فالکن هوی؛ گام بلند ایلان ماسک برای تسخیر فضا

مجله همشهری دانستنیها - محمدحسین جهان پناه: «ایلان ماسک» دیگر رسما برای همگان روشن کرده که تصمیم دارد روی مریخ تسلیم ملک الموت شود، آن هم نه وقتی که در حال فرود آمدن روی آن است. رویای میان سیاره ای بلندپروازانه او شدیدا وابسته به ظهور نسل جدیدی از موشک های بزرگ فضایی است که «فالکن هوی»، موشک جدید شرکت «اسپیس ایکس» اولین گام در مسیر تحقق آن است. فالکن هوی که ششم فوریه 2018 (هفدهم بهمن) پرتاب شد، قوی ترین موشک کنونی دنیاست؛ موشکی که در آینده ای نه چندان دور نقش بسیار پررنگی را در کاوش های فضایی فراتر از مدار زمین بازی خواهدکرد.

با این حال، فالکن هوی در این راه تنها نخواهدبود. فالکن هوی در حقیقت مقدمه ای بر دوران جدیدی از پرتابگرهای بزرگ و سنگین فضایی است که می خواهند عصر جدیدی را در اکتشافات فضایی رقم بزنند و رویای سفرهای فضایی دوربرد ما خصوصا به سیاره سرخ را محقق کنند، اما همه این ها چگونه محقق خواهدشد؟ از زمانی که راکت «اسپوتنیک»، نخستین ماهواره جهان (اسپوتنیک یک) را به مدار زمین رساند، خیلی چیزها تغییر کرده اند، با این حال تعاریف بنیادین دست نخورده باقی مانده اند. هر چه محوله بزرگ تری داشته باشید به راکت بزرگ تر و قوی تری هم برای رساندن آن نیاز دارید. به همین خاطر هم وقتی ناسا می خواست فضاپیمای «آپولو» را به ماه بفرستد.

«ساترن» 5 را ساخت؛ بزرگ ترین و قوی ترین موشکی که بشر تا به حال ساخته است. اگر قرار باشد روزی سر و کله فضانوردان ما روی شن های کبود سیاره سرخ پیدا شود، باز هم نیاز به چنین موشک های قدرتمندی خواهیم داشت. با این حال ساختن موشک های غول آسایی مانند ساترن 5، سال هاست که دیگر اقتصادی نیست، در حقیقت ساترن حتی همان زمان هم اقتصادی نبود. برای همین هم تنها 15 موشک ساخته شد و از این تعداد تنها 13 تای آن ها فرصت پرواز به سوی فضا را پیدا کردند.

به علاوه چنین پرتابگرهای فضایی بزرگی هم به اندازه کافی مشتری ندارند، یعنی بیشتر محموله های فضایی با همین موشک های سبک تا میان وزن امروزی به راحتی قابل حمل هستند. به همین خاطر هم، به جای ساختن موشک های گران بزرگ تر خیلی ها ترجیح می دهند با ترکیبی از موشک های کوچک تر، پرتابگری قوی تر بسازند. این کار به خودی خود خیلی جدید نیست، اما حتی چنین موشک هایی هم به خاطر یک بار مصرف بودن خود موشک و پوسترهایش گران تمام می شوند. طبیعتا ساده ترین راه شما این است که قطعات موشکتان یک بار مصرف نباشد. این موضوع مثل اضافه کردن تعداد بیشتری لوکومتیو به یک قطار می ماند تا بهاین ترتیب قطار بتواند بار بیشتر و سنگین تری را با خود حمل کند.

در عین حال در پایان مسیر، شما لوکومتیوهای خود را دور نمی اندازید، بلکه با سوختگیری و تعمیر، برای سفر بعدی آماده شان می کنید. این دقیقا همان هدفی است که اسپیس ایکس این روزها تلاش می کند با فالکن هوی به آن دست پیدا کند. همان طور که احتمالا می دانید اسپیس ایکس در این سال ها تلاش زیادی کرده که راکت های خود را قابل بازیابی کند. به این ترتیب موشک پس از پرتاب مجددا روی پایه مخصوص خود فرود می آید. فالکن هوی، ترکیبی از سه «فالکن 9» معمولی است که مرحله اول هر سه این راکت ها قابل بازیابی طراحی شده است.

پیچیدگی

یک پرتابگر فضایی مدرن معمولا هنگام پرتاب دو مرحله دارد. مرحله اول پس از پرتاب موشک، به راحتی در آسمان دیده می شود. این مرحله از موشک همان بخشی است که وظیفه رساندن آن به مدار زمین را برعهده دارد و از این نظر قوی ترین بخش آن هم هست. مرحله دوم به محض تمام شدن سوخت مرحله اول و جدان شدن آن روشن می شود تا با قرار دادن محموله در مدار مورد نظر، کار را تمام کند. این مرحله عموما به موتور یا موتورهایی کوچک تر، ضعیف تر و به صرفه تر مجهز است که سوخت کمتری را هم می سوزاند. وقتی تعداد موشک ها افزایش داده شود، این مراحل اندکی تغییر می کنند.

به عنوان نمونه در مورد خاص فالکن هوی، این موشک در حقیقت ترکیبی از بدنه سه موشک فالکن 9 معمولی است که با ترکیب موتورهای هر سه موشک روی هم به 27 موتور مرلین مجهز شده و می تواند مجموعا 85 هزار نیوتن نیروی پیشرانش (در سطح دریا) تولید کند (البته میزان قدرت رانش موتور موشک با افزایش ارتفاع و کاهش تراکم جو افزایش پیدا می کند). این قدرت رانش برای رساندن تا 85 تن بار به مدار زمین کافی است؛ وزنی که تقریبا معادل وزن مسافران و بارهای قابل حمل به وسیله یک هواپیمای مسافربری «بویینگ 737» است.

در حالت عادی فالکن هوی می تواند اجازه دهد تا موتورهای اصلی اش تا هر وقتی سوختی برای آن ها باقی مانده، روشن بمانند و موشک تا ارتفاع حتی بیشتری بالا برود، اما اینکار موجب می شود تا هیچ سوختی برای تنظیم مسیر خود و از آن مهم تر روشن شدن موتورش هنگام بازگشت برای بازیابی آن روی زمین باقی نماند. سیکل پرتاب فالکن 9- یعنی پرتاب و سپس بازگشت مرحله اول به سوی ایستگاه پرتابی شناور روی دریا- این روزها به روشی روتین در پرتاب های موشک اسپیس ایکس بدل شده است. ایلان ماسک خیلی صریح گفته که قصد دارد تا هر سه بخش مرحله اول فالکن هوی را روی زمین بازیابی کند.

یک فالکن برای همه

فالکن هوی از همان الگوی متعارف استفاده می کند که بسیاری از موشک های میان وزن تا نسبتا سنگین امروزی مانند «دلتا 4» از آن استفاده می کنند؛ یعنی استفاده از دو کپی مرحله اصلی موشک به عنوان بوسترهای کمکی برای افزایش نیروی رانش به هنگام پرتاب. این بوسترها سوخت خود را زودتر از مرحله یک اصلی موشک می سوزانند و سپس از موشک جدا می شوند. اسپیس ایکس ظاهرا قصد دارد این بوسترها را روی خشکی بنشاند، چون سوخت خود را زودتر می سوزانند و این یعنی مسافت زیادی از محل پرتاب خود دور نشده اند.

وقتی بوسترها جدا شدند، مرحله میانی موشک روشن می شود و موشک را در ادامه مسیر خود همراهی می کند. وقتی هم که سوخت مرحله مرکزی تمام شد، جایی در اقیانوس روی سکویی شناور فرود می آید. مزیت این سکوی شناور هم این است که می توان محل آن را بسته به مسیر موشک تغییر داد. همه این ها هم یعنی هرچه که مرحله بازیابی این بخش ها موفقیت بیشتری داشته باشد، هزینه پرتاب برای اسپیس ایکس و مشتریانش کمتر خواهدبود.

برنامه زمان بندی

اگر همه چیز خوب پیش رفته باشد، زمانی که این مطلب را می خوانید اولین پرتاب فالکن هوی با موفقیت انجام شده است. این نخستین پرتاب، از خیلی جهات بزرگ ترین و گران ترین چالشی است که اسپیس ایکس از زمان شکل گیری خود با آن دست و پنجه نرم کرده است. از چالش متصل کردن سه فالکن 9 به همدیگر گرفته تا فرایند بازیابی یک به یک این موشک ها در فاصله ای به نسبت کوتاه از یکدیگر. تعهدی که ایلان ماسک چند وقت پیش برای رفتن به مریخ داد، این چالش را بزرگ تر هم خواهدکرد.

نسخه مریخی کپسول فضایی دراگون اسپیس ایکس

چون برای تحقق رویای بزرگ ماسک این موشک باید در تمامی مراحل خود به موفقیت برسد. به علاوه موفقیت فالکن هوی امیدها برای پرتاب کپسول «رد دراگون» (نسخه مریخی کپسول فضایی دراگون اسپیس ایکس) به سوی سیاره سرخ با کمک این موشک را هم افزایش خواهد داد؛ برنامه ای که از همین حالا پرتاب آن برای 2020 (1399) برنامه ریزی شده و طبق آن رد دراگون تا سال 2021 (1400) روی شن های مریخ فرود خواهد آمد.

موشک های کنونی

موشک های پرتابگر فضایی عموما به سه و به نوعی چهار دسته تقسیم می شوند. موشک های سبک، متوسط و سنگین که گاهی خود سنگین را هم به سنگین و فوق سنگین هم تقسیم می کنیم. به این ترتیب موشک های با توانایی حمل تا دو تن بار به مدار پایین زمین را سبک، از دو تا 20 تن را متوسط و از 20 تا 50 تن را سنگین می خوانیم. قریب به اتفاق پرتابگرهای کنونی دنیای ما در رده سبک و متوسط قرار می گیرند. از این میان به جز فالکن هوی تنها پنج موشک پرتابگر فضایی رده سنگین داریم. این موشک ها عبارتند از دلتای 4 هوی متعلق به ULA آمریکا، آریان 5 آژانس فضایی اروپا، «پروتن ام» و «آنگارا آ 5» روسیه و «لانگ مارچ 5» چینی هستند.

از این تعداد تا پیش از فالکن هوی، دلتای 4 هوی قوی ترین موشک پرتابگر فضایی در حال خدمت بود. در رده فوق سنگین معمولا موشک های با توانایی حمل 50 تن به بالا دسته بندی می شوند. در این رده تنها موشک هایی که تاکنون ساخته و آزمایش شده اند ساترن 5 ناسا و انگریا شوروی هستند و حالا فالکن هوی هم به جمع این دو اضافه می شود. با این همه، فالکن 9 هوی همچنان با فاصله زیادی از توان ساترن 5 قرار دارد. تنها موشکی که شانس شکستن رکورد باری ساترن 5 را دارد، طرح SLS ناسا و صد البته طرح BFR خود اسپیس ایکس است.

طرح BFR اسپیس ایکس

البته چینی ها هم طرحی در قالب «لانگ مارچ 9» و «لانگ مارچ 11» برای ساختن یک موشک فوق سنگین دارند. رقابت سنگین وزن ها در رده سنگین هم در فاصله چند سال آینده فشرده تر خواهدشد، خصوصا که اروپایی ها امید دارند که به زودی آریان 6 را بسازند که هم بزرگ تر است و هم سنگین تر. به علاوه شرکت ULA سازنده دلتای 4 هم قصد ساختن موشک بزرگی به نام «ولکان» را دارد که توان حمل 36 تن بار به مدار پایینی را خواهدداشت. «بلو اورجین» رقیب نزدیک اسپیس ایکس هم قول ساخت «نیوگلن» را داده که توانایی حمل 35 تا هفت تن را خواهد داشت و از این نظر می تواند با فالکن هوی رقابت کند.