کپسول رد دراگون اسپیس اکس چگونه سفرهای فضایی را متحول می کند؟

اگر خبرهای حوزه هوافضا را دنبال کرده باشید احتمالا می دانید که اسپیس اکس قصد دارد تا سال 2018 میلادی فضاپیمای دراگون خود را روی مریخ فرود بیاورد و برای این منظور از تکنیکی به نام فرود رانشی (propulsive landing) بهره خواهد گرفت؛ روشی که در آن از موتورهای راکت به جای بالا رفتن برای پایی آمدن استفاده خواهد شد.

همزمان با پایین رفتن دراگون و حرکتش به سمت سطح مریخ، هشت موتور SuperDraco کار گذاری شده درون بدنه فضاپیما روشن می شوند و سفینه را به آرامی پایین آورده و فرود نرمی را برای آن به ارمغان می آورند.

طریقه کار تا حدودی شبیه به نحوه فرود بخش یا مراحل نخست راکت های فالکون 9 روی زمین است و انتظار می رود که تحولی عظیم را در نحوه فرود فضاپیماها روی مریخ ایجاد کند.

در حال حاضر ارسال محموله به سیاره سرخ با استفاده از فرایندی به شدت پیچیده انجام می شود. تراکم اتمسفر این سیاره در حدود یک صدم جو زمین عنوان شده و به همین خاطر ضربه ای که زمان فرود فضاپیماها از طریق جو به آنها وارد می شود به مراتب بیشتر از سیاره خودمان است.

انتقال محموله های بیشتر به سیاره سرخ با استفاده از فرایندهایی که پیچیدگی کمتری دارند

در گذشته رساندن سخت افزار و تجهیزات به مریخ مستلزم انجام فرایندهای پیچیده مهندسی بود و سفینه ها به پوشش های حرارتی، موشک ترمزی، چتر نجات و مواردی از این دست نیاز داشتند. اما فرود رانشی می تواند این فرایند را راحت تر نماید و در نتیجه اسپیس اکس هم قادر خواهد بود حجم بیشتری از کالا و محموله را با ایمنی لازم و سهولت بیشتر روی این سیاره فرود بیاورد.

وزن بیشتر

تکنیک  ابداعی توسط مهندسان اسپیس اکس دقیقا در نقطه مقابل شیوه به کار رفته توسط کاوشگر کنجاوی است که سال 2012 برای فرود روی مریخ به کار گرفته شد. فرود آن کاوشگر روی سطح سیاره سرخ «هفت دقیقه ترس» نام داشت زیرا برای موفقیت آمیز بودنش لازم بود حجم بالایی از تکنیک های مهندسی پیاده سازی شده درست عمل کنند.

در واقع کاوشگر در حالی که درون یک کپسول با پوشش حرارتی خاص قرار داشت به جو مریخ وارد شد. عاقبت چتری که برای آن سیستم در نظر گرفته شده بود باز گردید تا فرایند ورود کپسول به جو آرامتر انجام شود و وقتی سفینه به ارتفاع مشخصی رسید کاوشگر از آن به بیرون پرتاب شد.

در مرحله بعد راکت های ترمزی فعال شدند تا فرود کاوشگر را تحت کنترل خود درآورند و نهایتا وسیله با استفاده از نوعی جرثقیل به سلامت روی مریخ نشست. تمامی این فرایندها برای آن انجام شد تا کاوشگری که کمتر از یک تن وزن داشت روی مریخ فرود بیاید.

اما پیچیده بودن آن فرود نیز از آن جهت است که ماموریت های ناسا به مریخ بسیار هزینه بر هستند و آنطور که Bobby Braun استادیار تکنولوژی های فضایی در موسسه فناوری جرجیا که تاکنون روی شش سطح نشین این سازمان کار کرده می گوید، همین محدودیت هزینه ای باعث شده که ناسا تا حد ممکن از جرم محموله هایش کم کند.

سازمان فضایی آمریکا، تلاش می کند که با استفاده از راکت های ارزان تر و کوچک تری نظیر Atlas V, متعلق به ائتلاف مشترک پرتاب ماموریت هایش به مریخ را انجام دهد و از این طریق به میزان قابل توجهی در هزینه هایش صرفه جویی کند و هرچه سیستم های فرود آن سنگین تر باشند، فضای کم تری برای تعبیه کردن تجهیزات علمی برایش باقی می ماند.

Braun می گوید: از همین رو، ناسا برای جلوگیری از بروز این اتفاق سیستم های فرود را تا حد ممکن کوچک می کند. چترها معمولا گزینه های جذابی برای فرود هستند اما کاوشگر کنجکاوی بیش از آنچه که باید سنگین بود و نمی شد از چتر برای کم کردن سرعتش بهره گرفت. در نتیجه ناسا تصمیم گرفت سیستم پیچیده ای را طراحی کند که به اندازه کافی برای پرتاب از زمین سبک باشد و از طرفی استحکام لازم را هم داشته باشد تا بشود فرود آرامی را روی مریخ تجربه کند.

اما برای آنکه وسیله ای به شیوه رانشی فرود بیاید به وزنی بیشتر از متدهای قبلی نیاز دارد زیرا برای تامین انرژی مورد نیاز موتورها در حین فرود به نیروی رانشی اضافه ای احتیاج خواهد بود. اما برای اسپیس اکس، وقتی راکت فالکون هوی آن به مرحله عملیاتی برسد وزن اهمیت چندانی ندارد. فالکون هوی نسخه ای بزرگ تر از راکت فالکون 9 این شرکت است که طبق ادعای سازنده اش قادر است بالغ بر 13 هزار کیلوگرم بار را با خود به مریخ ببرد.این در حالی است که کل محموله ارسال کنجاوی به مریخ از 3800 کیلوگرم فراتر نمی رفت.

اما زمانی که فالکون هوی آماده شود احتمالا قادر خواهد بود محموله های سنگین تری را به مریخ ببرد زیرا ظرفیت بیشتری دارد و در نتیجه نگرانی از این بابت وجود نخواهدداشت.

از طرفی حالا که اسپیس اکس تلاش دارد با ساخت راکت های چندبار مصرف هزینه انجام این ماموریت ها را پایین بیاورد ارسال محموله های سنگین تر به مریخ مانند سابق گران تمام نمی شود. اسپیس اکس ادعا کرده که هزینه هر بار ماموریت فالکون وی برابر با 90 میلیون دلار خواهد بود. این درحالی است که کمترین مبلغ برای پرتاب Atlas V  برابر با 164 میلیون دلار عنوان شده است.

بازگشت به زمین

فرود رد دراگون یا اژدهای سرخ اسپیس اکس روی مریخ کمتر از کنجاوی پیچیدگی دارد. وقتی این فضاپیما وارد جو مریخ شد تنها کافیست که موتورهایش را روشن کند. Braun می گوید: این یک مرحله از پرواز است و پیچیددگی کمتری دارد و انتظار می رود که به مرور زمان اطمینان پذیری اش نسبت به شیوه های کنونی فرود بیشتر شود.

Braun همچنین اعلام داشت که می شود مقیاس پذیری این سیستم را تغییر داد و درنهایت تا 20 تن محموله را با آن به مریخ برد. اغلب مردم تصورشان این است که برای ارسال انسان به مریخ لازم است این ظرفیت به 40 الی 80 تن برسد در حالی که 20 تن کفایت می کند.

اما یکی از بخش های کلیدی از ماموریت Red Dragon تشخیص مکان مناسب برای فرود است. اگر قرار باشد که از موتورهای راکت برای پایین آوردن فضاپیما روی مریخ استفاده شود، احتمالا حجم بالایی از گرد و غبار در موقعیت زیرین آن به پا می شود و این مساله می تواند به موتورها اسیب برساند. وقتی کنجکاوی روی مریخ فرود آمد، راکت های ترمزی که برای پایین آمدن آن مورد استفاده قرار گرفت نیز گرد و غیار قابل توجهی را ایجاد کردند و در نتیجه یکی از حسگرهای سفینه از کار افتاد. از همین رو لازم است که اسپیس اکس موقعیتی از این سیاره را که خطرات کمتری برای فرود دارد پیدا کند.

این شرکت همچنین باید نقطه ای را بیابد که با قوانین بین المللی حفاظت از سیارات نیز همخوانی داشته باشد. براساس معاهده فضایی سازمان ملل متحد که در سال 1967 میلادی تصویب شد، سازمان هایی که فضاپیما به فضا می فرستند باید از آلوده کردن این محیط خودداری نمایند.

اما وسایلی که به مریخی ارسال می شوند، علیرغم روش های متعدد استرلیزاسیونی که روی آنها پیاده می شود، معمولا هزاران نوع میکروب در خود دارند. در نتیجه لازم است که فضاپیمای اسپیس اکس موقعیتی را برای فرود پیدا کند که کمترین آلودگی را متوجه مریخ نماید.

John Rummel مامور سابق حفاظت از سیارات ناسا در این باره گفت: مریخ مکان سرد و خشکی است اما موقعیت هایی روی آن قرار دارند که گرم تر هستند و رطوبت بیشتری دارند و اسپیس اکس باید مراقب باشد که در این موقعیت ها فرود نیاید چراکه تصور می شود در این نواحی آب مایع وجود داشته باشد.

آنطور که این مامور سابق ناسا می گوید، علیرغم تمامی اینها تصور می شود که سطح آلودگی ایجاد شده به واسطه فضاپیمای اسپیس اکس کمتر از سفینه های پیشین باشد. کاوشگر کنجکاوی درجریان ماموریت خود به مریخ در داخل یک کپسول با پوشش محافظ حرارت قرار داشت و در نتیجه هیچگاه مستقیما در معرض پرتوهای فرابنفش قرار نگرفت. اگر رد رداگون در جریان سفر خود درون هیچ پوشش محافظی قرار نگیرد، انتظار می رود که سطح بیرونی آن در معرض پرتوهای فرابنفش خورشید قرار بگیرند که این امر می تواند باعث از میان رفتن میکروب های زمینی بشود. در واقع ماهیت این سفینه به گونه ایست که کمترین آلودگی را با خودمنتقل می کند.

با این همه، هنوز لازم است که اسپیس اکس بهینه سازی های زیادی را روی سفینه رد دراگون انجام دهد تا مزایای آن بر همه روشن گردد و البته نقاط ضعفش هم برای رفع شدن معین گردند. فالکون هوی هنوز هم آماده نیست و شرکت سازنده اش تاکنون سفینه دراگون را با استفاده از موتورهای SuperDracoفرود نیاورده است. در هر حال شرکت تحت مدیریت ایلان ماسک راه درازی را در پیش دارد و امید می رود که رد دراگون مسیر آن را برای فرود روی مریخ هموار نماید.