لماذا لا تطير إلى الفضاء مباشرة من المدرج العادي في المطار؟ ويسعى مشروع الطائرة الفضائية Skylon إلى تحقيق هذا الطموح والتغلب على بعض العقبات التقنية على طول الطريق
الندى العنبر جاليليو
إن حلم الطيران إلى الفضاء باستخدام طائرة تقلع من مدرج عادي في المطار، دون الحاجة إلى معززات الصواريخ، ويمكن إعادة استخدامها لعدد كبير جدًا من المرات، رافق البشرية حتى قبل إطلاق أول قمر صناعي في عام 1957. XNUMX.
لقد شهدت العديد من المشاريع التكنولوجية، الخاصة والحكومية، صعودًا وهبوطًا، وحتى اليوم، بعد مرور 50 عامًا على رحلة أول إنسان إلى الفضاء، لا توجد حتى الآن أداة من هذا النوع، لا لإطلاق البشر ولا لإطلاق الأقمار الصناعية.
تعرف على سكيلون
أحد المشاريع المثيرة للاهتمام التي يتم بناؤها في السنوات الأخيرة هو طائرة Skylon الفضائية (Skylon، سميت بهذا الاسم بسبب تشابهها مع برج فولاذي يحمل نفس الاسم وشكل غير عادي، رفيع وديناميكي هوائي، تم تشييده في لندن عام 1951 وكان دمرت بعد عام). يتم تطوير الطائرة بواسطة Reaction Engines.
سيتم تجهيز طائرة سكيلون الفضائية بمحركات صاروخية يمكنها أيضًا استخدام الأكسجين من الغلاف الجوي، وبهذه الطريقة ستكون سكايلون مركبة إطلاق فضائية ذات مرحلة واحدة. تم تصميم Skylon لعدد كبير من الرحلات الفضائية، وسيكون قادرًا على وضع أقمار صناعية يصل وزنها إلى 15 طنًا في كل رحلة فضائية.
تم استخلاص الكثير من المعرفة اللازمة لبناء الطائرة الفضائية من مشروع بريطاني لبناء طائرة فضائية، هوتول، والذي تم تنفيذه خلال ثمانينيات القرن العشرين، وتم إلغاؤه. ويعلن مصممو الأداة قدرتها على الطيران إلى الفضاء والعودة 20 مرة، وخفض سعر الإطلاق للكيلوغرام الواحد بأكثر من رتبة من حيث الحجم، مقارنة بما يمارس حاليا باستخدام منصات إطلاق مختلفة.
طائرة سكيلون الفضائية هي طائرة تعمل بمحركات نفاثة تغير طريقة عملها أثناء الطيران وتصبح محركات صاروخية تعمل بالوقود السائل (ولا تعتمد على الأكسجين الجوي). ستستخدم السيارة الهيدروجين السائل لدفعها كطائرة نفاثة ومركبة صاروخية.
عند الطيران في الغلاف الجوي، ستستخدم الأكسجين الموجود في الهواء (الدفع النفاث)، وعند صعودها إلى الفضاء، ستتحول المركبة إلى استخدام الأكسجين السائل المخزن في خزاناتها (الدفع الصاروخي). وستكون طائرة سكيلون الفضائية قادرة على الصعود إلى ارتفاع 26 كيلومترا وتصل سرعتها إلى 5.4 ماخ بقوة المحركات النفاثة التي تعمل بالهيدروجين، قبل أن يتغير وضع عملها إلى الدفع الصاروخي النقي.
عندما تكون السفينة في مدار حول الأرض، سيتم فتح أبواب مقصورة الشحن، وسيتم إطلاق البضائع إلى الفضاء. تشمل الشحنات التي يمكن إطلاقها باستخدام Skylon أنواعًا مختلفة من الأقمار الصناعية والمعدات والإمدادات للمحطات الفضائية وحتى المركبات الفضائية المأهولة (على الرغم من أن هذه الوجهة، وفقًا لمطوري الأداة، في المستقبل البعيد جدًا).
هيكل الطائرة الفضائية
سيتم بناء Skylon في الغالب من ألياف الكربون التي ستمنحها قوة كبيرة مع وزن منخفض مقارنة بالمعادن. سيتم تصنيع أجزاء معينة من الطائرة الفضائية، والتي تتطلب حمل الكثير من الوزن (الوصلات بين الأجنحة والمحركات على سبيل المثال)، من سبائك التيتانيوم.
سيتم بناء خزانات وقود سكيلون من الألمنيوم، وسيتم تركيب مواد عازلة بداخلها لعزلها عن الحرارة الخارجية التي ستنشأ بسبب الاحتكاك مع الغلاف الجوي بسرعات عالية أثناء الرحلة إلى الفضاء وأثناء العودة إلى الأرض.
سيتم طلاء الأجزاء الخارجية من Skylon بنظام حماية حراري يعتمد على مركبات السيراميك، مما يذكرنا إلى حد ما ببلاط العزل الخاص الذي غطى مكوك الفضاء الأمريكي. وأحدث تصميم لـ Skylon (الطراز المعروف باسم C2) هو عبارة عن طائرة يبلغ طولها 82 مترًا وقطرها 6.3 مترًا.
تمتلك Skylon جناحًا مركزيًا على شكل دلتا يبلغ ارتفاعه 25.4 مترًا، وسيتم تركيب محركاتها الكبيرة على طرفيه. تنبع أبعاد سكيلون الهائلة من الحاجة إلى احتواء كميات كبيرة من الهيدروجين السائل - وقود المركبة، سواء كطائرة أو كمركبة فضائية.
Skylon بعد الهبوط في المطار
طريقة الدفع: من المحركات النفاثة إلى المحركات الصاروخية
تم تصميم الطائرة الفضائية Skylon لاستخدام طريقة دفع فريدة من نوعها، لم تنضج بعد للاستخدام العملي: المحركات النفاثة التي تحرق الهيدروجين ولها قوة دفع عالية للغاية "تتنفس" الأكسجين الجوي، والتي يمكن أن "تغير مظهرها" وتصبح محركات صاروخية. التي تستخدم الأكسجين السائل.
هذه العملية قابلة للعكس، وبالتالي، عندما يهبط Skylon في مطار، فإنه لن ينزلق على الأرض بدون دفع (مثل المكوكات الفضائية في الولايات المتحدة)، ولكنه سيستخدم الدفع النفاث. ويستخدم محرك سكيلون الفريد تقنية تسمى الدائرة المتكاملة، حيث يخضع الهواء الذي يدخل إليه إلى تبريد كبير ويتحول إلى سائل، ويختلط بالهيدروجين السائل الذي يعمل كوقود له.
يُطلق على المحرك اسم SABER (اختصار لـ Synergistic Air Breathing Rocket Engine) وهو تطوير متقدم لمحرك اخترعه مهندسون بريطانيون في ثمانينيات القرن العشرين، ويُسمى LACE (اختصار لـ Liquid Air Cycled Engine). يتم تمويل تطوير محرك Skylon، إلى حد كبير، من قبل وكالة الفضاء الأوروبية، على الرغم من أن مشروع Skylon ليس جزءًا من عملياتها.
كما ذكر أعلاه، فإن محركات Skylon النفاثة الفريدة تحرق الهيدروجين السائل. يمكن لهذه المحركات أن تغير طريقة عملها أثناء الطيران؛ سيتم إغلاق مداخل الهواء الكبيرة للسفينة وسيبدأ نظام إمداد الأكسجين السائل بتدفقه إلى غرفة الاحتراق بطريقة مشابهة لمحرك الصاروخ المبرد العادي (المحرك المبرد هو محرك يعمل باستخدام وقود سائل شديد البرودة - في درجات حرارة قريبة من -200 درجة مئوية).
التحدي الفني الأكبر لتصميم المحرك هو تشغيله كمحرك نفاث، وليس كمحرك صاروخي. هناك حاجة إلى أنظمة تبريد ذات أبعاد هائلة وتعمل بقوة كبيرة لتحويل الهواء ذي درجة الحرارة المرتفعة للغاية (الهواء الذي يمتصه المحرك عند الطيران بسرعات أعلى من خمسة ماخ) إلى هواء بارد جدًا. حتى الآن، تم إثبات تشغيل أنظمة التبريد بشكل تجريبي وعلى نطاق صغير. سيتطلب الانتقال إلى محرك عمل كامل الحجم العديد من الموارد والتجارب الإضافية.
تطبيقات إضافية
قدم العاملون في الشركة التي تقوم بتطوير Skylon على موقعهم الإلكتروني، وكذلك في المؤتمرات العلمية حول العالم، إمكانية بناء طائرة ركاب كبيرة في المستقبل تستخدم تقنيات محرك Skylon الفريدة. ستقزم هذه الطائرة أكبر طائرة ركاب اليوم، وهي طائرة إيرباص A-380، وإذا تم بناؤها على الإطلاق، فسوف تتطلب العديد من التغييرات في البنية التحتية في المطارات التي ترغب في الاستفادة من خدماتها.
وفي الوقت نفسه، فإن حلم طائرة الركاب الفضائية المستقبلية بعيد عن التحقق لدرجة أنه يبدو في أفق الخيال العلمي. يجب أن نتذكر أن التمويل اللازم لإكمال نموذج طيران Skylon لم يتم الحصول عليه بعد.
إلى الموقع الإلكتروني للشركة التي تقوم بتطوير Skylon
دليل مستخدم سكيلون
المؤلف هو رئيس مركز أبحاث الفضاء، ومعهد فيشر لأبحاث الطيران والفضاء الاستراتيجية، ورئيس جمعية الفضاء الإسرائيلية.
تعليقات 14
تنطلق Spaceshiptwo في حقل على متن طائرة وتنطلق على ارتفاع 12 كم، وقد تم تصميم Spaceship100 لتحملها أكبر طائرة على الإطلاق، بسعة حمولة تصل إلى XNUMX طن، أعتقد أن البريطانيين لا يعرفون ذلك ما يفعلونه في مجال الفضاء المدني الأمريكي
؟؟؟؟
على حد علمي، يتم إطلاق SpaceShipTwo إلى الفضاء من الجو وليس من الأرض،
هل تعتبر تكلفة إطلاقه مرتفعة؟
الشيء الرئيسي هنا هو مواصلة استثمار الميزانيات، فالطموح إلى الفضاء هو جزء من البحث والتطوير في القضايا العلمية.
وينبغي أن يكون هذا اتجاها عالميا.
وحتى في إسرائيل، نحن بحاجة إلى الاستثمار في هذه القضايا، حتى لو لم تكن مرتبطة مباشرة بالأمن، بل بالعلم البحت فقط...
بالطبع، لا ينبغي أن ننسى أولئك الذين قتلوا أثناء الهبوط، مثل أربعة رواد فضاء روس، إن لم أكن مخطئا، في السبعينيات (ثلاثة في رحلة واحدة وواحد آخر في رحلة أخرى)، وكارثة كولومبيا.
وفي أبريل 1967، قُتل رائد الفضاء فلاديمير ميخائيلوفيتش كوماروف، بعد أن فشل في فتح مظلته الطارئة أثناء هبوط المركبة الفضائية. وفي يونيو/حزيران 1971، قُتل ثلاثة رواد فضاء روس آخرين، عندما عادت المركبة الفضائية التي كانوا يطيرون بها إلى الفضاء إلى الأرض.
يا أبي، يجب أن يكون العشرة كاملين بالنسبة لعدد الأشخاص الذين أطلقوا إلى الفضاء. وفقًا لويكيبيديا، فإن عدد الأشخاص الذين تم إطلاقهم إلى الفضاء (أو تعرضوا لعملية إطلاق تمثل نفس الخطر) هو 10 شخصًا. ومن بين هؤلاء، قُتل 523 أشخاص. هذا هو 10 في المئة من الناس.
عليك أن تحسب هذه النسبة بعدد الأشخاص الذين قتلوا بسبب السفر بالسيارة، والسفر بالقطارات، والطيران بالطائرة، والطيران في منطاد الهواء الساخن لتعرف مدى خطورة الطيران إلى الفضاء.
ومع ذلك، حتى هنا ليس دقيقًا، حيث يجب أيضًا حساب مبلغ الأموال المستثمرة في السلامة على الطرق وسلامة السيارات وسلامة الطيران. وكل هذا خلال الخمسين سنة الماضية.
ابي،
لذا، سنبدأ بالأقمار الصناعية الصغيرة ونتقدم من هناك.
لست متأكدًا من أنني فهمت المقارنة بعدد الوفيات الناجمة عن التدخين. أحاول مقارنة أسعار الإطلاق بين الأرض والجو، فحياة الإنسان ليست سوى أحد العوامل.
مكلفة للغاية بالنسبة لقمر صناعي كبير، وبالتأكيد بالنسبة لرحلة مأهولة. لا تزال معقولة ومدروسة للأقمار الصناعية الصغيرة.
علاوة على ذلك، فإن عشرة أشخاص هو عدد أقل من عدد الأشخاص الذين يموتون كل ثانية بسبب التدخين.
ندى،
حتى كارثة واحدة كثيرة جدا. أودى تشالنجر في عام 1986 وأبولو 1 في عام 1967 بحياة عشرة أشخاص. في تاريخ إطلاق الأقمار الصناعية في كازاخستان، لا توجد كوارث معروفة، ولكن كانت هناك العديد من الإخفاقات التي كلفت ثروة ضخمة.
كلام والدي يعني أن الإطلاق بالطائرة مكلف ولكنه ممكن، لذلك أمامنا تحدي.
ماذا عن الإطلاق من طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع 50 كيلومتراً فوق الأرض، حيث لم يعد معظم الغلاف الجوي موجوداً؟
يمكن بالفعل بناء بالونات الطقس التي تصل إلى هذه الارتفاعات اليوم، وأنا متأكد من أنه إذا تم استثمار بضعة مليارات من الدولارات في تطوير المناطيد التي ستصل إلى هذا الارتفاع، فسيتم حل هذه المشكلة في غضون عشر سنوات. بل إنه من الممكن بناء محطة إطلاق في الستراتوسفير، أو نوع من حاملات الإطلاق الطائرة التي ستبقى على هذا الارتفاع لأشهر وسنوات. بل سيكون من الممكن تثبيته أو نقله إلى خط الاستواء أو إلى أماكن أخرى وحتى ذلك الحين سيكون فوق ارتفاع معظم الأحوال الجوية.
لقد نشرت مقالاً حول هذا الموضوع عام 2004. عنوان المقال "رحلات مكوكية إلى القمر".
https://www.hayadan.org.il/shuttle-to-the-moon-15090/
سأضيف إلى كلام طال أن الإطلاق من الجو أمر مهم، رغم أنه مكلف وربما غير عملي إلا للأغراض العسكرية حيث يحتاج قمر التجسس إلى الإطلاق الفوري إلى الفضاء ولا يوجد وقت للتحضير لإطلاقه. تتحدث قواتنا الجوية أيضًا منذ عدة سنوات عن إطلاق الأقمار الصناعية من الفضاء، كما تعمل رافائيل أيضًا على تطوير مثل هذا الإطلاق.
يوفال، إن تاريخ رحلات الإنسان إلى الفضاء ليس في الواقع "مليئًا" بقصص الكوارث كما تقول. لقد كان حمل قاذفة إلى الفضاء بالطائرة محل نقاش لعدة عقود، وبدأت العديد من المشاريع بضجة كبيرة وتوقفت لأسباب اقتصادية أو تكنولوجية.
سيكون ارتفاع الإطلاق لقاذفة محمولة جواً حوالي عشرة كيلومترات وسرعة 0.8 ماخ - لن أعرّف هذه الشروط بأنها "ارتفاع عالٍ وسرعة".
في هذه الأثناء، وإلى أن يتم تطبيق ذلك، لماذا لا نستخدم الطائرات الكبيرة كقاذفات؟
طريقة الإطلاق الحالية ليست آمنة، والتاريخ القصير لسفر الإنسان إلى الفضاء مليء بقصص الكوارث التي حدثت على الأرض أو في الجو. أصبح الطيران التقليدي متطورًا ومتقدمًا وأكثر أمانًا بلا حدود. يمكن للطائرة الخادعة الكبيرة أن تحمل مكوكًا على ظهرها وتمنحها ظروف انطلاق جيدة على ارتفاعات وسرعات عديدة.
المشكلة التي لم يحلها اقتراحي هي انخفاض مستوى الأمان أثناء عودة المكوك إلى الغلاف الجوي. لكن هذا يستحق مناقشة موسعة في مكان آخر.