اسپیس‌ایکس برای نخستین بار استارشیپ را از مدار زمین به برج پرتاب بازگرداند
به گزارش خبرگزاری آنا؛ اسپیس‌ایکس پانزدهمین پرواز آزمایشی موشک استارشیپ را از پایگاه استاربیس در ایالت تگزاس آمریکا انجام داد؛ مأموریتی که قرار بود برای نخستین بار با بازیابی هم‌زمان هر دو مرحله موشک به پایان برسد، اما در نهایت تنها یکی از دو هدف اصلی آن محقق شد. این موشک ۱۲۴ متری شامگاه جمعه ۲۲ آبان به وقت آمریکا از سکوی پرتاب جدا شد و حدود دو دقیقه پس از آغاز پرواز، بوستر سوپر هوی از مرحله بالایی جدا شد تا هر بخش مسیر مستقلی را طی کند. بوستر قرار بود پس از انجام مانور بازگشت، به محل پرتاب برگردد و میان بازوهای مکانیکی برج مهار شود، اما سامانه هدایت پس از تشخیص شرایط نامناسب، تلاش برای بازیابی را به‌صورت خودکار لغو کرد و مسیر آن را به سمت خلیج مکزیک تغییر داد. مرحله بالایی در مقابل توانست به مدار زمین برسد و مأموریت خود را بدون تأثیرپذیری از مشکل بوستر ادامه دهد.
اسپیس‌ایکس بیش از یک دهه است که توسعه سامانه استارشیپ را با هدف ساخت نخستین موشک مداری کاملاً قابل استفاده مجدد دنبال می‌کند و بازیابی هر دو مرحله، یکی از مهم‌ترین الزامات تحقق این برنامه محسوب می‌شود. برخلاف موشک‌های متداول که بخش‌هایی از آن‌ها پس از پرتاب از بین می‌روند، طراحی استارشیپ بر بازگرداندن و استفاده دوباره از بوستر و فضاپیمای بالایی استوار است تا هزینه مأموریت‌های فضایی کاهش یابد و فاصله زمانی میان پرتاب‌ها کوتاه‌تر شود. این شرکت پیش‌تر در سه پرواز آزمایشی موفق شده بود بوستر سوپر هوی را با بازوهای برج پرتاب بگیرد، اما بازیابی مرحله بالایی پس از گردش به دور زمین هنوز آزمایش نشده بود. پرواز پانزدهم نخستین فرصت برای اجرای هر دو عملیات در یک مأموریت محسوب می‌شد و با وجود از دست رفتن بوستر، موفقیت در بازگرداندن مرحله بالایی پیشرفت مهمی در مسیر توسعه این سامانه به شمار می‌رود.
هشدار کمبود سوخت مانع بازیابی بوستر شد
بوستر سوپر هوی که با نام Booster ۲۲ شناخته می‌شود، پس از جداسازی از مرحله بالایی، مانور چرخش و بازگشت به سمت پایگاه استاربیس را آغاز کرد، اما هنگام اجرای عملیات پیشرانشی بازگشت با مشکلی مواجه شد که ادامه مسیر برنامه‌ریزی‌شده را غیرممکن کرد. بررسی‌های اولیه نشان می‌دهد سامانه‌های بوستر هشدار کاهش غیرمنتظره میزان سوخت را ثبت کرده‌اند و همین موضوع باعث شده عملیات روشن ماندن موتور‌های بازگشت زودتر از زمان تعیین‌شده پایان یابد. سامانه هدایت و کنترل پس از تشخیص اینکه بوستر در موقعیت مناسبی برای نزدیک شدن به برج قرار ندارد، فرمان لغو تلاش برای گرفتن موشک را صادر کرد و مسیر آن را به منطقه امن از پیش تعیین‌شده در خلیج مکزیک تغییر داد. بوستر در ادامه با فعال شدن سامانه پایان پرواز بر فراز آب منفجر شد و به این ترتیب، امکان بازیابی و استفاده دوباره از آن از بین رفت.
مسئولان اسپیس‌ایکس در نخستین ساعات پس از پرتاب هنوز علت دقیق لغو عملیات بازیابی را مشخص نکرده بودند و احتمال بروز مشکل در سامانه هدایت و کنترل مطرح شده بود، اما بررسی‌های بعدی نشان داد که این سامانه مطابق طراحی خود عمل کرده و مشکل اصلی احتمالاً به پایان زودهنگام عملیات پیشرانشی بازگشت ارتباط داشته است. کیت تایس، از اعضای تیم ارتباطات مأموریت، توضیح داده است که هشدار کاهش میزان سوخت موجب توقف زودهنگام روشن ماندن موتور‌های بوستر شده و سامانه هدایت پس از تشخیص انحراف از مسیر مناسب، تصمیم به لغو عملیات گرفته است. با وجود مشخص شدن این زنجیره اولیه رویدادها، علت ریشه‌ای فعال شدن هشدار همچنان در دست بررسی قرار دارد و اسپیس‌ایکس هنوز نتیجه نهایی تحقیقات فنی خود را منتشر نکرده است.
مرحله بالایی ۱۴ بار به دور زمین گردش کرد
مرحله بالایی استارشیپ با نام Ship ۴۲ پس از جداسازی موفق از بوستر، به کمک شش موتور رپتور به مسیر خود ادامه داد و توانست به مدار نزدیک زمین برسد. این فضاپیما در جریان مأموریت ۲۶ ماهواره نسل سوم استارلینک را در مدار مستقر کرد و سپس وارد مرحله پرواز مداری طولانی‌مدت شد که برای بررسی عملکرد سامانه‌های کنترل، پیشرانش و حفاظت حرارتی طراحی شده بود. برنامه پرواز شامل حدود ۱۴ بار گردش به دور زمین طی بیش از ۲۲ ساعت بود و مهندسان باید در این مدت سلامت بخش‌های مختلف فضاپیما را بررسی می‌کردند تا درباره اجرای مانور بازگشت تصمیم بگیرند. این مرحله از مأموریت اهمیت ویژه‌ای داشت، زیرا کوچک‌ترین تغییر در زمان آغاز خروج از مدار می‌توانست محل ورود فضاپیما به جو زمین را جابه‌جا کند و امکان نزدیک شدن دقیق به برج بازیابی را از بین ببرد.
پانزدهمین پرواز آزمایشی دومین مأموریتی بود که استارشیپ توانست در آن به مدار زمین برسد. پرواز چهاردهم که شهریورماه انجام شد، نخستین موفقیت مداری این سامانه را رقم زد، اما بروز مشکل در یکی از موتورها باعث شد اسپیس‌ایکس برنامه بازگشت را زودتر از زمان تعیین‌شده اجرا کند و فضاپیما پس از مدت کوتاه‌تری به مأموریت خود پایان دهد. در پرواز جدید، مرحله بالایی توانست مدت برنامه‌ریزی‌شده را در مدار باقی بماند و حدود ۲۲ ساعت و نیم پس از پرتاب به زمین بازگردد. حفظ عملکرد سامانه‌های فضاپیما در این مدت، علاوه بر فراهم کردن شرایط مناسب برای بازیابی، امکان بررسی رفتار سخت‌افزار در یک مأموریت مداری طولانی‌تر را نیز در اختیار مهندسان قرار داد.
نخستین بازیابی مرحله بالایی با بازوهای برج پرتاب
اسپیس‌ایکس سرانجام روز شنبه ۲۳ آبان به وقت آمریکا، پس از بررسی داده‌های پرواز و تأیید سلامت سامانه‌های اصلی، مجوز اجرای مانور بازگشت مرحله بالایی را صادر کرد. فضاپیما ابتدا با روشن کردن یکی از موتور‌های خود به مدت حدود ۱۰ ثانیه، سرعت مداری را کاهش داد و مسیر ورود به جو زمین را تنظیم کرد. استارشیپ در ادامه با استفاده از سپر حرارتی خود وارد لایه‌های متراکم‌تر جو شد و در حالی که دمای سطح خارجی آن به‌شدت افزایش یافته بود، مسیر بازگشت به سمت پایگاه استاربیس را ادامه داد. فضاپیما سپس با اجرای مانور چرخش نهایی و روشن کردن موتورها، از وضعیت تقریباً افقی به حالت عمودی تغییر جهت داد و سرعت فرود خود را کاهش داد تا برای قرار گرفتن میان بازوهای برج آماده شود.
عملیات بازیابی در حدود ساعت ۱۶ و ۲۰ دقیقه به وقت شرق آمریکا انجام شد و مرحله بالایی برای نخستین بار پس از بازگشت از مدار زمین، میان بازوهای مکانیکی برج پرتاب قرار گرفت. این بازو‌ها که به دلیل شکل ظاهری خود به چاپستیک شهرت دارند، برای مهار موشک در لحظه نزدیک شدن به برج طراحی شده‌اند و پیش‌تر تنها برای گرفتن بوستر سوپر هوی استفاده شده بودند. بازیابی مرحله بالایی چالش دشوارتری محسوب می‌شود، زیرا فضاپیما پس از حرکت با سرعت مداری و تحمل شرایط شدید ورود دوباره به جو باید سرعت و موقعیت خود را با دقت بسیار زیادی تنظیم کند. کوچک‌ترین اختلاف در مسیر، سرعت یا زاویه نزدیک شدن می‌تواند مانع قرار گرفتن مناسب فضاپیما میان بازو‌ها شود و به همین دلیل، موفقیت این آزمایش یکی از مهم‌ترین مراحل توسعه فناوری بازیابی استارشیپ محسوب می‌شود.
سپر حرارتی استارشیپ در شرایط مداری آزمایش شد
یکی از بخش‌های مهم مأموریت پانزدهم، ارزیابی عملکرد سپر حرارتی مرحله بالایی در جریان پرواز طولانی‌مدت و بازگشت از مدار زمین بود. استارشیپ هنگام ورود دوباره به جو با سرعت بسیار بالا حرکت می‌کند و برخورد با مولکول‌های هوا موجب ایجاد گرمای شدید در اطراف بدنه می‌شود؛ شرایطی که می‌تواند بدون وجود سامانه حفاظت حرارتی مناسب به ساختار فضاپیما آسیب برساند. اسپیس‌ایکس برای محافظت از بدنه فولادی استارشیپ از مجموعه‌ای از کاشی‌های مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌کند که باید در طول مأموریت در موقعیت خود باقی بمانند و از انتقال گرمای بیش از حد به بخش‌های داخلی جلوگیری کنند. بررسی سلامت این کاشی‌ها پیش از آغاز بازگشت اهمیت زیادی داشت، زیرا آسیب‌دیدگی گسترده سپر حرارتی می‌توانست ایمنی عملیات را تحت تأثیر قرار دهد.
مهندسان اسپیس‌ایکس برای بررسی وضعیت سپر حرارتی از تصاویر ثبت‌شده توسط دوربین‌های زمینی و ماهواره‌ای استفاده کردند و برخی از ۲۶ ماهواره استارلینک مستقرشده در جریان مأموریت نیز به دوربین‌هایی برای تصویربرداری از فضاپیما مجهز بودند. این تصاویر به تیم فنی اجازه داد وضعیت بدنه و بخش‌های حساس استارشیپ را از زوایای مختلف بررسی کند و درباره ادامه برنامه پرواز تصمیم بگیرد. نتایج ارزیابی‌ها نشان داد که سپر حرارتی در شرایط مناسبی قرار دارد و سامانه‌های اصلی فضاپیما نیز برای اجرای مانور بازگشت آماده هستند. اسپیس‌ایکس پس از بررسی داده‌ها، تلاش برای بازیابی در پایگاه استاربیس را تأیید کرد و در نهایت فضاپیما توانست بدون بروز مشکل عمده در مرحله ورود به جو، به محل پرتاب بازگردد.
مسیر دستیابی به موشک کاملاً قابل استفاده مجدد
بازیابی موفق مرحله بالایی، اسپیس‌ایکس را به هدف ساخت یک سامانه پرتاب کاملاً قابل استفاده مجدد نزدیک‌تر کرده، اما تحقق کامل این هدف همچنان به آزمایش‌های بیشتری نیاز دارد. این شرکت تاکنون در سه مأموریت موفق به گرفتن بوستر سوپر هوی شده و دو بوستر بازیابی‌شده را نیز دوباره به پرواز درآورده است، اما هنوز استفاده مجدد از مرحله بالایی استارشیپ در یک مأموریت جدید را به نمایش نگذاشته است. بازیابی فضاپیما پس از بازگشت از مدار نخستین گام در این مسیر محسوب می‌شود و مرحله بعدی شامل بررسی میزان فرسودگی سخت‌افزار، ارزیابی وضعیت موتورها و سپر حرارتی و آماده‌سازی همان فضاپیما برای پرتاب دوباره خواهد بود. موفقیت در این آزمایش‌ها می‌تواند امکان کاهش عملیات تعمیر و آماده‌سازی میان پرواز‌ها را فراهم کند و به تحقق هدف افزایش تعداد پرتاب‌های سالانه کمک کند.
ایلان ماسک، مدیرعامل اسپیس‌ایکس، پیش‌تر در توضیح اهمیت این برنامه تأکید کرده بود که گسترش پایدار حضور انسان در خارج از زمین به وجود یک سامانه پرتاب مداری کاملاً قابل استفاده مجدد وابسته است. استارشیپ علاوه بر مأموریت‌های تجاری و استقرار ماهواره‌های اینترنتی، یکی از بخش‌های اصلی برنامه‌های آینده سفر به ماه و مریخ محسوب می‌شود و ناسا نیز آن را برای توسعه سامانه فرود فضانوردان برنامه آرتمیس انتخاب کرده است. ظرفیت حمل محموله بالا و امکان استفاده مجدد از هر دو مرحله می‌تواند در صورت تحقق اهداف فنی، هزینه انتقال تجهیزات و محموله‌ها به مدار زمین و مأموریت‌های دورتر را کاهش دهد. با این حال، رسیدن به چنین ظرفیتی تنها به گرفتن موشک پس از پرواز محدود نیست و شرکت باید توانایی آماده‌سازی سریع سخت‌افزار بازیابی‌شده، سوخت‌گیری مجدد و پرتاب‌های متوالی را نیز اثبات کند.
پانزدهمین پرواز آزمایشی استارشیپ در نهایت با نتیجه‌ای متفاوت از برنامه اولیه به پایان رسید، زیرا اسپیس‌ایکس نتوانست هر دو مرحله موشک را در یک مأموریت بازیابی کند، اما موفقیت در گرفتن مرحله بالایی پس از ۱۴ دور گردش به دور زمین، یکی از چالش‌های اصلی این پروژه را برطرف کرد. تحقیقات درباره علت توقف زودهنگام موتور‌های بوستر همچنان ادامه دارد و نتیجه آن می‌تواند بر طراحی سامانه‌های ایمنی و برنامه‌ریزی پرواز‌های بعدی تأثیر بگذارد. این شرکت اکنون باید در کنار برطرف کردن مشکل بوستر، امکان استفاده دوباره از مرحله بالایی بازیابی‌شده را آزمایش کند تا بتواند به هدف اصلی خود، یعنی پرتاب و بازگرداندن سریع هر دو بخش استارشیپ، نزدیک‌تر شود.
انتهای پیام/