکت‌هایی مانند راکت لب (Rocket Lab) مستقر در نیوزیلند و ویرجین اوربیت (Virgin Orbit) نیز به توسعه ماهواره‌بر های جدیدی با قابلیت‌های منحصر به فرد پرداخته‌اند.

این پیشرفت‌ها فرصت‌های جدیدی را برای اکتشافات فضایی و کاربردهای تجاری فراهم می‌آورد که نشان‌دهنده آینده‌ای روشن و نوآورانه برای صنعت فضایی است که در نهایت مسیر را به سوی روش‌های پایدارتر و مقرون به صرفه‌تر هدایت می‌کنند.

ویدیویی از یکی از پرتاب‌های آزمایشی اسپین‌لانچ در نیومکزیکو، هیجان و دقت بالای این فرآیند، لحظات جذابی را به تصویر می‌کشد. در این ویدیو، مهندسان با دقت صفحات نمایشگر را زیر نظر دارند و صحنه پرتاب، فضایی شبیه به اتاق کنترل ماموریت‌های ناسا را تداعی می‌کند. لحظه‌ای که ماهواره از لوله پرتاب خارج می‌شود، همه چیز آن‌قدر سریع اتفاق می‌افتد که اگر پلک بزنید، ممکن است آن را از دست بدهید!

دیگر فناوری‌های نوآورانه پرتاب ماهواره

در دهه گذشته، فناوری‌های پرتاب ماهواره با هدف کاهش هزینه، افزایش بهره‌وری و بهبود پایداری زیست‌محیطی تغییرات چشمگیری داشته‌اند. در ادامه، برخی از نوآورانه‌ترین فناوری‌های توسعه‌یافته در سال‌های اخیر بررسی می‌کنیم:

• ماهواره‌برهای قابل استفاده مجدد

فالکون ۹: توسعه ماهواره‌برهای قابل استفاده مجدد یکی از تحول‌آفرین‌ترین نوآوری‌ها در این حوزه به شمار می‌رود. فالکون ۹ صنعت پرتاب ماهواره را دگرگون کرده که نخستین مرحله این ماهواره‌بر پس از استقرار محموله، دوباره به زمین بازمی‌گردد و در ماموریت‌های بعدی مجددا مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ این ویژگی هزینه‌های پرتاب فضایی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

نیو شپرد: به‌طور مشابه، شرکت بلو اوریجین نیز ماهواره‌برهای زیرمداری قابل استفاده مجددی را توسعه داده که قادر است محموله‌ها را به لبه فضا برساند و پس از انجام ماموریت، مراحل قابل‌بازیابی آن برای پرتاب‌های بعدی دوباره استفاده شوند.

• ماهواره‌بر الکترون راکت لب و سامانه بازیابی آن

شرکت راکت لب: این شرکت ماهواره‌بر الکترون را برای پرتاب ماهواره‌های کوچک توسعه داده که با تمرکز بر دسترسی سریع و کم‌هزینه به فضا، مخصوص محموله‌های سبک طراحی شده است. راکت لب همچنین در حال کار روی برنامه‌ای برای بازیابی جزئی این ماهواره‌بر است که طی آن، مرحله نخست ماهواره‌بر در میانه هوا با یک هلیکوپتر بازیابی می‌شود.

• هواپیماهای فضایی و سامانه‌های پرتاب هوایی

ویرجین اوربیت: لانچر وان (LauncherOne) این شرکت، سامانه پرتاب هوایی منحصربه‌فردی است که ماهواره‌ها را از یک هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ اصلاح‌شده به مدار می‌فرستد؛ این روش امکان انجام پرتاب از هر باند فرودگاهی را فراهم می‌کند و در مقایسه با روش‌های سنتی مبتنی بر پایگاه‌های زمینی، انعطاف‌پذیری بیشتری دارد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

دریم چیسر (Dream Chaser) شرکت آمریکایی سیرا نوادا (Sierra Nevada Corporation) یک فضاپیماست که برای انتقال محموله به ایستگاه فضایی بین‌المللی طراحی شده و قابلیت فرود روی باندهای معمولی فرودگاه را دارد تا به عنوان گزینه‌ای مناسب برای حمل‌ونقل فضایی محسوب شود.

• ماهواره‌برهای چاپ سه‌بعدی

شرکت آمریکایی رلتویتی اسپیس (Relativity Space) که در چاپ سه‌بعدی ماهواره‌برها پیشگام است، با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، ماهواره‌بر تران ۱ (Terran 1) را توسعه داده است؛ طبق ادعای این شرکت، تقریبا تمام اجزای این ماهواره‌بر، از جمله موتورهای آن، با چاپ سه‌بعدی ساخته شده‌اند که امکان تولید سریع‌تر و انعطاف‌پذیرتر را فراهم می‌کند و هزینه‌های ساخت سنتی را کاهش می‌دهد.

• ماهواره‌برهای سبک با پمپ‌های الکتریکی

شرکت‌هایی مانند آسترا اسپیس (Astra Space) مستقر در آمریکا و راکت لب بر توسعه ماهواره‌برهای کوچک و سبک تمرکز کرده‌اند. ماهواره‌بر راکت ۳ (Rocket 3) شرکت آسترا و ماهواره‌بر الکترون شرکت راکت لب از موتورهایی با پمپ الکتریکی بهره می‌برند؛ این نوآوری، پرتاب ماهواره‌های کوچک را مقرون به صرفه‌تر کرده و دسترسی صنایع مختلف، از جمله مخابرات و پایش زمین به فضا را تسهیل می‌کند.

• سامانه‌های پیشرانه لیزری و ریزموجی

این فناوری‌ها که هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارند، از لیزرهای زمینی یا پرتوهای مایکروویو برای تامین نیروی پیشران فضاپیماها استفاده می‌کنند؛ این رویکرد می‌تواند نیاز به سوخت داخلی را کاهش داده و راهی پایدارتر و کارآمدتر برای دستیابی به مدار ارائه دهد.

• استقرار کیوب‌ست‌ها (CubeSats) و ماهواره‌های کوچک

توسعه منظومه‌های ماهواره‌ای کوچک فناوری‌های جدیدی را برای استقرار ماهواره‌ها به وجود آورده‌ است؛ برای مثال، منظومه ماهواره‌ای استارشیپ (Starship) اسپیس‌ایکس و وان وب (OneWeb) با هدف پرتاب هزاران ماهواره کوچک برای پوشش جهانی اینترنت طراحی شده‌اند؛ این ماهواره‌ها می‌توانند به‌صورت گروهی در فضا مستقر شوند و هزینه پرتاب هر ماهواره را به میزان چشمگیری کاهش دهند.

• یدک‌کش‌های فضایی و خدمات مداری

شرکت فضایی آمریکایی مومنتوس (Momentus) و دیگر فعالان این حوزه درحال توسعه یدک‌کش‌های فضایی هستند؛ فضاپیماهایی که وظیفه انتقال ماهواره‌ها از محل استقرار اولیه به مدار نهایی‌شان را برعهده دارند؛ این فناوری می‌تواند نیاز ماهواره‌ها به حمل سوخت را کاهش داده و پرتاب‌ها را کارآمدتر و انعطاف‌پذیرتر کند.

• پیشرانه‌های هیبریدی و سازگار با محیط‌زیست

ترکیب سوخت جامد و مایع به منظور بهینه‌سازی پرتاب‌ها مورد توجه قرار گرفته که امکان کنترل بهتر و کارایی بالاتری را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، فضاپیمای اسپیس‌شیپ‌۲ (SpaceShipTwo) شرکت آمریکایی ویرجین گلکتیک (Virgin Galactic) از موتور ماهواره‌بر ترکیبی بهره می‌برد. همچنین، تلاش‌هایی برای توسعه سامانه‌های پیشرانه سازگار با محیط‌زیست در حال انجام است تا ردپای کربن و میزان آلودگی ناشی از پرتاب‌های فضایی کاهش یابد.

این فناوری‌های نوآورانه، مسیر را برای روش‌های مقرون‌به‌صرفه، انعطاف‌پذیر و پایدار هموار می‌کنند و فرصت‌های جدیدی را برای اکتشافات فضایی و کاربردهای تجاری فراهم می‌سازند.