الصواريخ فن: على الصواريخ التي يتم إطلاقها في الفضاء

ومن صواريخ دي-نور إلى الصواريخ ذات الرؤوس الحربية النووية، لم يتغير المبدأ الذي يعمل على أساسه جهاز الإطلاق، لكن الظروف السياسية والتكنولوجية لإرسال البشر والأقمار الصناعية إلى الفضاء تغيرت. سباق آخر من الأرض إلى الفضاء

بواسطة: طال عنبر

تبدأ الأقمار الصناعية ورواد الفضاء رحلتهم إلى الفضاء على الأرض، أو في مركبة فضائية، أو في مقدمة الصاروخ. تعمل صواريخ الإطلاق الفضائية، والمعروفة في اللغة المهنية بالقاذفات، وفق مبدأ بسيط، وهو قانون الفعل ورد الفعل - قانون نيوتن الثالث الذي بموجبه لكل فعل رد فعل مساوٍ له في القوة ومضاد له في الاتجاه.

تحرق الصواريخ نوعا من الوقود - الصلب أو السائل أو مزيج من الاثنين - ويتم دفع منتجات الاحتراق، والغازات ذات الضغط العالي، إلى الخارج من خلال فوهة العادم. ولم يتغير هذا المبدأ منذ بداية الطيران - في مكان ما في القرن العاشر، في الصين وكوريا، عندما استخدمت الصواريخ لأغراض الترفيه والعطلات (د-نور الألعاب النارية) والحرب على حد سواء.

على مر السنين، تحسنت موثوقية منصات الإطلاق بشكل كبير، وكذلك قدرتها على حملها إلى الفضاء. سنرى في هذه المراجعة القليل مما يتم عمله في عالم منصات الإطلاق من حيث التكنولوجيا والتحسينات في الوقود والأتمتة والاستعداد التشغيلي للقاذفات.

تحويل الصواريخ الباليستية إلى منصات إطلاق الأقمار الصناعية

وقد تم تحويل العديد من منصات إطلاق الأقمار الصناعية وحتى بعض منصات الإطلاق المأهولة على مر السنين إلى صواريخ باليستية تحمل رؤوسًا نووية. استخدم أول برنامجين فضائيين مأهولين للولايات المتحدة، ميركوري وجيميني، الصواريخ الباليستية الموجهة - ريدستون وأطلس وتيتان.

كان برنامج أبولو للرحلات المأهولة إلى القمر هو الدافع وراء تطوير قاذفات مخصصة لنقل البشر إلى الفضاء - عائلة صواريخ زحل. ومع انهيار الاتحاد السوفييتي وانتهاء الحرب الباردة بينه وبين الولايات المتحدة، تم التوقيع على اتفاقيات مختلفة بين القوى لتقليص ترسانة الصواريخ الباليستية.

تم تفكيك بعضها، وبعضها تم تدميره في انفجار محكوم، وخضع البعض الآخر "لإعادة تدريب احترافي" وأصبح قاذفات أقمار صناعية. الميزة واضحة - إنه صاروخ مثبت وموثوق للغاية ويتطلب استثمارًا صغيرًا نسبيًا لتحويله إلى منصة إطلاق أقمار صناعية.

مباشرة بعد انهيار الاتحاد السوفييتي، كان هناك العديد من الصواريخ التي تم تسويقها على أنها منصات إطلاق أقمار صناعية بأسعار منخفضة للغاية، وبالنسبة للعديد من البلدان كانت هذه هي الوسيلة الأكثر ملاءمة للوصول إلى الفضاء.

تقدم الشركات الروسية التي تعمل بالاشتراك مع الشركات الغربية اليوم عمليات إطلاق باستخدام نموذجين صاروخيين بشكل رئيسي: دنيبر، وهو تحويل للصاروخ الباليستي SS-18، وروكوت، وهو تحويل للصاروخ SS-19.

وفي الولايات المتحدة أيضًا، تم تحويل بعض الصواريخ الباليستية من نوع MX إلى تكوين قاذفة أقمار صناعية (عائلة قاذفة Minotaur). المشكلة الأساسية في تحويل الصواريخ الباليستية إلى منصات إطلاق هي تضاؤل ​​المخزون وكذلك عمر الصواريخ والأنظمة المثبتة فيها.

واليوم، لم يعد الإطلاق إلى الفضاء باستخدام منصة إطلاق محولة من صاروخ باليستي رخيصاً كما كان في أوائل التسعينيات، وأسعاره آخذة في الارتفاع.

من الهند إلى الصين: البلدان والقاذفات

ومع تحسن الوضع الاقتصادي في روسيا، وتحت قيادة بوتين الذي كان يطمح إلى إعادة روسيا إلى مكانتها كقوة رائدة، تدفقت ميزانيات كثيرة على مجال الفضاء بشكل عام ومجال منصات الإطلاق بشكل خاص. بعد عقود من الاعتماد على الموجود، يتم اليوم تطوير العديد من منصات إطلاق الأقمار الصناعية الجديدة في روسيا، بعد عقود من الاعتماد على الموجود.

منصة الإطلاق الرائدة هي Angara، وهي منصة إطلاق ذات نماذج متعددة من المتوقع أن تطير إلى الفضاء في السنوات القادمة. وستكون قاذفة الأقمار الصناعية هذه قادرة على حمل حمولات مختلفة، بل وستكون قادرة على حمل رواد الفضاء. تصل القدرة الاستيعابية للمدار المنخفض إلى 50 طنًا في التكوين الثقيل للقاذفة.

نموذج آخر يجري تطويره في روسيا هو سويوز 1، وهو منصة إطلاق لحمل الأقمار الصناعية الخفيفة والمتوسطة الحجم (حمولات مخصصة). وأدى التعاون بين روسيا وكوريا الجنوبية إلى تطوير منصة الإطلاق KSLV-1، التي قامت حتى الآن برحلتين تجريبيتين، والتي فشلت في وضع قمر صناعي في الفضاء.

إيران تنضم إلى نادي الفضاء

ويجري نشاط واسع النطاق في العديد من البلدان الأخرى التي تسعى إلى تحقيق القدرة على الإطلاق الذاتي إلى الفضاء. وأحدث من انضم إلى نادي الفضاء هي إيران، التي نجحت في فبراير/شباط 2009 في إطلاق قمر صناعي إلى الفضاء باستخدام منصة إطلاق الأقمار الصناعية "سفير" التي طورتها بنفسها.

وتحاول الكوريتان تطوير منصات إطلاق الأقمار الصناعية منذ سنوات، وحتى الآن فشلت كلتاهما في المهمة. يتم إنتاج منصات إطلاق الأقمار الصناعية في بلدان أخرى، بما في ذلك البرازيل وإندونيسيا. وللقدرة على الإطلاق الذاتي إلى الفضاء معنى رمزي كبير من الناحية السياسية، خاصة إذا كانت الدولة لا تمتلك قدرة إطلاق عالية.

بدأت الولايات المتحدة في تطوير منصة إطلاق مأهولة جديدة كجزء من برنامج Constellation. تم تصميم هذا القاذف لحمل المركبة الفضائية أوريون إلى الفضاء؛ وقد قوبلت رغبة الرئيس أوباما في إلغاء مشروع كوكبة بأكملها باعتراضات بين لجنة العلوم والتكنولوجيا بمجلس الشيوخ، التي تدعو، من بين أمور أخرى، إلى الحفاظ على قدرة الحكومة على إطلاق البشر إلى الفضاء وعدم الاعتماد كليا على الكيانات الأجنبية أو التجارية.

فقد طورت الصين نسخة مأهولة من منصة إطلاق لبرنامجها الفضائي المأهول، وتفعل الهند نفس الشيء اليوم: فمن المتوقع في غضون سنوات قليلة أن يتم إطلاق رائد فضاء هندي إلى الفضاء باستخدام منصة إطلاق محلية. وتطمح الهند إلى أن تكون الدولة الرابعة في العالم التي تطلق إنسانًا إلى الفضاء بمفردها.

وسبق أن تم عرض الخطط الأوروبية لتحويل منصة إطلاق الأقمار الصناعية الثقيلة "أريان 5" عدة مرات في المعارض والمؤتمرات، لكن لم يتم اتخاذ قرار رسمي حتى الآن بشأن تطوير القدرة على إطلاق رواد الفضاء باستخدام هذه المنصة.

وتستفيد أوكرانيا من تراث مصانع الصواريخ ومكاتب التصميم التي تعود إلى الحقبة السوفييتية الموجودة هناك، وتتحول الصواريخ الجديدة من مخططات أولية إلى واقع ملموس، بما في ذلك عائلة جديدة من منصات الإطلاق: ماياك وسيكلون 4، التي يجري تطويرها، من بين أمور أخرى. لوكالة الفضاء البرازيلية.

المبادرات الخاصة والتجارية

حولت شركة SPACE X خدمات الإطلاق إلى الفضاء على أساس تجاري من حلم إلى حقيقة. قامت الشركة التي أسسها رجل الأعمال إيلون ماسك، بتطوير وإطلاق نموذجين من منصات الإطلاق إلى الفضاء بنجاح: طراز Falcon 1 الصغير، وجهاز Falcon 9 الثقيل، المصممين لإطلاق أقمار الاتصالات إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض ولإطلاق رواد الفضاء إلى محطة الفضاء الدولية باستخدام المركبة الفضائية Dragon، وهي أيضًا من تطويرها الخاص.

ولدى الشركة عقود إطلاق كثيرة، منها إطلاق قمر صناعي إسرائيلي من سلسلة عاموس، المزمع إطلاقه أواخر عام 2012 أو أوائل عام 2013.

تجدر الإشارة إلى أن مشاريع الإطلاق التجارية الأخرى لم تنجح، ونرى على سبيل المثال مشروع الإطلاق التجاري من البحر Sea Launch، الذي كان مبادرة مشتركة بين شركات من الولايات المتحدة وروسيا وأوكرانيا والنرويج، والتي أفلست.

القاذفات: الأنواع والوقود

مع تقدم التقنيات المتعلقة ببناء مختلف أنواع الأقمار الصناعية، بدأت الأقمار الصناعية الدقيقة في الظهور في العديد من الدول، وهي في الغالب أقمار صناعية تزن حوالي 100 كجم. غالبًا ما يتم إطلاق هذه الأقمار الصناعية كحمولة مصاحبة مع قمر صناعي أكبر وأكثر تكلفة، أو مزيج من عدة أقمار صناعية صغيرة من بلدان مختلفة على منصة إطلاق واحدة.

غالبًا ما أدى نموذج الإطلاق هذا إلى الحد من توفر عمليات الإطلاق، مما أدى إلى إنشاء "طوابير انتظار" في الطريق إلى الفضاء. وفوق ذلك، ظهرت حاجة حقيقية لإطلاق أقمار صناعية متوسطة الحجم، يصل وزنها إلى حوالي 1,500 كجم.

يعد إطلاق قمر صناعي صغير أو متوسط ​​إلى الفضاء باستخدام منصة إطلاق كبيرة مضيعة كبيرة للمال. تعمل وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) منذ سنوات على تطوير منصة إطلاق للأقمار الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم - Vega. ومن المتوقع أن تطير هذه المركبة خلال عام 2010، وسيتم إطلاقها من قاعدة كورو الفضائية الأوروبية في غيانا الفرنسية بأميركا الجنوبية.

وتبلغ قدرة الإطلاق حوالي 1,500 كيلوغرام لمدار منخفض، على ثلاث مراحل؛ الأولين يعملان بالوقود الصلب. وفي فئة منصات الإطلاق الصغيرة، يمكن أيضًا إدراج صواريخ Soyuz 1 الروسية، وNaru 1 الكورية الجنوبية، وEpsilon اليابانية.

ويتميز قاذفة Epsilon، التي تعمل بالوقود الصلب، بمرونة تشغيلية كبيرة تنتج، من بين أمور أخرى، عن تصميم اختبارات ذاتية التشغيل وتلقائية سريعة، مع استخدام الحد الأدنى من المعدات الأرضية. في الآونة الأخيرة، تم أيضًا فحص خيارات الإطلاق الجوي، وكما هو مكتوب بالفعل في هذا القسم، يوجد اليوم قاذفة جوية واحدة عاملة، Pegasus.

يتأثر أداء منصات الإطلاق أيضًا بأنواع الوقود التي تحركها، حيث إن تحسين وقود الصواريخ يتيح تحسين أداء منصات الإطلاق وموثوقيتها وحتى في جانب تأثيرها على جودة البيئة.

ففي اليابان، على سبيل المثال، يجري حاليًا بناء مرحلة عليا لقاذفة الأقمار الصناعية التي سيتم تشغيلها بالغاز الطبيعي. يتمتع هذا الوقود بالعديد من المزايا للتطبيقات الفضائية، من حيث انخفاض تكاليفه مقارنة بالوقود المبرد (الوقود شديد البرودة - عادة مزيج من الهيدروجين السائل والأكسجين).

كثافته أعلى من الهيدروجين السائل، لذلك يمكن جعل منصة الإطلاق أصغر حجمًا، ومن الممكن أيضًا تخزين الغاز الطبيعي في حالة مضغوطة لفترات طويلة جدًا من الزمن - وهو الأمر الذي سيسمح بوضع "خزانات التزود بالوقود" في المدار، وأكثر المرونة في البعثات البحثية إلى النظام الشمسي.