فضاپیمای Radian One انقلابی در سفرهای فضایی ایجاد می‌کند

01

از 02

مراحل ‌بی‌فایده

به گفته جفری هافمن، استاد هوانوردی و فضانوردی در مؤسسه فناوری ماساچوست و فضانورد سابق ناسا، یک موشک برای اینکه بتواند از گرانش زمین بگریزد و به مدار برسد، باید به سرعت حدود 28157.5 کیلومتر در ساعت برسد.

هافمن در این باره توضیح داد: «مشکل این است که وقتی فضاپیما به سمت بالا می‌رود، فقط نباید موشک و محموله را بلند کند، بلکه باید تمام سوختی که حمل می‌کند را نیز بلند نماید.»

وی تصریح کرد: «موشکی که قادر به رسیدن به آن سرعت باشد، باید 95 درصد از جرم خود را به سوخت اختصاص دهد و فضای بسیار کمی برای باقی موارد خواهد ماند.»

هافمن بیان کرد: «همیشه آرزوی ما این بوده است که بتوانیم با یک مرحله به مدار برسیم. اما برای انجام این کار، ساختار موشک، موتور‌ها و محموله نباید بیش از 5 درصد کل جرم سیستم باشد. ما هنوز نمی‌دانیم چگونه چنین محصولی بسازیم.»

به همین دلیل است که تمام موشک‌هایی که تاکنون برای رسیدن به مدار استفاده شده‌اند، چند مرحله‌ای بوده‌اند، اگرچه موشک‌های فعلی مانند فالکون 9 اسپیس‌ایکس نسبت به موشک‌های قدیمی‌تر مانند ساترن 5 مأموریت آپولو که سه مرحله داشت، مراحل کمتری دارند (دو مرحله).

هافمن گفت: «وقتی تمام سوخت مرحله اول مصرف می‌شود، به جای حمل آن ساختار تا مدار، موشک آن را رها می‌کند. این موضوع به طور مؤثری به موشک اجازه می‌دهد تا محموله بیشتری را برای یک جرم معین روی سکوی پرتاب حمل کند.»

به طور سنتی، مراحل مصرف‌شده موشک‌ها یا به زمین باز می‌گردند (اغلب در اقیانوس)، یا در جو می‌سوزند، یا به عنوان زباله فضایی در مدار باقی می‌مانند.

اسپیس‌ایکس این الگو را با طراحی بوسترهای قابل استفاده مجدد که می‌توانند به طور خودکار به زمین بازگردند، تغییر داده است.

فرضیه توسعه یک فضاپیما تک مرحله‌ای، این است که با وعده کاهش هزینه‌ها حتی بیشتر، به طور کامل از مراحل موشکی صرف نظر کند.

دور زدن چیزی که هافمن «معادله موشکی» یا حل مشکل حمل وزن سوخت به فضا می‌نامد، آسان نیست.

راه‌حل شرکت Radian Aerospace، یک سورتمه موشکی است که در طول یک ریل 3.218 کیلومتری حرکت می‌کند و تا سرعت ماخ 0.7 (864 کیلومتر در ساعت) شتاب می‌گیرد و سپس فضاپیما را رها، که با قدرت موتورهای خود به مدار پرواز می‌کند.

هافمن در این باره عنوان کرد: «تلاش‌های مختلفی برای توسعه وسایل نقلیه تک مرحله‌ای به مدار انجام شده است. ناسا و نیروی هوایی ایالات متحده در اواخر دهه 1980 و 1990 تلاش‌هایی در این باره کردند. آنها سعی کردند با داشتن محصولی که آن را موتور اسکرم‌جت می‌نامند، این مشکل را دور بزنند، چرا که فضاپیما را از طریق جو بالا می‌برد و اکسیژن را به جای حمل آن با خود، از آنجا می‌سوزاند.»

این ایده عالی است، اما از نظر فنی ساختن چنین موتوری بسیار دشوار است.

هافمن توضیح داد: «کاری که شرکت Radian Aerospace با سورتمه موشکی خود انجام می‌دهد، نوعی معادل اسکرم‌جت است. به عبارت دیگر، تلاش برای به دست آوردن شتاب اولیه بدون سوزاندن سوخت موشکی می‌باشد. به این ترتیب می‌توان برخی از محدودیت‌های معادله موشک را دور زد.»

02

از 02

سه فناوری کلیدی فضاپیمای Radian One

شرکت Radian Aerospace به لطف سه فناوری کلیدی می‌تواند بر موانع یک SSTO موفق غلبه کند.

اولین مورد سیستم پرتاب سورتمه است، که از سوخت خود نه تنها برای تأمین انرژی سه موتور، بلکه از موتورهای موجود در خود فضاپیما استفاده می‌کند و فضاپیما را درست قبل از بلند شدن با مخزن پر می‌گذارد.

دومی ارابه فرود است، که فقط برای فرود به جای برخاستن طراحی شده است که باعث می‌شود به میزان قابل توجهی سبک‌تر شود.

سومین مورد بال‌ها هستند، که در یک موشک عمودی وجود ندارند، اما با ایجاد بالابر در هنگام پرواز به سمت مدار، میزان رانش مورد نیاز سیستم را کاهش می‌دهند.

شرکت Radian Aerospace می‌گوید که فضاپیمای Radian One آنها تا 100 بار قابل استفاده مجدد خواهد بود و می‌تواند خدمه‌ای از دو تا پنج فضانورد را حمل کند و زمان بازگشت آن بین مأموریت‌ها 48 ساعت است.

یک مدل برای مقیاس از این هواپیما امسال آزمایش خواهد شد. نسخه کامل آن در سال 2028 پروازهای آزمایشی خود را بدون رسیدن به مدار آغاز خواهد کرد.

همانند شاتل، فضاپیمای Radian One می‌تواند محموله‌هایی مثل ماهواره‌ها را در مدار مستقر کند، یا مأموریت‌هایی را با استفاده از تجهیزاتی که در خلیج قرار دارند، مانند: مشاهدات زمین یا نظارت و اطلاعات برای نهادهای دفاعی یا نظامی انجام دهد.

همچنین این فضاپیما می‌تواند به کمک‌های بشردوستانه در مناطقی که فاجعه‌‌ای رخ داده است، کمک کند، به‌عنوان مثال، زمانی که باند فرودگاه‌ها غیرقابل استفاده شده‌اند.

به گفته هافمن، سؤال بزرگ فقط این نیست که آیا SSTO می‌تواند از نظر فنی قابل دستیابی باشد، بلکه این است که آیا می‌تواند این کار را با هزینه‌ای انجام دهد که از نظر اقتصادی با سایر سیستم‌های پرتاب رقابتی برابر باشد، مانند کشتی فضایی جدید اسپیس‌ایکس، که می‌تواند صدها محموله کوچک را به خود اختصاص دهد.