چرا اسپیس ایکس بوسترهای فالکون را بدون استفاده از چتر و در خشکی فرود می‌آورد

اسپیس‌ایکس برای بازیابی بوسترهای فالکون از فرود کنترل شده استفاده می‌کند. در ادامه با دلائل عدم استفاده از چترهای سرعت‌گیر و فرود در آب برای بازیابی بوسترها آشنا می‌شویم.

در آغازین ساعات روز جمعه به‌وقت تهران (عصر پنج‌شنبه به وقت محلی)، شاهد اولین پرواز تجاری راکت فضایی فالکون هوی بودیم. یکی از جذاب‌ترین دستاوردهای اسپیس‌ایکس در این پرتاب، فرود موفقیت‌آمیز هر سه بوستر فالکون هوی بود. سوالی که در ذهن بسیاری از مشتاقان کاوش‌های فضایی شکل می‌گیرد، این است که چرا اسپیس‌ایکس بوسترهای استفاده شده در راکت‌ها را به زمین باز می‌گرداند.

نباید فراموش کرد که کاوش‌های فضایی هزینه‌ی سنگینی را بر شرکت‌ها و سازمان‌های فضایی تحمیل می‌کنند؛ هزینه‌هایی که در اوج رقابت‌های فضایی، گاهی زمینه‌ی انتقاد به این برنامه‌ها را فراهم می‌کردند. براساس تحقیقات انجام شده، در بازه‌ی سال‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۰، بسیاری از مردم ایالات متحده معتقد بودند که اختصاص بودجه برای حل معضلات اجتماعی، بهداشتی و آموزشی، به‌مراتب مهم‌تر از اختصاص بودجه به برنامه‌های فضایی است.

مقاله‌ی مرتبط:

یکی از پرهزینه‌ترین بخش‌ها در پروژه‌های فضایی، ارسال محموله به‌فضا است؛ کاری که توسط راکت‌های فضایی انجام می‌شود. یکی از معضلات اصلی اغلب راکت‌ها، یکبار مصرف بودن آن‌ها است؛ پس با استفاده‌ی مجدد از برخی اجزای این راکت‌ها می‌توان هزینه‌ی نهایی پرتاب محموله‌های فضایی را کاهش داد.

اسپیس‌ایکس برای بازگرداندن بوستر راکت‌های فالکون ۹ و فالکون هوی، از روشی هدایت شده استفاده می‌کند. در این روش از گریدفین‌ها (سطوح کنترلی توری شکل)، پایه‌های فرود و سیستم هدایتی برای فرود عمدی بوسترها روی زمین استفاده می‌شود؛ باتوجه‌به فعال شدن موتور حین فرایند فرود، مقداری سوخت نیز برای انجام این کار لازم است.

از آنجا که فرود کنترل شده روی زمین فرایندی پیچیده است و بدون هزینه هم نیست، سوالی که در ذهن بسیاری از علاقه‌مندان نقش می‌بندد این است که چرا اسپیس‌ایکس بوسترهای فالکون را با کمک چترهای سرعت‌گیر فرود نمی‌آورد؟ در ادامه تلاش می‌کنیم تا به این سؤال پاسخ دهیم.

چالش‌های استفاده از چترهای کاهش‌دهنده‌ی سرعت

یکی از دلائل عدم استفاده از چترهای کاهش‌دهنده‌ی سرعت برای بازیابی بوسترها، محدودیت‌های هدایت مسیر پرواز بوستر است. برخلاف کپسول‌های فضایی مانند سایوز و نمونه‌ی سرنیشین‌دار کپسول دراگون، ساختار بلند و استوانه‌ای شکل بوسترها، در ترکیب با شرایط جوی، از قبیل وزش باد، باعث می‌شوند تا تعیین محل و شرایط دقیق فرود آسان نباشد.

شکل استوانه‌ای بوسترها، هدایت آن‌ها را مشکل می‌کند

باتوجه‌به اینکه پیش‌ران در انتهای بوسترها قرار دارد، پس از خالی شدن مخازن سوخت، قسمت انتهایی بوستر بسیار سنگین خواهد شد. همین عدم تعادل وزنی، باعث می‌شود تا در لحظه‌ی فعال شدن چترهای سرعت‌گیر، شاهد تکان‌های شدید و وارد آمدن نیروی جانبی زیاد بر راکت باشیم. چنین تکان‌هایی می‌توانند خسارات زیادی به راکت وارد کنند. حتی در صورت استفاده از چترهای سرعت‌گیر چندمرحله‌ای نیز نمی‌توان به‌طور کامل مشکل تکان‌های شدید را برطرف کرد.

بوستر شاتل / Shuttle SRB

بوستر شاتل فضایی و چترهای متصل به آن

با وجود این مسئله که سیستم کنونی استفاده شده برای فرود بوسترهای فالکون ۹ و فالکون هوی وزن اضافه‌ای را به راکت تحمیل می‌کند؛ اما چترهای سرعت‌گیر هم آن‌چنان سبک نخواهند بود. برای استفاده از چترهای سرعت‌گیر، لازم است تا محفظه‌ای در بدنه‌ی بوستر تعبیه شود تا چندین چتر درون آن قرارگیرند. هرکدام از این چترهای بزرگ، به سیم‌های اتصال نیاز دارند و وزن سیم‌ها به وزن کلی چتر اضافه می‌شود. نیاز به مقاوم‌سازی سازه در محل اتصال سیم‌های چتر به راکت نیز از دیگر مواردی است که نباید به فراموشی سپرده شوند. علاوه‌بر این‌ها، لازم است تا سیستمی نیز برای زمان‌بندی فعال شدن و جداسازی چترها ایجاد شود.

مشکلات مرتبط با فرود در آب شور

اگر بخواهیم بوسترها را روی سطح زمین فرود بیاوریم، از آنجا که برخورد بوستر با سطح زمین می‌تواند خسارت‌هایی را به آن وارد کند، ضروری است تا از بالشتک‌های ضربه‌گیر نیز استفاده شود. اما می‌توان به‌جای فرود روی زمین، راکت‌ها را در آب‌های اقیانوس فرود آورد. این همان‌کاری است که در مورد بوسترهای سوخت جامد شاتل انجام می‌شد.

آماده‌سازی بوستر پس از سقوط در آب‌شور کاری زمان‌بر است

حدودا دو دقیقه پس از پرتاب شاتل، عملیات جداسازی بوسترهای سوخت جامد انجام می‌شد و این بوسترها به‌کمک مجموعه‌ای از چترهای کاهش‌دهنده‌ی سرعت، در محلی که حدودا ۲۴۰ کیلومتر از ساحل شرقی فلوریدا فاصله داشت فرود می‌آمدند.  پس از آن، کشتی‌های ویژه‌ای محل دقیق بوسترها را مشخص می‌کردند و با کمک غواصان، فرایند بازیابی بوسترها شروع می‌شد. اما بیرون آوردن بوسترها از دریا و رساندن آن‌ها به محل آماده‌سازی مجدد، تنها ابتدای کار بود. چرا که فرود در آب شور مشکلات متعددی را ایجاد می‌کند.

عملیات بازیابی بوستر سوخت جامد شاتل

آب شور موجب ایجاد زنگ‌زدگی شده و می‌تواند خسارات زیادی را به بوستر و اجزای درونی‌اش وارد کند. به همین دلیل لازم است تا پس از خروج از آب، اقدامات زیادی برای تخلیه‌ی آب شور که به اجزای مختلف بوستر نفوذ کرده‌اند انجام شود. این مشکل حتی به بوسترها محدود نمی‌شود و در رابطه با کپسول‌هایی که محموله‌ها را به ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌رسانند نیز صدق می‌کند. بنیامین رید، مدیر بخش مأموریت‌های تجاری سرنشین‌دار اسپیس‌ایکس، در رابطه با آماده‌سازی کپسول باری دراگون برای استفاده‌ی مجدد پس از فرود در آب می‌گوید:

بزرگ‌ترین چالش پیش روی ما، جلوگیری از نفوذ آب شور به درون کپسول بود.

باتوجه‌به بالا بودن دمای پیش‌ران در زمان برخورد با آب و اختلاف دمای پیش‌ران با دمای آب اقیانوس، تغییر ناگهانی دما نیز می‌تواند خساراتی را به پیش‌ران وارد کند. همین موارد باعث می‌شوند تا فرایند آماده‌سازی مجدد بوسترها بسیار زمان‌بر باشد.

برای ساخت راکت‌های خانواده‌ی فالکون، از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می‌شود. اگرچه این مواد باعث می‌شوند تا بوسترهای فالکون برای انجام مأموریت اصلی خود به‌اندازه‌ی کافی مقاوم و سبک باشند؛ اما در مقایسه با بوسترهای سوخت جامد شاتل، بوسترهای فالکون در زمان برخورد با سطح آب مقاومت کمتری خواهند داشت. مجموع این عوامل باعث می‌شوند تا ایده‌ی فرود در اقیانوس توجیه‌پذیر نباشد.

بوستر فالکون ۹ / Falcon 9 Booster

بوستر فالکون ۹ پس از فرود ناموفق

در جریان یکی از مأموریت‌های فالکون ۹ در سال گذشته‌ی میلادی، مشکلات فنی باعث سقوط بوستر در آب شدند. بررسی‌های انجام شده پس از بازیابی بوستر نشان داد که، با وجود نظر ابتدایی ایلان ماسک، به‌دلیل شدت خسارات وارد شده، امکان استفاده از بوستر وجود نداشت.

سخن آخر

به‌عنوان یک شرکت تجاری، اسپیس‌ایکس به‌دنبال الگویی است که در آن پس از هر پرتاب، امکان آماده‌سازی راکت‌ها در کمترین زمان و با کمترین هزینه وجود داشته باشد. از آنجا که چترهای کاهش‌دهنده‌ی سرعت و فرود در اقیانوس به شکل‌گیری چنین الگویی کمکی نمی‌کنند؛ تنها راه، هدایت و فرود کنترل شده‌ی بوسترها روی خشکی (یا کشتی‌های فرود) است. چنین روشی امکان بازیابی مجدد بوسترها با کمترین خسارت را فراهم می‌کند.

استفاده‌ی مجدد از بوسترها؛ برتری استراتژیک اسپیس‌ایکس بر رقبا

بدیهی است که به‌لطف فرود کنترل‌شده، می‌توان بوسترها را در زمانی کوتاه‌تر و با هزینه‌ای کمتر برای پرواز مجدد آماده کرد. با شروع استفاده از راکت‌های فالکون بلاک ۵، بوسترها برای استفاده‌ی مجدد به آماده‌سازی چندانی نیاز ندارند؛ تا جایی که می‌توان یک بوستر را در بازه‌ای ۲۴ ساعته برای دو پرواز مورد استفاده قرار داد.

نمی‌توان کتمان کرد که شرکت تحت رهبری ایلان ماسک هزینه‌ی زیادی را برای توسعه‌ی سیستم فرود کنترل شده پرداخت کرده است. علاوه‌براین، ساخت راکت‌های دارای قابلیت فرود پرهزینه‌تر و وزن محموله‌ی حمل شده توسط آن‌ها نیز کمتر است. برای مثال، راکت فالکون هوی در حالت قابل بازیابی می‌تواند محموله‌ای ۸ تنی را به مدار انتقال ثابت برساند؛ اما در حالت غیرقابل بازیابی، این عدد به  ۲۶.۷ تن می‌رسد.

فالکون هوی / Falcon Heavy

ولی، از سوی دیگر، نباید فراموش کرد که اسپیس‌ایکس کمترین قیمت‌ها را در بازار پرتاب‌های فضایی ارائه می‌کند. هزینه‌ی هر پرتاب فالکون هوی در حالت قابل بازیابی ۹۰ میلیون دلار است و در حالت غیرقابل بازیابی به ۱۵۰ میلیون دلار می‌رسد. اما در مقابل، برای پرتاب راکت دلتا ۴ سنگین (Delta IV Heavy) باید ۳۵۰ میلیون دلار پرداخت کرد. این قیمت‌ها می‌توانند به افزایش سهم اسپیس‌ایکس از بازار پرتاب‌های فضایی کمک کنند.

ایلان ماسک در ماه می سال گذشته گفته بود:

اسپیس‌ایکس احتمالا ۳۰ یا ۴۰ بوستر (بلاک ۵) را برای انجام ۳۰۰ مأموریت در ۵ سال آینده تولید خواهد کرد.

با افزایش پرتاب‌های فضایی انجام شده توسط اسپیس‌ایکس، سیستم فرود و بازیابی کنترل شده به این شرکت اجازه می‌دهد تا با تولید تعداد کمتری بوستر، پروازهای بیشتری در طول سال انجام شوند. بدین شکل، در دراز مدت، سیستم فرود کنترل شده می‌تواند به یکی از برتری‌های استراتژیک اسپیس‌ایکس در مقایسه با دیگر رقبا تبدیل شود

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*

code