نقش بوسترهای سوخت جامد در آینده برنامه‌های فضایی

محققان ناسا در یک تست زمینی، برای نخستین‌بار بزرگترین موتور موشک سوخت جامد جهان را مورد آزمایش قرار دادند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، این آزمایش ساعت 15:30 به وقت گرینویچ روز چهارشنبه یازدهم مارس (بیستم اسفند) در تأسیسات اوربیتال ATK در یوتا انجام شد و طبق برنامه‌ریزی، موتور موشک سوخت جامد به مدت دو دقیقه روشن شد.

این موتور موشک، نسخه پیشرفته و قدرتمندتر از موشک‌های سوخت جامدی است که برای انتقال شاتل فضایی مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

اصلی‌ترین تغییر در نسخه جدید موشک سوخت جامد، افزودن یک قطعه جدید است که باعث افزایش 25 درصدی نیروی محرکه برای کارآیی بالاتر می‌شود. با افزودن قطعه جدید، طول موتور به 54 متر افزایش پیدا کرد.

برای آزمایش روز چهارشنبه موسوم به QM-1 که بر روی زمین انجام شد، موتور پنج قطعه‌ای سوخت جامد در مرحله ابتدایی تا دمای 32 درجه سانتیگراد گرم شد تا در نهایت در بالاترین محدوده دمایی آزمایش شد.

دور دوم آزمایش (QM-2) برای اوایل سال 2016 برنامه‌ریزی شده است که شامل یک تست سرما است؛ در این آزمایش دمای موتور تا چهار درجه سانتیگراد کاهش پیدا می کند.

«چارلز پریکورت» مدیر سیستم‌های نیروی محرکه اوربیتال ATK و از فضانوردان سابق ناسا، این موفقیت را حاصل سال‌ها کار و تجربه از زمان برنامه شاتل فضایی تا طراحی سیستم پرتاب فضایی (SLS) جدید ناسا عنوان کرد.

ناسا قصد دارد از موشک سوخت جامد برای نیرودهی SLS استفاده کند؛ نخستین پرواز آزمایشی این سیستم برای سال 2018 برنامه‌ریزی شده است که شامل انتقال کپسول بدون سرنشین اوریون به مدار زمین برای بررسی کارآیی و عملکرد این سیستم است. نخستین پرواز سرنشین‌دار نیز برای سال 2021 برنامه‌ریزی شده است.

هدف اصلی از طراحی سیستم پرتاب فضایی (SLS)، انجام مأموریت‌هایی فضایی به مقاصد دوردست از جمله سفر سرنشین‌دار به مریخ و سیارک‌ها در دهه 2030 عنوان شده است.

مرحله اول (بلوک 1، 1B، 2) – مرحله اصلی
طول64.6 متر (211 فوت 11 اینچ)قطر8.4 متر (27 فوت 7 اینچ)
جرم خالی85،270 کیلوگرم (187990 پوند)توده ناخالص979،452 کیلوگرم (2،159،322 پوند)
موتورها4 RS-25D / E
رانش7،440 kN (1،670،000 lbf)
ضربان اختصاصی(Specific impulse)
363 ثانیه (3.56 کیلومتر بر ثانیه) (سطح دریا)، 452 ثانیه (4.43 کیلومتر بر ثانیه) (خلاء)
سوختLH 2 / LOX

مرحله دوم (بلوک 1) – ICPS
طول13.7 متر (44 فوت 11 اینچ)
قطر5 متر (16 فوت 5 اینچ)
جرم خالی3،490 کیلوگرم (7،690 پوند)
توده ناخالص30،710 کیلوگرم (67،700 پوند)
موتورها1 RL10B-2
رانش110.1 کیلوگرم (24.800 پوند)
ضربان اختصاصی462 ثانیه (4.53 کیلومتر بر ثانیه)
سوزاندن زمان1125 ثانیه
سوختLH 2 / LOX

مرحله دوم (بلوک 1B، بلوک 2) – مرحله اکتشافی بالا
(مرحله پیشرفته پیشرفته)
قطر8.4 متر (27 فوت 7 اینچ)
موتورها4 RL10
رانش99،000 lbf (440 kN)
سوختLH 2 / LOX

آژانس فضایی اروپا در حال ساخت نسخه های جدید از موشک‌های ماهواره‌بر خود است که در آنها هم از سوخت جامد استفاده شده است

دو نوع Ariane 6 در حال توسعه هستند:

Ariane 64
، با چهار تقویت کننده P120، دارای وزن بالایی حدود 860 تن (1،900،000 کیلوگرم) است و برای مصارف تجاری ساخته شده است و می تواند دو ماهواره را در دو مدار متفاوت قرار دهد برای این منظور مرحله آخر موشک برای قراردادن ماهواره اول خاموش می شود و سپس از قرادان ماهواره اول در مدار برای رساندن ماهواره دوم به مدار بعدی دوبار روشن می شود این موشک می تواند دو ماهواره تا 11،500 کیلوگرم (25،400 پوند) در  مدار GTO قرار دهد و 21500 کیلوگرم (47400 پوند)  در مدار LEO قرار دهد

آریان 62 با دو تقویت کننده جامد P120 حدود 530 تن (1،170،000 پوند) وزن دارد و عمدتا برای مأموریت های دولتی و علمی طراحی شده است. و می تواند تا 5000 کیلوگرم (11000 پوند) به مدار GTO  و 10،350 کیلوگرم (22820 پوند) را به LEO برساند

آریین 6 شامل سه اجزای مهم ساختاری می باشد.

موتور سوخت مایع مرحله اول

مرحله اول Ariane 6 که ماژول تحریک مایع (LLPM) نامیده می شود.  با یک موتور Vulcain 2.1 تک کار می کند، سوخت موتور هیدروژن مایع (LH2 ) با اکسیژن مایع (LOX) می باشد
Vulcain 2.1
نسخه به روز شده از موتور Vulcain 2  موشک Ariane 5. LLPM می باشد که
5.4 متر (18 فوت) در قطر دارد و حاوی حدود 140 تن سوخت مایع است.

راکت های سوخت جامد

مرحله اول دارای دو یا چهار بوستر کمکی سوخت جامد است بوستر های کمکی این موشک P120 Solid  نام دارد که در Ariane 6 به عنوان راکت های سوخت جامد مجهز (ESR) شناخته می شوند هر تقویت کننده شامل تقریبا 142 تن سوخت جامد است که بالغ بر 4500 کیلو (1،000،000 مگاوات) رانش ایجاد می کند. علاوه بر این، بوستر کمکی P120C به عنوان مرحله اول ماهواره‌برهای Vega C و Vega E ارتقا یافته استفاده می شود

اولین تست کامل ESR این بوستر در Kourou در تاریخ 16 جولای 2018 انجام شد و تست به طور کامل با موفقیت به پایان رسید که موتور به رانش 4،615 kN (1،037،000 lb f ) در خلاء دست یافت

موتور سوخت مایع مرحله دوم

مرحله دوم  آریان 6 ماژول پیمانه مایع بالا (ULPM) نامیده می شود.  قطر آن م 5.4 متر (18 فوت) همانند مرحله قبلLLPM است و سوخت آن هم مثل مرحله قبل هیدروژن مایع با اکسیژن است این موتور توسط Vinci عرضه می شود که 180 کیلو وات (40،000 lb f ) رانش ایجاد می کند و امکان راه اندازی مجدد چندگانه را فراهم می کند. ULPM حدود 31 تن وزن دارد

مختصات فنی موشک شاویت

توسعه موشک شاویت در سال 1982 آغاز شد.مراحل اول و دوم موشک بر اساس موتور موشک جریکو-2 و بوسیله صنایع نظامی اسرائیل و مرحله سوم آن نیز بوسیله شرکت رافال  RAFAL توسعه داده شده است.

مشخصات کلی:

نام : موشک ماهواره بر شاویت
کلاس: ماهواره بر سبک وزن
سازنده: رژیم صهیونیستی
ارتفاع:26 متر
قطر:2.3 متر
وزن پرتاب: 30500-70000 کیلوگرم
تعداد مراحل:4 مرحله (سه مرحله اول یا سوخت جامد و مرحله چهارم با سوخت مایع)
جرم محموله: 350-800 کیلوگرم
ارتفاع مداری : مدار پایینی زمین
LEO
تاریخ اولین پرتاب:19 سپتامبر1988
تعداد دفعات شلیک:9 بار( سه شلیک ناموفق و 6 شلیک موفق)

مشخصات جزیی و فنی:

مرحله اول موشک شاویت 2,1

موتور: LK-1

حداکثر رانش موتور:174002 پوند(774.0 کیلونیوتن) در نمونه LK-1 و 370990 پاوند (1650.2کیلونیوتن) در نمونه LK-2

ضربه ویژه:268ثانیه برای موتور LK-1و 280ثانیه برای نمونهLK-2

زمان سوزش موتور:55ثانیه برای نمونهLK-1 و 82

ثانیه برای نمونهLK-2

نوع سوخت: HTBP برای نمونه LK-1
HTBP  class1.3c برای موتور نمونه LK-2

مرحله دوم:

نوع موتور:LK-1
ضربه ویژه: 268 ثانیه
زمان سوزش:55 ثانیه
حداکثر کشش: 174002 پوند
سوخت : HTBP

مرحله سوم:

موتورRSA_3
حداکثر نیروی رانش : 58.8 کیلونیوتن
ضربه ویژه :298 ثانیه
حداکثر زمان سوزش : 94 ثانیه
نوع سوخت: جامد

مرحله چهارم:

موتور LK-4
حداکثر نیروی رانش :402 کیلونیوتن
زمان سوزش موتور:800ثانیه
ضربه ویژه موتور:200 ثانیه
نوع سوخت : مایع
N2O4/UDMH

رژیم صهیونیستی همچنین با استفاده از فناوری شاویت یک موشک بالستیک دوربرد با برد بیش از6000 کیلومتر را توسعه داده و آزمایش کرده است.

سابقه پرتابهای موشک شاویت و محموله های آن

1- اولین پرتاب آن در 19 سپتامبر 1988 که ماهواره ofeq-1 با موشک شاویت-1 از پایگاه هوایی پالماخیم با موفقیت در مدار قرار گرفت.

2- پرتاب ماهواره  ofeq-2به مدار از پایگاه پالماخیم در 3 آوریل1990 که با موفقیت انجام شد.

3-پرتاب ناموفق یک ماهواره از سری ماهواره های ofeq  در 3 سپتامبر1994 که از پایگاه پرتاب پالماخیم انجام شد  .

4-پرتاب ماهواره ofeq-3با موشک جدیدتر شاویت-1 که در 5 آوریل 1995 از پالماخیم انجام شد و موفقیت آمیز بود.

5- پرتاب ماهواره ofeq-4 از پایگاه هوایی پالماخیم در 22ژانویه1998 با موشک شاویت-1 که پرتابی ناموفق بود.

6- پرتاب ماهواره ofeq-5 از پایگاه هوایی پالماخیم در 28 مه2002 که با موشک شاویت-1 انجام شد و موفقیت آمیز بود.

7- پرتاب ماهواره ofeq-6 در 6 سپتامبر2004 با موشک شاویت-1 که از پالماخیم انجام شد و با شکست مواجه شد.

8- پرتاب ماهواره ofeq-7به مدار از پایگاه پالماخیم که در 11ژوئن20