ایران به دنبال تغییر در فرایند پرتاب ماهواره

به گزارش رسانه تحلیلی تصویری بهمن، به نقل از تسنیم، صنعت فضایی که بخش عمده ای از آن شامل ساخت و پرتاب و کاربری ماهواره هاست و قدمت آن به حدود 64 سال می رسد همواره بستر رشد فناوری‌های جدید بوده. یکی از دلایل این امر رسیدن به کارایی های بالاتر مورد نیاز و دیگری هم هزینه های بالای پرتاب ماهواره بوده است.

هر چند اقتصاد رو به رشد فضا که در حال حاضر حدود 400 میلیارد دلار بوده و طبق پیش بینی ها تا کمتر از 20 سال آینده به 1.1 تریلیون دلار خواهد رسید کشش کافی برای ادامه مسیر پرتابگرهای مرسوم را همچنان ایجاد می کند اما راهکارهای نوآورانه ای برای تزریق ماهواره ها به مدار همواره مورد بحث بوده است. توسعه ماهواره‌برهای سبک و کوچک و استفاده از روشهای متنوع برای پرتاب از جمله حوزه های نوآورانه در عرصه پرتاب فضایی محسوب می‌شود.

یکی از این راهکارها که از عرصه فکر به عمل تبدیل شد، پرتاب ماهواره با استفاده ترکیبی از موشک حامل و هواپیما بود. مزیت این روش پرتاب، عدم نیاز به موتورهای پرقدرت و پیچیده مورد نیاز برای مرحله اول ماهواره‌برها بود.

در واقع هواپیمای حامل، وظیفه انتقال ماهواره‌بر را تا ارتفاع حدود 10 کیلومتری بر عهده می گیرد که بخش بزرگی از لایه غلیظ جو را شامل می شود. غلبه بر جاذبه زمین برای رسیدن به این ارتفاع و غلبه بر نیروی مقاوم هوا در صورت شروع پرواز از روی سطح زمین تماماً بر عهده موتور مرحله اول ماهواره‌بر خواهد بود که در صورت استفاده از هواپیما به عنوان بستر پرتاب، می توان با ماهواره‌بر سبک تری به همان مدار و وزن محموله یک ماهواره‌بر سنگین تر رسید.

این در حالی است که هواپیمای بستر پرتاب را می توان صدها بار در همین نقش مورد استفاده قرار داد که صرفه جویی اقتصادی قابل توجهی دارد و در صورت قابل بازیابی بودن خود ماهواره‌بر باز هم صرفه اقتصادی بیشتر می شود.

پرتابگر پگاسوس

یکی از مزیتهایی که برای پرتاب با هواپیما گفته شده امکان غلبه بر مشکلات آب و هوایی در پایگاه های پرتاب ثابت است. به طور معمول در صورت نامساعد بودن هوا، پرتاب فضایی لغو می شود اما در شرایط استفاده از یک هواپیما به عنوان بستر پرتاب، امکان رفتن به منطقه ای با آب و هوای مساعد و اجرای پرتاب ممکن می شود.

البته این شیوه پرتاب به عقیده برخی بازیگران عرصه پرتاب فضایی مزیت درخشانی ندارد. واقعیت هم این است که هر پدیده مهندسی دارای مزایا و معایب خاص خود است و باید با در نظر داشتن آنها مورد استفاده قرار بگیرد. اما برای بسیاری از بازیگران عرصه فضایی، استفاده از هواپیما می تواند هم صرفه اقتصادی کافی داشته و مهمتر از همه راه توسعه ماهواره‌بر مورد نیاز را به اندازه صرف نظر کردن از یک موتور مرحله اول پرقدرت و گرانقیمت کوتاه تر کند.

لازم به ذکر است این ایده در دهه های گذشته برای پرتاب موشک قاره پیما هم در آمریکا مورد آزمایش قرار گرفته است.

یکی از دلایلی که سبب کاهش بازدهی روش پرتاب از هواپیما می شود، شروع پرواز پرتابگر به صورت افقی و در واقع رهایش افقی از زیر بال هواپیما است. پس از رهایی، ماهواره‌بر باید چرخش کرده و به سمت زاویه عمود بر سطح زمین حرکت کند که در این فرایند یا باید بخشی از ارتفاع کسب شده را از دست بدهد یا با روشن کردن پیشران و مصرف سوخت، کار تغییر مسیر را انجام دهد که سبب از دست رفتن بخشی از سوخت قابل استفاده برای فرار از جاذبه می شود. البته این امر راهکارهای فنی دیگری هم می تواند داشته باشد که ایده هایی از آن در منابع علمی به چشم می خورد که از اهداف این گزارش خارج است.

تاکنون در دنیا دو مجموعه به صورت عملیاتی با استفاده از هواپیما موفق به پرتاب ماهواره‌بر و قرار دادن ماهواره در مدار شده اند و در حدود 10 مجموعه هم در حال توسعه این فناوری هستند. از دو مجموعه فوق پرتابگر پگاسوس در حدود دو دهه سابقه دارد و مجموعه دوم در سالهای اخیر موفق به ورود به این حوزه شده است.

در خبرهای منتشر شده در هفته اخیر و به مناسبت روز فناوری فضایی در ایران مطالبی راجع به علاقمندی بخش فضایی کشور به توسعه ماهواره‌بر قابل پرتاب از هواپیمای بوئینگ747 نیروی هوایی ارتش منتشر شد.

برخی منابع، تفاهم نامه امضا شده بین نیروی هوایی ارتش و پژوهشگاه فضایی از زیرمجموعه سازمان فضایی کشور را علاوه بر رفع نیازهای نهاجا به نقشه های ماهواره ای به روز، در همین راستا هم ارزیابی کرده اند.

نکته ای که شاید جالب توجه باشد این است که از بین دو مجموعه خارجی که موفق به اجرای این نوع پرتاب شده اند، مورد دوم که تا به امروز پس از اولین پرتاب ناموفق، 3 پرتاب موفق با حدود 20 ماهواره را به ثبت رسانده یک شرکت آمریکایی به نام Virgin Orbit است که از هواپیمای بوئینگ747 استفاده می کند.

در نتیجه این راهکار می تواند برای کشور ما که هم دانش و تجربه مناسبی در حوزه صنعت هوایی دارد و هم در زمینه فضایی، برای پرتاب طیفی از ماهواره ها مورد استفاده قرار گیرد.

پرتابگر LauncherOne نصب شده زیر بال هواپیمای بوئینگ747

این شرکت خصوصی پس از حدود 10 سال کار که شامل طراحی خود ماهواره‌بر مورد استفاده به نام LauncherOne هم بود در آبان 1397 وارد مراحل آزمایش پروازی شد. این پرتابگر از نوع سوخت مایع و دو مرحله ای است که به جای پرتاب از روی زمین، از یک هواپیمای بوئینگ 747 سری 400 که برای این منظور تغییراتی در آن داده شده پرتاب می شود.

پرتابگر LauncherOne زیر بال هواپیمای بوئینگ در آزمایش پروازی

در مرداد 1398 این ماهواره‌بر برای اولین بار از هواپیمای 747 رها شد. این پرتابگر به زیر بال چپ این هواپیما و روی پایلونی که تا 38.5 تن بار را تحمل می کند بسته می شود. اولین پرتاب شامل روشن کردن موتور برای این ماهواره‌بر در بهار 1399 (ماه می 2020) صورت گرفت که با موفقیت همراه نبود. در حدود 8 ماه بعد و دی 1399 (ژانویه 2021) پرتابگر LauncherOne موفق شد 10 ماهواره مکعبی یا کیوب ست متعلق به ناسا را در مدار قرار دهد.

سومین پرتاب 5 ماه بعد و پرتاب بعدی یعنی چهارم هم در حدود 3 هفته پیش صورت گرفت که موفق بوده اند. در حال حاضر 5 پرتاب برای سال جاری میلادی پیش بینی شده است که گام رو به جلوی بزرگی در توالی پرتابهای این مجموعه خواهد بود.

پرتابگر LauncherOne با طول 21.33 متر و جرم 25.8 تن، طول و جرمی نزدیک به ماهواره‌بر ایرانی سفیر-1 ایران دارد. البته قطر مرحله اول آن 1.62 متر و مرحله دوم آن 1.27 متر است. این پرتابگر توان حمل 300 کیلوگرم بار را به مدار 500 کیلومتری با زاویه میل مداری حدود 98 درجه را دارد. همچنین می تواند محموله 500 کیلوگرمی را در مدار بیش از 200 کیلومتری با زاویه میل مداری پایین تزریق کند.

برای مقایسه کارایی LauncherOne با سفیر و سیمرغ با مراجعه به دیتا شیت این ماهواره‌بر عدد محموله آن برای زاویه میل 55 درجه که اطلاعات سفیر و سیمرغ در این زاویه میل اعلام شده، حدود 425 کیلوگرم برای مدار 500 کیلومتری به دست می آید.

این میزان 70 درصد بیشتر از ماهواره‌بر 80 تنی سیمرغ (برای مدار 450 تا 500 کیلومتری دایروی) است که در مرحله اول خود سازه ای با قطر 2.4 متر دارد. در حالت کلی پرتابگر LauncherOne می تواند 500 کیلوگرم محموله را به مدار 230 کیلومتری برساند.

این عدد برای این پرتابگر در زاویه میل 55 درجه در حدود 470 کیلوگرم است. برای مقایسه ماهواره‌بر سفیر-1 ایران می تواند 50 تا 60 کیلوگرم را به مدار 250 کیلومتری با همین زاویه میل برساند یعنی در بهترین حالت یک هشتم LauncherOne. این امر در کنار مزیت استفاده گسترده از مواد مرکب غیرفلزی در این پرتابگر به سبب پرتاب از ارتفاع توسط هواپیما به دست آمده است.

هزینه هر پرتاب LauncherOne بین 10 تا 12 میلیون دلار اعلام شده و رقم هزینه به ازای هر کیلوگرم را بین 20 تا 24 هزار دلار با فرض استفاده از بیشینه وزن محموله قابل حمل نشان می دهد. این رقم برای پرتابگرهای سبک و مدارهای پایینی رقم متوسطی در عرف جهانی محسوب می شود.

با در نظر گرفتن ضریب کاهش هزینه در ایران نسبت به دنیا که در تمام محصولات بومی ایران قابل مشاهده است، به کارگیری این روش برای پرتاب ماهواره های سبک در ایران بسیار به صرفه خواهد بود.

به علاوه پرتابگر لازم برای این شیوه مأموریت هم با زمان و هزینه کمی از روی پلتفرمهای موشکی موجود قابل دستیابی است که به سهم خود سبب کاهش هزینه های توسعه خواهد شد.

دیگر پرتابگر هواپایه دارای سابقه عملیاتی یعنی پگاسوس دارای قطر 1.27 متر و جرم 18.5 تن و سه مرحله ای بوده و عملاً پرتابگر قاصد-1 سپاه بسیار نزدیک به این مورد است. اما پگاسوس می تواند بیش از 440 کیلوگرم را به مدار لئو برساند که حداقل 15 برابر توان حمل قاصد-1 به مدار لئو است.

امید می رود تا با رویکرد دولت سیزدهم به صنعت فضایی و در نظر داشتن هزینه های دلاری در حال پرداخت به خارج در هر سال برای دریافت خدمات فضاپایه روند رشد برنامه فضایی کشور شتاب بالایی گرفته و در آینده نزدیک به مرحله تجاری و ارسال ماهواره های کاربردی مورد نیاز ایران شود.