موفقیت محققان ایرانی در طراحی فضاپیمای سرنشین دار
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در راستای تلاش‌های تحقیقاتی در زمینه طراحی و ساخت فضاپیماهای سرنشین دار در کشور، محققان دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی موفق به ارائه الگوریتم طراحی سیستمی فضاپیمای سرنشیندار شده‌اند.
مهندس لیلا خلج زاده که با راهنمایی دکتر مهران میرشمس، موفق به اجرای این طرح شده در گفت‌و‌گو با خبرنگار فناوری ایسنا در خصوص ویژگی‌های الگوریتم طراحی و فضاپیمای سرنشین دار طراحی شده گفت: در الگوریتم طراحی فضاپیمای سرنشین دار با بهره گیری از مدل‌های آماری و پارامتری، فضاپیمای سرنشین‌داری طراحی شده که می تواند یک تا سه سرنشین را برای چند ساعت تا چند روز به مدارهای پایینی زمین ببرد. این نوع فضاپیماها از چند مدول (بخش) تشکیل شده‌اند. مدول به معنای یک بخش مستقل است که ممکن است تداخلاتی با سایر بخش‌ها داشته باشد. به مدول‌های سرنشیندار در این فضاپیماها کپسول فضایی نیز گفته می‌شود. در فضاپیماهای سرنشین دار مدولار، تنها یکی از مدول ها (کپسول بازگشتی) به زمین باز می‌گردد. این دست از فضاپیماها از موفق‌ترین و مقرون به صرفه‌ترین فضاپیماهای سرنشیندار محسوب می‌شوند.
وی تصریح کرد: فضاپیماهای سرنشیندار به سه دسته کلی ایستگاه‌های فضایی، کپسول‌های فضایی و سیستم‌های حمل و نقل فضایی تقسیم می‌شوند. در کنار این سه دسته فضاپیماهای زیرمداری (هوافضاپیماها) هم وجود دارند که در زمینه طراحی آنها تجاربی کسب شده است. هر یک از انواع فضاپیماهای سرنشیندار، ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارد.
ایستگاه‌های فضایی فضاپیماهای سرنشین‌داری هستند که سیستم پیشرانش و فرود ندارند. نخستین ایستگاه فضایی دنیا را اتحاد جماهیر شوروی، با نام «سالوت-1» در فضا برقرار کرد. برنامة «سالوت» متشکل از نه تک مدول بود که به عنوان ایستگاه فضایی در بازة زمانی یازده ساله‌ای در مدار قرار گرفتند. تجربه‌های به دست آمده از این ایستگاه‌ها که تنها از یک بخش تشکیل شده بودند، راه را برای ساخت و برقراری ایستگاه‌های فضایی بزرگ‌تر و پیچیده‌تری مانند «میر» و ایستگاه فضایی بین‌المللی هموار کرد.
خلج زاده خاطرنشان کرد: سیستم های حمل و نقل فضایی یا اسپیس‌پلین‌ها فضاپیماهای سرنشین‌داری هستند که می‌توانند بارها پرواز کنند. این سیستم‌ها با بهره‌گیری از سیستم پیشرانش خود تا مدار زمین پیش می روند و بخش مدارگرد آنها در مدار قرار می گیرد. همین بخش، حامل فضانوردان، ماموریت را انجام می دهد و مرحله بازگشت به جو و فرود را به انجام می رساند. درصد زیادی از این فضاپیماها قابلیت استفاده مجدد دارد، به گونه‌ای که کل وسیله را می‌توان قابل استفاده مجدد دانست. شاتل فضایی و بوران در این دسته از فضاپیماهای سرنشین دار قرار می گیرند. بوران که پس از شاتل فضایی و با الگوبرداری از آن ساخته شد به دلایلی هرگز وارد چرخه عملیاتی نشد.
وی تصریح کرد: گروه سوم فضاپیماهای سرنشین‌داری هستند که می‌توانند یک تا سه سرنشین را برای چند ساعت تا چند روز به مدارهای پایینی زمین ببرند که در این طرح فضاپیمای سرنشین‌داری از این دست طراحی شده است.
خلج زاده در توضیح الگوریتم طراحی فضاپیما گفت:در این الگوریتم، مراحل طراحی مفهومی فضاپیمایی با نام «دوستی» در قالب قدم‌هایی یک به یک طی می‌شود. مطابق با این روندنما، ابتدا ویژگی‌های فضاپیماهای گروه هدف و ماموریت آنها مرور می‌شود تا نیازمندی‌های سطح سیستم برای طراحی فضاپیمای سرنشیندار دوستی استخراج شود. در استخراج نیازمندی‌ها، همچنین، نیازهای داخلی در پروفایل ماموریت و در نهایت در نیازمندی‌های طراحی وارد می‌شود. سپس، ویژگی‌های سطح سیستم فضاپیما تعیین و بودجه‌های جرم و توان برقرار می‌شوند. طراحی زیرسیستم‌های اصلی فضاپیما با به کارگیری روش‌های طراحی مهندسی و مراجعه به ویژگی‌های فضاپیماهای گروه هدف در مرحله بعد انجام می‌گیرد. پس از طی این مراحل، طرح حاصل از طراحی در سطح سیستم و زیرسیستم سبک و سنگین می‌شود و بودجه‌های جرم و توان مورد ارزیابی دوباره قرار می‌گیرد. در پایان، ویژگی‌های طرح نهایی با مدل‌های آماری صحت‌سنجی می‌شود تا اصلاحات لازم اعمال و طرح نهایی ارائه شود.
خلج زاده در پاسخ به این سوال که با توجه به ساختار متفاوت فضاپیماهای آمریکایی و شرقی، فضاپیمای دوستی مشابه کدام گروه است، اظهار داشت:
مدارگردهای سرنشیندار مدولار را می‌توان به دو دستة استوانه‌یی شکل (سیستم‌های شرقی) و مخروطی (سیستم‌های امریکایی) تقسیم کرد. واستوک، واسخود، سایوز و آخرین آنها شنژو شکلی استوانه‌یی و مرکوری، جمینی، آپولو و آخرین آنها اوریون شکل مخروط ناقص دارند. در این پایان نامه، ویژگی‌های فضاپیماهای دستة نخست به ویژه دو فضاپیمای سایوز (روسیه) و شنژو (چین) به‌عنوان گروه هدف مورد بررسی قرار گرفته است.
وی خاطرنشان کرد: این دسته از فضاپیماها غالباً یک تا سه نفره هستند، از دو یا سه مدول (بخش مجزا) تشکیل شده‌اند. وزن آنها بسته به تعداد مدول‌ها (سرنشین) از حدود پنج تن تا نزدیک هشت تن متغیر است. ابعاد این فضاپیماها هم در قطر تقریبا یکسان و در طول بسته به دو مدوله یا سه مدوله بودن با رعایت نسبت متفاوت است.
خلج زاده تصریح کرد: ارتفاع متوسط مدار ماموریتی فضاپیماها زیر 400 کیلومتر است و از بیضویت مدار در ماموریت‌های فضاپیماهای نخست در فضاپیماهای اخیر کم شده، یعنی به دایره نزدیک شده است.
وی درباره ساختار و زیرسیستم های این فضاپیماها گفت: سازه، پیشرانش، کنترل حرارت، کنترل محیطی و پشتیبانی حیات، مخابرات، هدایت ناوبری و کنترل، توان و بازیابی و فرود زیرسیستم‌های اصلی این فضاپیماها را تشکیل می‌دهند. سیستم الکتریکی آنها هم از باتری به آرایه‌های خورشیدی و توان متوسط از 0.2 کیلووات به نزدیک 1 کیلووات تغییر کرده است.
مدول بازگشتی به عنوان تنها بخشی از فضاپیما که به زمین بازمی‌گردد در فضاپیماهای نخست فاقد سیستم کنترل وضعیت بوده، کپسول بازگشت بالستیک انجام می‌داده است، در حالی که در انواع اخیر با تراسترهای سیستم کنترل عکس‌العملی مدول کنترل می‌شود.
جلوبرندگی موتور اصلی در فضاپیماهای اولیه بالا و در انواع اخیر با توجه به نیاز واقعی فضاپیما تعدیل شده است که این موضوع شاید به پیشرفت فناوری در توسعه موتور فضاپیماها با دامنه تراست گسترده‌تر (از بسیار پایین تا بسیار بالا) بازگردد.
پروفایل ماموریت فضاپیماها (به جز انجام ماموریت ویژه) از الگوی نسبتا ثابتی پیروی می‌کند که مبنای استخراج پروفایل ماموریت فضاپیمای در دست طراحی (دوستی) شده است.
وی خاطرنشان کرد: در مدول خدمه یا بازگشتی، زیرسیستم کنترل وضعیت برای کنترل وضعیت مدول در هنگام بازگشت به جو به کار گرفته می‌شود. تمام کنترل‌ها و نمایشگرها، کامپیوتر دیجیتال فضاپیما، همچنین تجهیزات پشتیبانی حیات و فرود در این مدول جای می‌گیرند.
با زیرسیستم‌های کنترل حرارت و حفاظت تابش، کابین خدمه در برابر محیط فضا ایزوله می‌شود. توان مدول در هنگام بازگشت به جو با بهره‌گیری از باتری‌های تعبیه شده در مدول تامین می‌شود. ارتباط با مرکز کنترل زمینی با بهره‌گیری از تجهیزات قرار گرفته در داخل مدول امکان‌پذیر است.
خلج زاده تصریح کرد: در مدول خدمات یا تجهیزات، موتور اصلی و در واقع بخش عمده زیرسیستم پیشرانش، به علاوه موتورهای سیستم کنترل عکس‌العملی به همراه مخازن سوخت قرار گرفته است. تجهیزات رادیویی، تله‌متری، سیستم هدایت و ناوبری، سیستم رایانه، تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی، باتری‌های ذخیره در مدار، مبدل‌های حرارتی و سیستم اصلی کنترل حرارت در این مدول جای داده می‌شوند. در بیرون آن نیز آنتن‌های مخابراتی، آرایه‌های خورشیدی و رادیاتورها نصب می‌شوند. جانمایی دقیق‌تر تجهیزات در بخش‌های بعدی گزارش آمده است.
وی درباره تعداد سرنشینان و طول ماموریت فضاپیمای دوستی گفت: عمر طراحی فضاپیمای دوستی، 14 روز و طول ماموریت آن تا سه روز است و قادر است یک یا دو نفر فضانورد را به فضا ببرد. ارتفاع تزریق فضاپیما 250 × 200 کیلومتر، ارتفاع عملیاتی آن 5 ± 330 کیلومتر و ارتفاع بازگشت به جو آن 120 کیلومتر است.
خلج زاده در گفت‌و‌گو با ایسنا اضافه کرد: طول بدنه فضاپیما ، 500 سانتی متر، قطر آن 250 و اسپن آن 1450 سانتی متر است که حدود چهار متر مکعب فضا را برای سرنشینان فراهم می کند. وزن کل فضاپیما هم پنج تن است که 2.5 تن مربوط به مدول پیشرانش و 2.5 تن مربوط به مدول بازگشتی است.
وی با بیان این که طرح این فضاپیما هنوز به مراکز فضایی کشور ارائه نشده اظهار داشت: ساخت و توسعه چنین فضاپیمایی نیازمند به پیشرفت فناوری یا دستیابی به فناوری پیشرفته در بسیاری از زمینه هاست. همچنین برای ارسال این فضاپیما به فضا، پرتابگر آن نیز بابد ساخته شود. با توجه به محدودیت های موجود نمی توان زمان دقیقی برای آن تعیین کرد که به این موضوع اولویت های کشور را نیز باید افزود اما در کل، شاید بتوان حداقل بازه زمانی پنج تا 10 سال را برای آن در نظر گرفت.
