25.5 C
Tehran
پنجشنبه ۱۰ مهر ۱۳۹۹

استارشیپ ؛ راهی برای رسیدن به مریخ و فراتر از آن

از دست ندهید

پرواز ایران ایر به استانبول باردیگر برقرار شد + جزئیات خرید بلیت و پرواز

پرواز ایران ایر به استانبول باردیگر برقرار شده است. شرایط و ساعت پرواز ها اعلام شده است. بیت ران -...

هیوندای i30 فیس لیفت چه ویژگی های فنی و ظاهری دارد؟

هیوندای مدل فیس لیفت i30 را برای سال ۲۰۲۰ روانه بازار خواهد کرد که از موتورهای هیبریدی و فناوری‌های...

قطعا بارها با دیدن صحنه های پرواز موشک های Falcon تا خارج از کره زمین و سپس بازگشت و نشستن آن روی یک کشتی، بسیار شگفت زده شده و به وجد آمده ایم، اما در پروژه استارشیپ قرار است به حد اعلای این شگفتی برسیم. به زودی قرار است این موشک با سرنشینان خود روی مریخ فرود بیاید.

بیت ران – امیرحسین اسماعیل بیگی: سال هاست که انسان به دنبال کشف بیشتر فضا است.

یکی از رویاهای مهم بشر در دهه های گذشته دسترسی و قدم گذاشتن روی مریخ بوده است.

حتی هالیوود فیلم های بسیاری در این زمینه ساخته است تا بتواند درحد همان دنیای تصویر به این رویا واقعیت ببخشد.

اما محدودیت های بسیار بشر تا به حال اجازه رسیدن به این آرزو را نداده است.

تقریبا چندسالی می شود که شرکت اسپیس ایکس و ایلان ماسک به شدت برای واقعیت بخشیدن به این رویا تلاش می کنند.

اسپیس ایکس در یک سال گذشته بسیار به انجام آن نزدیک شده است که بتواند انسان را تا مریخ ببرد و برگرداند.

گذری بر شرکت فضایی اسپیس ایکس

اسپیس ایکس در سال 2002 برای ایجاد انقلابی در دسترسی به فضا و فعال کردن جامعه چند سیاره ای تاسیس شد.

در حال حاضر اسپیس ایکس ماموریت های معمول خود را به وسیله موشک های Falcon 9 و Falcon Heavy انجام می دهد.

ماموریت هایی که شامل انتقال انواع ماهواره ها به مدار و درچند وقت اخیر انتقال فضانوردان به ایستگاه بین المللی برای مشتریان متنوعی از جمله سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، وزارت دفاع، دولت های بین المللی و شرکت های تجاری به فضا می شوند.

کاهش هزینه سفرهای فضایی توسط اسپیس ایکس

اسپیس ایکس برای کاهش هزینه های پروژه های فضایی ایده استفاده مجدد از موشک ها را کاملا عملی کرد.

از طریق سیستم رقابتی، SpaceX قابلیت استفاده مجدد را در سیستم های Falcon و Dragon وارد کرده است، که ضمن کاهش هزینه، قابلیت اطمینان موشک را بهبود می بخشد.

برنامه استارشیب (Starship) یکی از برنامه های بعدی اسپیس ایکس است.

برنامه ای برای راه اندازی سیستم حمل و نقل فضایی فوق العاده سنگین که قابلیت استفاده مجدد، سریع و مطمئن داشته باشد.

استارشیپ اکنون از تجربه اسپیس ایکس استفاده می کند تا به رویای دیرینه بشر که زندگی در مریخ است، جامعه عمل بپوشاند.

استارشیپ

استارشیپ راهی برای رسیدن به مریخ

انسان با تلاش های بسیار در این سال ها توانسته است از کره زمین خارج شود.

و حتی خود را تا ماه رسانده اما هنوز پایش به سیارات دیگر نرسیده است.

چندین سال با صرف هزینه و تلاش بسیار ناسا موفق شده است که اطلاعاتی از سیاره مریخ جمع آوری کند.

با توجه به این داده ها تا الان تقریبا مریخ تنها جایی است که با اغماض بسیار، انسان می تواند برود و یا سکونت کند.

ایلان ماسک شرکت اسپیس ایکس را برای تحقق این خواسته که انسان را به مریخ برساند و یک تمدن جدید در آن جا تشکیل دهد بنا نهاد.

استارشیپ

اسپیس ایکس موفق شد موشک هایی با قابلیت استفاده مجدد توسعه داده و هزینه های سفرهای فضایی را بسیار کاهش دهد.

این دستاورد بسیار به برنامه سفر به مریخ کمک می کند.

از سال 2012 اسپیس ایکس توسعه موشک های جدید خود را شروع کرد.

استارشیپ قوی ترین فضاپیمای ساخته شده تا به حال است

این موشک ها با هدف حمل بارهای بسیار سنگین (100 تن) برای مسافت های طولانی طراحی و ساخته می شد.

با عملی شدن این پروژه، استارشیپ قوی ترین فضاپیمای تاریخ بشر تا به امروز خوهد بود.

استارشیپ

نام این پروژه در ابتدا حمل و نقل استعماری مریخ (Mars Colonial Transporter) بود.

اما چندی بعد ایلان ماسک گفت این وسیله می تواند تا ورای مریخ نیز پرواز کند.

بنابراین نام آن را به BFR به معنی راکت فالکون بزرگ (Big Falcon Rocket) تغییر داد.

در نهایت در سال 2019 قسمت فضاپیما را استارشیپ (Starship) و بوستر مرحله اول را سوپر هِوی (Super Heavy) نامید.

ولی به اختصار به کل مجموعه و پروژه استارشیپ گفته می شود.

استارشیپ

همانند نام این پروژه، طراحی موشک بارها و بارها تغییر کرده است و با هر آزمایش جدید ممکن است قسمت دیگری تغییر کند.

جنس بدنه، موتورها، سپرهای حرارتی، حتی ابعاد و بسیاری قسمت های مهم دیگر از جمله این تغییرات اند.

این موشک باید در نهایت بتواند ماموریت خود را به بهترین شکل انجام دهد.

استارشیپ پر از شگفتی، جزئیات فنی و نهایت مهندسی است.

در ادامه چند قسمت از مهم ترین بخش های فنی استارشیپ را بررسی می کنیم تا بهتر بدانید چرا این موشک بسیار خاص است.

زمانبندی سفر به مریخ با پروژه استارشیپ

تا اینجا با استارشیپ آشنا شدیم؛ اسپیس ایکس برای رسیدن به مریخ براساس زمان بندی بسیار دقیقی پروژه را جلو می برد.

استارشیپ

از سال 2019 که ساخت این موشک برای رفتن به مریخ با نام استارشیپ شروع شد، تست های زیادی روی تمامی قسمت های این موشک انجام شده است، یا در برنامه وجود دارد که انجام شود.

یکی از کارهایی که اسپیس ایکس در راستای برنامه استارشیب انجام داد، ساخت سایت اختصاصی برای انجام آزمایشات استارشیپ بود.

سایت اختصاصی پرتاب استارشیپ

این سایت پرتاب که به نام بوکاچیکا (Boca Chica) شناخته می شود، در جنوب ایالت تگزاس و دهکده بوکاچیکا ساخته شده است.

ساخت این پایگاه از سال 2014 آغاز شد و تا 2018 طول کشید.

استارشیپ

در ابتدا قرار بود این سایت برای پشتیبانی موشک های فالکون استفاده شود، اما در نهایت ایلان ماسک این سایت را به صورت اختصاصی برای پروژه استارشیپ در نظر گرفت.

تمامی آزمایش ها و ساخت نمونه های مورد نظر برای موشک استارشیپ در این منطقه انجام می شود.

استارشیپ

استار هوپر

قدم بعدی اسپیس ایکس برای تکمیل دانش خود و انجام تست های متنوع روی هر قسمت از این موشک، تصمیم به ساخت یک نمونه اولیه به نام استار هوپر بود.

در سال 2018 ابتدا پایه ها ساخته و تست شدند، بعد از آن سازه استار هوپر تکمیل شد و یک موتور رپتور SN2 روی آن نصب شد.

استارشیپ

این استارهوپر با موتور رپتور اولیه به ارتفاع یک متر پرواز موفقیت آمیز انجام داد.

سپس موتور رپتور SN6 همراه با تجهیزات بیشتری روی آن نصب شد تا تست کامل تری گرفته شود و در نهایت تا 20 متر پرواز را با موفقیت انجام داد.

بعد از آن مخازن سوخت و باقی موارد مورد نیاز روی استارهوپر قرار گرفت و با همان موتور رپتور SN6 تا ارتفاع 150 متر پرواز کرد.

استارشیپ

تمامی این آزمایشات در سال 2019 و به صورت موفقیت آمیز انجام شدند تا گام به گام اسپیس ایکس را به استارشیپ نزدیک تر کنند.

اما آخرین تست موفقیت آمیز اسپیس ایکس در 4 آگست 2020 انجام شد که نمونه بسیار کامل تری از استارهوپر با شکلی نزدیک تر به استارشیپ بود.

این نمونه با نام SN5 و با استفاده از یک موتور رپتور توانست به ارتفاع 150 متری برسد و سپس با موفقیت فرود آید.

اگر مشکل خاصی برای پروژه پیش نیاید طبق برنامه زمان بندی تا انتهای سال 2020 نمونه کامل استارشیپ به مدار 100 کیلومتری پرتاب می شود.

پیشرانه های استارشیپ

یکی دیگر از شگفتی های استارشیپ پیشرانه های آن است.

این فضاپیما مجموعا از 37 پیشرانه استفاده می کند که متشکل از دو نوع است.

31 عدد پیشران از نوع رپتور توسعه یافته برای سطح دریا که روی بوستر سوپر هوی نصب شده است تا استارشیپ را به مدار زمین برساند.

شش عدد پیشرانه از نوع رپتور نیز روی خود استارشیپ نصب شده است؛ که سه عدد از نوع توسعه یافته برای سطح دریا و سه عدد دیگر نیز توسعه داده شده برای خلا هستند.

استارشیپ

پیشرانه رپتور یکی از شاهکارهای مهندسی است

بیایید نگاهی به جزئیات این موتور بیندازیم تا بهتر بدانید چرا این موتور یک شاهکار است.

پیشرانه رپتور از طراحی ویژه ای استفاده می کند که Full-flow staged-combustion نام دارد.

این طرح برای اولین بار توسط مهندسان روسی در دهه 60 میلادی انجام شد، اما هیچ وقت آن موتور به پرواز در نیامد.

در نهایت در سال 2011 شرکت اسپیس ایکس شروع به طراحی موتور رپتور کرد و از این طرح در آن بهره برد.

اگر بخواهیم خیلی ساده این طرح را توضیح دهیم، باید بگوییم که پیشرانه های دیگر در محفظه احتراق و قسمت نازل دما بسیار افزایش پیدا می کند.

برای اینکه آسیبی به این قسمت ها وارد نشود، سوخت بیشتری به محفظه احتراق تزریق می شود تا دما کاهش پیدا کند و این باعث افزایش مصرف سوخت و وزن فضاپیما می شود.

اما در رپتور، سوخت در اطراف نازل موشک می چرخد تا دمای نازل کاهش یابد و دمای سوخت برای پیش سوزی آماده شود.

درباره این موتور و ساختار آن بحث های بسیار پیچیده تری وجود دارد که در این مقاله نمی گنجد.

استارشیپ

رپتور اولین موتور فضاپیما متالوکسی دنیا است

این موتور از سوخت متان مایع و از اکسیدکننده اکسیژن مایع بهره می برد.

تا امروز هیچ موتوری با متان یا متالوکسی به مدار زمین نرفته است و این اولین بار است که موتوری با این سوخت به مدار زمین و خارج از آن فرستاده می شود.

اغلب پیشرانه هایی که تا امروز استفاده شده اند از سوخت RP-1 استفاده می کردند.

این سوخت نوع مخصوص و کاملا تصفیه شده ای از نفت سفید است که به سوخت موشک مشهور است.

اما چرا اسپیس ایکس با وجود سوخت RP-1 و هیدروژن می خواهد یک موتور با سوخت متان را توسعه دهد؟

ابتدا یک نگاهی به خصوصیات متان می اندازیم:

استارشیپ

شاید بزرگترین عامل استفاده از متان به عنوان سوخت، چگالی آن است، داشتن سوخت متراکم تر به معنای مخازن کوچکتر و سبک تر برای حجم معینی از سوخت است.

پس؛ مخزن کوچکتر = موشک سبک تر.

بیایید کمی این قضیه را بررسی کنیم تا هضم آن راحت تر شود.

چگالی اکسیژن مایع 1141 گرم در لیتر و کمی متراکم تر از RP-1 است.

برای سوزاندن LOX و RP-1 با نسبت 2.7 به 1، برای هر لیتر LOX به کمی بیش از نیم لیتر RP-1 احتیاج دارید.

اکنون با توجه به اینکه هیدروژن 11 برابر کمتر از RP-1 متراکم تر است و برای سوختن LOX و هیدروژن با نسبت 6 به 1 به این معنی است که برای هر لیتر LOX ، به 2.7 لیتر هیدروژن احتیاج دارید!

بنابراین در صورت استفاده از هیدروژن، مخزن سوخت شما باید تقریباً 5 برابر بزرگتر از RP-1 باشد.

استارشیپ

استخراج سوخت متان برای استارشیپ از جو مریخ

متان از نظر وزن و اندازه مخازن سوخت بسیار بهتر است.

اما یک دلیل مهم دیگر برای استفاده از این سوخت، جو موجود در مریخ است.

هدف نهایی اسپیس ایکس ایجاد کلونی و سکونت انسان در مریخ است.

جو مریخ غنی از CO2 است، ترکیب آن با آب استخراج شده از سطح زمین و آب های زیرسطحی موجود در مریخ از طریق الکترولیز و فرایند سابتییر، می تواند جو مریخ را به سوخت متان تبدیل کند!

بنابراین لازم نیست از کره زمین سوخت متان مورد نیاز برای برگشت فضاپیما را با خود برد.

و می توان با استفاده از منابع مریخ در آنجا متان درست کرد.

در ادامه موتور رپتور را با برخی از بهترین مورتورهای فضاپیما که تا به حال استفاده شده اند مقایسه می کنیم.

استارشیپ

استارشیپ

همان طور که در تصاویر مشاهده می کنید موتور رپتور بیشترین فشار محفظه احتراق را در بین تمامی موتورها دارد.

که به لطف طراحی خاص آن می تواند نسبت تراست به وزن بالایی را ایجاد کند.

همچنین این موتور قیمت بسیار پایینی دارد.

هزینه استفاده از رپتور نیز پایین و برای ایجاد هر هزار نیوتن نیرو فقط 20 دلار است.

این مبلغ شگفت انگیز است که باعث می شود هزینه سفرهای فضایی بسیار کاهش پیدا کند.

سپر حرارتی

هنگامی که یک فضاپیما از زمین خارج می شود، مجبور است با فشار شدید هوا مقابله کند، زیرا لایه ای به نام اتمسفر ما را احاطه کرده است.

با این حال، وقتی یک فضاپیما از فضا برمی گردد، باید با یک نیروی طبیعی شدیدتر مقابله کند؛ اصطکاک.

زمانی که فضاپیما با سرعت بسیار بالا می خواهد از خلا وارد جو یک سیاره شود، یا به سمت زمین برگردد، با اصطکاک شدید روبرو می شود.

یعنی مولکول های هوا با سرعت بسیار زیاد مدام به فضاپیما برخورد می کنند.

این اصطکاک گرمای بسیار زیادی ایجاد می کند و اگر یک فضاپیما مجهز به سپر حرارتی نباشد، ذوب می شود و از بین می رود.

استارشیپ

فضاپیمای استارشیپ نیز از این قائده مستثنی نیست و بخاطر طراحی برای سفر به ماه یا مریخ، باید دارای سپر حرارتی باشد.

استارشیپ برای رفتن به مریخ و بازگشت به زمین طراحی شده است.

پس نیاز است بتواند یکبار وارد جو مریخ و یکبار دیگر در برگشت وارد جو زمین شود، بدون آن که آسیبی ببیند.

جو سیاره مریخ نسبت به سیاره زمین رقیق تر است و این فضاپیما باید بتواند وارد هر دو جو شود.

یکی دیگر از تفاوت های استارشیپ با فضاپیماهای قبلی، اندازه و وزن زیاد آن است که شرایط را برای ورود به یک جو بسیار دشوار می کند.

علیرغم اینکه قرار است در آینده تعداد زیادی انسان و بار را حمل کند، باید بتواند به سلامت فرود بیاید و آسیبی به سرنشینان آن وارد نشود.

این فضاپیما به شیوه ای طراحی شده است که بدون تعمیرات و یا با حداقل تعمیرات دوباره قابل استفاده باشد.

تغییر سپر حرارتی استارشیپ از روش تعرق به کاشی های سرامیکی

خصوصیاتی که در بالا گفته شد، باعث می شود که استارشیب نیاز به یک سپر حرارتی خاص داشته باشد.

طبق شبیه سازی های انجام شده در زمان ورود به جو با سرعت 30 هزار و 400 کیلومتر برساعت دمای برخی قسمت های استارشیپ به حدود 1500 درجه سانتی گراد برسد.

در این سال ها روش های بسیاری برای دفع حرارت در زمان ورود به جو بررسی و ایجاد شده است.

اما یکی از مرسوم ترین ها که ناسا و روس ها از آن استفاده کرده اند، نصب کاشی های سرامیکی روی بدنه فضاپیما است.

استارشیپ

یکی دیگر از روش ها که استارشیب نیز با این روش قرار بود محافظت شود سیستم تعرق است.

این سیستم دقیقا همانند بدن انسان عمل می کند.

زمانی که دمای بدن از مقدار مشخصی بیشتر می شود، برای خنک نگه داشتن خود شروع به عرق کردن می کند.

در ادامه این مکانیسم، از روزنه های ریز سطح بدن مقداری آب به سطح بدن می آید تا با تبخیر شدن دمای بدن را کاهش دهد.

استارشیپ

ایلان ماسک رئیس شرکت اسپیس ایکس درباره این سیستم می گویید:

«این سیستم شامل پوستی از جنس فولاد ضد زنگ بود که روی یک پوسته دیگر قرار می گیرد.»

تعرق، روشی بسیار سنگین و پیچیده برای دفع حرارت

مایع خنک کننده در بین دو لایه است و در سطح فضاپیما مناطقی وجود دارد که تعداد زیادی روزنه میکرومتری در آن درنظر گرفته شده است و امکان تعرق و خنک کردن را فراهم می کند.

با استفاده از این سیستم دیگر نیازی به بازسازی در بین پرتاب ها نیست.

به این معنی که سپر حرارتی با تحمل فشارهای متعدد، بدون هیچگونه خرابی می تواند پروازهای متعددی را انجام دهد.

نوع مایع خنک کننده ابتدا آب و سپس متان پیشنهاد شد، اما هر دو مشکلاتی داشتند.

این طرح با توجه به تمام مزایایی که دارد، بسیار پیچیده، سنگین و دارای معایبی است.

با توجه به محاسبات انجام شده در هرثانیه حدود 50 کیلوگرم مایع خنک کننده نیاز بود تا بتواند دمای سطح را کاهش دهد.

و این مقدار باید برای مدت حدود 600 ثانیه تامین شود (300 ثانیه برای ورود به مریخ و 300 ثانیه برای ورود به زمین) که وزن مایع خنک کننده مورد نیاز در حدود 30 تن می شود.

این وزن برای فضاپیمایی که باید با وزنی بیش از صد تن فرود آید بسیار زیاد است.

این سنگینی موجب می شود که استارشیپ توانایی حمل بار کمتری داشته باشد.

علاوه بر وزن، امکان مسدود شدن روزنه های روی سطح بسیار زیاد است.

در صورت مسدود شدن هر قسمت، آن ناحیه ذوب می شود.

با وجود مشکلات و اینکه هنوز طرح به بلوغ نرسیده است، در نهایت اسپیس ایکس تصمیم به تغییر این طرح گرفت.

در نتیجه از همان طرح کاشی های سرامیکی استفاده می شود.

ترکیب روش کاشی های سرامیکی با روش تعرق در آینده

مسئولان پروژه اسپیس ایکس گفته اند که «کاشی های قابل استفاده مجدد با هزینه پایین ساخته ایم که بسیار سبک تر از خنک کننده تعرقی است و کاملاً مستحکم هستند.»

این سپر سرامیکی در دمای تا 1650 کلوین یا 1380 درجه سانتیگراد آزمایش شده است.

ایلان ماسک در مورد اینکه چرا قطعات این سپر حرارتی شش ضلعی هستند اینگونه می گوید:

«در میان شکاف های این قطعات هیچ مسیر مستقیمی برای شتاب گرفتن گازهای داغ وجود ندارد.»

هرچند او گفته است که اگر در هر قسمت از کاشی های سرامیکی شاهد فرسایش باشیم، در آن قسمت از طرح تعرق نیز استفاده می کنیم.

تمامی این سپرهای حرارتی روی فضاپیما استارشیپ نصب می شوند و قسمت پایینی یا همان بوستر Super Heavy نیاز به سپر ندارد.

بوستر Super Heavy از جنس فولاد ضد زنگ است و از آنجا که سرعت آن فقط به حدود 8 یا 9 ماخ می رسد، علاوه بر این در ارتفاع زیاد، دیگر نیازی به سپر حرارتی، حتی رنگ آمیزی نیست.

بیشتر بخوانید:

ماموریت فضایی دراگون کرو ؛ تلاش برای استقلال از روس ها

موشک فالکن ۹ ، معجزه فضایی ایلان ماسک

موشک ماهواره‌بر ایران و ارزیابی های فنی

پاسخ دادن

دیدگاه خود را وارد کنید
لطفا نام خود را وارد کنید

آخرین اخبار

تصاویر تندر ۹۰ و ساندرو جدید

تصاویر تندر ۹۰ و ساندرو جدید را در این گزارش تصوری تماشا کنید. بیت ران - شرکت رنو تصاویر تازه‌ای...

پرواز کیش – دوبی از سر گرفته شد +...

پرواز کیش - دوبی که در پی شیوع ویروس کووید 19 متوقف شده بود، طی روزهای آینده از سر گرفته خواهد شد. جزئیات زمانبندی...

نسل جدید تندر ۹۰ و ساندرو ؛ طوفان رنو...

نسل جدید تندر ۹۰ و ساندرو توسط شرکت رنو معرفی شدند. طراحان رنو از طراحی زشت نسل اول این خودرو و طراحی معمولی نسل...
با شکسته شدن انحصار قطر ایرویز؛

کاهش قیمت بلیت تهران – استانبول ادامه دارد

با شکسته شدن انحصار قطر ایرویز کاهش قیمت بلیت تهران - استانبول با حضور ایرلاین های ایرانی و افزایش پروازها ادامه دارد. بیت ران -...
راننده رایگان به چه کسی می گویند؟

نیکلاس لطیفی راننده فرمول یک ایرانی تبار کیست؟

نیکلاس لطیفی راننده ایرانی تبار حاضر در عرصه فرمول یک ، راننده رایگان است، اما لطیفی کیست و راننده رایگان به چه کسانی می...

پست‌های مرتبط