همه چیز درباره فضاپیمای اروپایی

سیناپرس: سازمان فضایی اروپا (اسا) در این ماموریت توانست برای نخستین بار یک فضاپیمای شبیه شاتل را طراحی و هدایت کند. پیش از این دو ابرقدرت فضایی جهان یعنی، روسیه و آمریکا در ارسال فضاپیماهای سرنشین دار خود به فضا و بازگرداندن مجدد به زمین، به عنوان سردمدار بودند. 

 

سازمان فضایی اروپا، به عنوان یکی از سازمان‌های فضایی پیشرو در جهان شناخته شده است و از زمان تاسیس آن قریب نیم قرن می‌گذرد. این سازمان در طی این سال‌ها، با طرح‌ریزی و پیاده‌سازی برنامه‌های فضایی موفق مختلف، هم‌اکنون مجموعه کاملی از پرتابگرهای فضایی، ماهواره‌ها، مراکز آموزش فضانورد و غیره را در اختیار دارد. یکی از برنامه‌های بنیادین و هدفمند این سازمان در سال‌‌های اخیر، طراحی و ساخت فضاپیمای بازگشتی موسوم به «آی.ایکس.وی» است که در حال حاضر با پشت سرگذاشتن مراحل مختلف آزمایش‌ سامانه‌های مختلف خود، نخستین پرواز آزمایشی‌اش را انجام داده است. عملکرد موفق این فضاپیما، سازمان فضایی اروپا را در آینده نزدیک صاحب نخستین نسل از فضاپیمای بازگشتی به فضا خواهد کرد و ادامه این برنامه، نقش مهمی در دستیابی این سازمان به فناوری سفینه‌های فضایی سرنشین‌دار خواهد داشت.

 

فضاپیمای آی‌ایکس‌وی، تازه‌ترین دستاورد سازمان فضایی اروپا، روز گذشته با موفقیت از جو زمین گذشت و پس از یکصد دقیقه و پیمودن ۳۲ هزار کیلومتر به زمین بازگشت.

بازگشت به زمین

در دو دهه گذشته، سازمان فضایی اروپا (اِسا)، تلاش‌هایی برای طراحی و ساخت فضاپیمایی با قابلیت پرتاب و بازگشت ایمن به زمین انجام داده است. هرچند طراحی چنین سامانه‌ای، هیچ‌گاه به عنوان اولویت درجه یک این سازمان مطرح نبوده، اما در سال‌های اخیر، اروپا گام‌های هدفمندی را برای دستیابی به این فناوری، برداشته است. از این رو پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آتی، اروپایی‌ها هم مانند روسیه، آمریکا و چین، به فناوری‌ توانایی ارسال و بازگشت ایمن فضاپیما از مدار زمین دست پیدا کنند. این فناوری در آینده امکان طراحی و ساخت فضاپیمای سرنشین‌دار و اعزام و بازیابی فضانوردان را برای سازمان فضایی اروپا فراهم می‌کند. 

فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، که به معنی «وسیله آزمایشی میانی» است، عنوان فضاپیمای جدید سازمان فضایی اروپا برای آزمایش فناوری‌های مربوط به ورود به جو و بازگشت ایمن به زمین است.

 

اروپا از کجا آغاز کرد؟

در دهه 1990 میلادی، سازمان فضایی اروپا، نمونه‌ای از یک فضاپیمای بازگشت‌پذیر با نام «ای.آر.دی»، را در یک پرواز زیرمداری، با موفقیت آزمایش کرد. این فضاپیما به لحاظ هندسه بیرونی، نسخه کوچک شده‌ای از واحد  بازگشتی فضاپیمای آپولو بود و توانست طی پرواز آزمایشی خود، داده‌های ارزشمندی را از فرآیند بازگشت به جو سفینه‌های فضایی در اختیار متخصصان اروپایی قرار دهد. اما عمر این برنامه فضایی چندان طولانی نبود و با انجام این ماموریت، روند توسعه آن به علت مشکلات مالی ادامه پیدا نکرد. پس از این برنامه‌، طرح‌های کوچک و بزرگ دیگری با هدف توسعه‌ فضاپیماهای بازگشت‌پذیر پیگیری شد که موفقیت چندانی در پی نداشت.  

در سال 2004، برپایه تجربیات حاصل از برنامه «ای.آر.دی»، برنامه‌ای تحت عنوان «آمادگی برای پرتابگرهای آینده»، طرح‌ریزی شد. هدف اصلی این برنامه، توسعه‌ نسل بعدی پرتابگرهای فضایی اتحادیه اروپا بود تا جایگزینی برای خانواده‌ پرتابگرهای آریان باشد. یکی از زمینه‌های مورد بررسی در این برنامه، امکان‌سنجی توسعه‌ پرتابگر و فضاپیمای قابل استفاده‌ مجددی است که بتواند همانند شاتل‌های فضایی، به دفعات مورد استفاده قرار گیرد. 

در نتیجه به منظور بررسی مخاطرات مرحله بازگشت به جو و توسعه‌ فناوری‌های مرتبط با آن، نیاز به اجرای یک برنامه میانی حس شد. بر همین اساس، طراحی و ساخت فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، در دستور کار قرار گرفت. در طراحی این فضاپیما، قابلیت‌های مختلفی پیش‌بینی شده است و این قابلیت‌ها باعث شد که این طرح، ابعاد وسیع‌تری به خود گرفته و «آی.ایکس.وی»، تبدیل به امید اروپایی‌ها برای ورود به باشگاه کشورهای دارای توانایی مستقل ارسال و بازیابی فضانورد به فضا شود. 

در سال‌های 2005 و 2006، مطالعات وسیعی برای طراحی فضاپیمای «آی.ایکس.وی» انجام شد و در سال 2009، طراحی مفهومی آن به پایان رسید. بعد از انجام این مرحله، مهندسان مرحله طراحی  اولیه فضاپیما را آغاز کردند و در سال 2012، ساخت و آزمایش اجزا و زیرسامانه‌های مختلف آن نیز آغاز گردید و تا اواسط سال 2014، ادامه داشت. آزمایش‌های صورت گرفته در این بازه زمانی شامل، چگونگی عملکرد چترهای فرود، رهاسازی و فرود روی آب، تمرین روش‌های بازیابی فضاپیما و غیره می‌شد. این آزمایش‌ها با هدف آماده‌سازی فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، برای انجام نخستین پرواز آزمایشی خود بود.

 

توانایی‌های مینی شاتل اروپایی

قابلیت‌های منحصر به فرد فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، به اروپایی‌ها امکان انجام ماموریت‌های مختلف فضایی از جمله پروازهای سرنشین‌دار به مدار زمین و سایر سیارات و ماموریت‌های خدماتی خودکار را می‌دهد. به طور مثال نسل‌های پیشرفته‌تر این فضاپیما، می‌توانند در ارتباط با سوخت‌رسانی به نسل‌های آینده ماهواره‌هایی که قابلیت سوخت‌گیری مجدد را داشته باشند، به کار آید. همچنین این وسیله در آزمایش‌های جوی ارتفاع بالا، به عنوان ابزار پایشی جهت مدیریت بحران کاربرد خواهد داشت. اگرچه این نمونه از فضاپیمای بازگشتی اروپا برای ارسال فضانورد به مدار زمین طراحی نشده‌است، اما توانایی ارسال محموله‌های گران‌قیمتی را داراست و نسل‌های آتی آن نیز می‌تواند امکان اعزام فضانورد به مدار زمین یا حتی فراتر از آن را نیز، فراهم آورد.

در برنامه طراحی و ساخت فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، هفت عضو سازمان فضایی اروپا مشارکت دارند که در این میان، میزان مشارکت و سرمایه‌گذاری ایتالیا، بیش از سایر کشورها است. کشورهای آلمان، هلند، فرانسه، اسپانیا، سوییس، بلژیک، ایرلند و پرتقال نیز در انجام این برنامه سهیم هستند. البته در کنار این کشورها، حدود 40 شرکت، دانشگاه و موسسه‌ تحقیقاتی، کمک‌های مختلفی جهت پیشبرد پروژه ارائه می‌دهند. در این بین شرکت ایتالیایی «تالس آلنیا»، پیمانکار اصلی توسعه‌ فضاپیما و بخش زمینی آن است. 

معمولا پیکره‌بندی فضاپیماها در دو نوع کلی دسته‌بندی می‌شود. نخستین دسته، فضاپیماهای کپسول مانندی هستند که معمولا ساختاری کره – مخروطی‌شکل دارند که در اصطلاح به آنها «مخروط – بلانت»، گفته می‌شود. این نوع پیکره‌بندی دارای ویژگی‌های آیرودینامیک و گرمایشی مناسبی است، اما به لحاظ کنترل‌پذیری، ایده‌آل نیست. فضاپیماهای آپولو، سایوز و جمینی، از نمونه‌های معروف فضاپیماهایی هستند که در طراحی آنها از پیکره‌بندی مخروط – بلانت استفاده شده است.

دسته دوم، هوافضاپیماهایی با بدنه برآزا هستند. این فضاپیماها پیکره‌بندی نظیر هواپیما دارند و قادر هستند با دقت بالایی در باندهای مخصوص فرود آیند و مجددا مورد استفاده قرار گیرند (مانند شاتل‌های فضایی)، اما پیچیدگی نمونه‌های پیشین این فضاپیماها بسیار بالا بوده‌است. پیچیدگی‌های بالا، باعث کاهش نسبی ایمنی و افزایش هزینه‌های هر پرتاب می‌شود؛ به‌گونه‌ای که همین عامل یکی از عوامل موثر در بازنشستگی شاتل‌های فضایی آمریکا بوده است.

فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، ویژگی‌هایی از هر دو نوع پیکره‌بندی ذکر شده را به ارث برده است. این ویژگی‌ها باعث شده تا علاوه بر کاهش پیچیدگی، قدرت کنترل‌پذیری وسیله نیز افزایش یابد و منجر به افزایش دقت فرود شود. بدین ترتیب پیکره‌بندی «آی.ایکس.وی»، از بسیاری لحاظ، یک نوآوری و جهش در فناوری‌ طراحی و ساخت فضاپیماهای بازگشتی به جوّ محسوب می‌شود.

فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، دارای یک سامانه محافظ حرارتی یک تکه در تمام وجوه مختلف فضاپیما است. این ویژگی احتمال آسیب‌دیدگی پوشش حرارتی فضاپیما را به حداقل رسانده و در نتیجه آسیب‌پذیری کل فضاپیما را هنگام بازگشت به جو، کاهش می‌دهد. به طور مثال در شاتل‌های فضایی آمریکا، از پوشش حرارتی یک تکه استفاده نمی‌شد و کل بدنه فضاپیما از تعداد زیادی سرامیک‌ حرارتی، پوشیده شده بود. این مسئله باعث شد طی آخرین ماموریت شاتل کلمبیا در سال 2003، پوشش حرارتی این فضاپیما هنگام بازگشت به جو دچار آسیب شده و منجر به انفجار آن شود و تمام هفت سرنشین فضاپیما جان خود را از دست بدهند.

شاید منحصر به فردترین ویژگی فضاپیمای «آی.ایکس.وی»، سامانه کنترلی آن باشد؛ این فضاپیما در ارتفاعات بالاتر از 120کیلومتری که نیروهای آیرودینامیکی وارد به فضاپیما به علت وجود نداشتن جوّ موثر، کم است، از مجموعه‌ای از رانش‌زاها در جهت‌های مختلف استفاده می‌کند. تقریبا تمامی این رانشگرها در قسمت پشتی فضاپیما نصب شده‌اند و چینش آنها به گونه‌ای است که امکان کنترل وضعیت وسیله را در هر سه محور به وجود می‌آورد. 

اما ایده‌ جالب توجه به کار رفته در سامانه کنترلی فضاپیما، در هنگام ورود به جو خود را نمایان می‌کند. در این مرحله از مسیر حرکت، فضاپیما از دو سطح کنترلی آیرودینامیکی در سطح زیرین عقب فضاپیما استفاده می‌کند. این دو سطح مانند دو سکان، امکان هدایت فضاپیما و در نتیجه انجام عملیات فرود را با دقت بالا فراهم می‌کنند. این سطوح  یکی ازمهم‌ترین  بخش‌هایی هستند که بیشترین حرارت را در فاز بازگشت به جو تحمل می‌کنند، به همین دلیل است که با استفاده از روکش‌های حرارتی خاص محافظت می‌شوند.

No tags for this post.