طی روزهای اخیر اخباری مبنی بر علاقه‌مندی بخش فضایی کشور به توسعه ماهواره‌بر قابل پرتاب از هواپیمای بوئینگ۷۴۷ نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران منتشر شد. استفاده از هواپیما چه مزیتهایی در فرایند پرتاب دارد؟ گزارش تسنیم را بخوانید.
صنعت فضایی که بخش عمده‌ای از آن شامل ساخت و پرتاب و کاربری ماهواره‌ها است و قدمت آن به حدود 64 سال می‌رسد همواره بستر رشد فناوری‌های جدید بوده است. یکی از دلایل این امر رسیدن به کارایی‌های بالاتر مورد نیاز و دیگری هم هزینه‌های بالای پرتاب ماهواره بوده است.
هرچند اقتصاد رو به رشد فضا که در زمان حاضر حدود 400 میلیارد دلار است و طبق پیش‌بینی‌ها تا کمتر از 20 سال آینده به 1.1 تریلیون دلار خواهد رسید کشش کافی برای ادامه مسیر پرتابگرهای مرسوم را همچنان ایجاد می‌کند اما راهکارهایی نوآورانه برای تزریق ماهواره‌ها به مدار همواره مورد بحث بوده است. توسعه ماهواره‌برهای سبک و کوچک و استفاده از روشهای متنوع برای پرتاب از جمله حوزه‌های نوآورانه در عرصه پرتاب فضایی محسوب می‌شود.
یکی از این راهکارها که از عرصه فکر به عمل تبدیل شد، پرتاب ماهواره با استفاده ترکیبی از موشک حامل و هواپیما بود، مزیت این روش پرتاب، عدم نیاز به موتورهای پرقدرت و پیچیده مورد نیاز برای مرحله اول ماهواره‌برها بود.
در واقع هواپیمای حامل، وظیفه انتقال ماهواره‌بر را تا ارتفاع حدود 10کیلومتری به‌عهده می‌گیرد که بخش بزرگی از لایه غلیظ جو را شامل می‌شود. غلبه بر جاذبه زمین برای رسیدن به این ارتفاع و غلبه بر نیروی مقاوم هوا در صورت شروع پرواز از روی سطح زمین تماماً به‌عهده موتور مرحله اول ماهواره‌بر خواهد بود که در صورت استفاده از هواپیما به‌عنوان بستر پرتاب، می‌توان با ماهواره‌بری سبک‌تر به همان مدار و وزن محموله یک ماهواره‌بر سنگین‌تر رسید،
این در حالی است که هواپیمای بستر پرتاب را می‌توان صدها بار در همین نقش مورد استفاده قرار داد که صرفه‌جویی اقتصادی قابل‌توجهی دارد و در صورت قابل بازیابی بودن خود ماهواره‌بر باز هم صرفه اقتصادی بیشتر می‌شود.
پرتابگر پگاسوس
یکی از مزیتهایی که برای پرتاب با هواپیما گفته شده امکان غلبه بر مشکلات آب‌وهوایی در پایگاه‌های پرتاب ثابت است. به‌طور معمول در صورت نامساعد بودن هوا، پرتاب فضایی لغو می‌شود اما در شرایط استفاده از یک هواپیما به‌عنوان بستر پرتاب، امکان رفتن به منطقه‌ای با آب‌وهوای مساعد و اجرای پرتاب ممکن می‌شود.
البته این شیوه پرتاب به‌عقیده برخی بازیگران عرصه پرتاب فضایی مزیت درخشانی ندارد، واقعیت هم این است که هر پدیده مهندسی دارای مزایا و معایب خاص خود است و باید با در نظر داشتن آنها مورد استفاده قرار بگیرد. اما برای بسیاری از بازیگران عرصه فضایی، استفاده از هواپیما می‌تواند هم صرفه اقتصادی کافی داشته و مهمتر از همه راه توسعه ماهواره‌بر مورد نیاز را به‌اندازه صرف‌نظر کردن از یک موتور مرحله اول پرقدرت و گرانقیمت کوتاه‌تر کند.
لازم به ذکر است این ایده در دهه‌های گذشته برای پرتاب موشک قاره‌پیما هم در آمریکا مورد آزمایش قرار گرفته است.
یکی از دلایلی که سبب کاهش بازدهی روش پرتاب از هواپیما می‌شود، شروع پرواز پرتابگر به‌صورت افقی و در واقع رهایش افقی از زیر بال هواپیما است. پس از رهایی، ماهواره‌بر باید چرخش کند و به‌سمت زاویه عمود بر سطح زمین حرکت کند که در این فرایند یا باید بخشی از ارتفاع کسب‌شده را از دست بدهد یا با روشن کردن پیشران و مصرف سوخت، کار تغییر مسیر را انجام دهد که سبب از دست رفتن بخشی از سوخت قابل استفاده برای فرار از جاذبه می‌شود، البته این امر راهکارهای فنی دیگری هم می‌تواند داشته باشد که ایده‌هایی از آن در منابع علمی به چشم می‌خورد که از اهداف این گزارش خارج است.
تاکنون در دنیا دو مجموعه به‌صورت عملیاتی با استفاده از هواپیما موفق به پرتاب ماهواره‌بر و قرار دادن ماهواره در مدار شده‌اند و در حدود 10 مجموعه هم در حال توسعه این فناوری هستند. از دو مجموعه فوق پرتابگر پگاسوس در حدود دو دهه سابقه دارد و مجموعه دوم در سالهای اخیر موفق به ورود به این حوزه شده است.
در خبرهای منتشرشده در هفته اخیر و به‌مناسبت روز فناوری فضایی در ایران مطالبی راجع به علاقه‌مندی بخش فضایی کشور به توسعه ماهواره‌بر قابل پرتاب از هواپیمای بوئینگ747 نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی منتشر شد.
برخی منابع، تفاهم‌نامه امضاشده بین نیروی هوایی ارتش و پژوهشگاه فضایی از زیرمجموعه سازمان فضایی کشور را علاوه بر مزایای آن، رفع نیازهای نهاجا به نقشه‌های ماهواره‌ای به‌روز را هم، در همین راستا ارزیابی کرده‌اند.
نکته‌ای که شاید جالب توجه باشد این است که از بین دو مجموعه خارجی که موفق به اجرای این نوع پرتاب شده‌اند، مورد دوم که تا امروز پس از اولین پرتاب ناموفق، 3 پرتاب موفق با حدود 20 ماهواره را به ثبت رسانده یک شرکت آمریکایی به‌نام Virgin Orbit است که از هواپیمای بوئینگ747 استفاده می‌کند.
در نتیجه این راهکار می‌تواند برای کشور ما که هم دانش و تجربه مناسبی در حوزه صنعت هوایی دارد و هم در زمینه فضایی، برای پرتاب طیفی از ماهواره‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
پرتابگر LauncherOne نصب‌شده زیر بال هواپیمای بوئینگ747
این شرکت خصوصی پس از حدود 10 سال کار که شامل طراحی خود ماهواره‌بر مورد استفاده به‌نام LauncherOne هم بود در آبان 1397 وارد مراحل آزمایش پروازی شد. این پرتابگر از نوع سوخت مایع و دومرحله‌ای است که به‌جای پرتاب از روی زمین، از یک هواپیمای بوئینگ747 سری 400 که برای این منظور تغییراتی در آن داده شده است پرتاب می‌شود.
پرتابگر LauncherOne زیر بال هواپیمای بوئینگ در آزمایش پروازی
در مرداد 1398 این ماهواره‌بر برای اولین بار از هواپیمای 747 رها شد. این پرتابگر زیر بال چپ این هواپیما و روی پایلونی که تا 38.5 تن بار را تحمل می‌کند بسته می‌شود. اولین پرتاب شامل روشن کردن موتور برای این ماهواره‌بر در بهار 1399 (ماه می 2020) صورت گرفت که با موفقیت همراه نبود. در حدود 8 ماه بعد و دی 1399 (ژانویه 2021) پرتابگر LauncherOne موفق شد 10 ماهواره مکعبی یا کیوب‌ست متعلق به ناسا را در مدار قرار دهد.
سومین پرتاب 5 ماه بعد و پرتاب بعدی یعنی چهارم هم در حدود 3 هفته پیش صورت گرفت که موفق بوده‌اند. در زمان حاضر 5 پرتاب برای سال جاری میلادی پیش‌بینی شده است که گام روبه‌جلوی بزرگی در توالی پرتابهای این مجموعه خواهد بود.
پرتابگر LauncherOne با طول 21.33 متر و جرم 25.8 تن، طول و جرمی نزدیک به ماهواره‌بر ایرانی سفیرـ1 ایران دارد، البته قطر مرحله اول آن 1.62 متر و مرحله دوم آن 1.27 متر است. این پرتابگر توان حمل 300 کیلوگرم بار را به مدار 500کیلومتری با زاویه میل مداری حدود 98 درجه دارد، همچنین می‌تواند محموله 500کیلوگرمی را در مدار بیش از 200کیلومتری با زاویه میل مداری پایین تزریق کند.
برای مقایسه کارایی LauncherOne با سفیر و سیمرغ با مراجعه به دیتاشیت این ماهواره‌بر عدد محموله آن برای زاویه میل 55 درجه که اطلاعات سفیر و سیمرغ در این زاویه میل اعلام شده است، حدود 425 کیلوگرم برای مدار 500کیلومتری به دست می‌آید.
این میزان 70 درصد بیشتر از ماهواره‌بر 80تنی سیمرغ (برای مدار 450 تا 500 کیلومتری دایروی) است که در مرحله اول خود سازه‌ای با قطر 2.4 متر دارد. در حالت کلی پرتابگر LauncherOne می‌تواند 500 کیلوگرم محموله را به مدار 230کیلومتری برساند.
این عدد برای این پرتابگر در زاویه میل 55 درجه در حدود 470 کیلوگرم است. برای مقایسه ماهواره‌بر سفیرـ1 ایران می‌تواند 50 تا 60 کیلوگرم را به مدار 250کیلومتری با همین زاویه میل برساند یعنی در بهترین حالت یک‌هشتم LauncherOne، این امر کنار مزیت استفاده گسترده از مواد مرکب غیرفلزی در این پرتابگر به‌سبب پرتاب از ارتفاع توسط هواپیما به دست آمده است.
هزینه هر پرتاب LauncherOne بین 10 تا 12 میلیون دلار اعلام شده و رقم هزینه به‌ازای هر کیلوگرم را بین 20 تا 24 هزار دلار با فرض استفاده از بیشینه وزن محموله قابل حمل نشان می‌دهد، این رقم برای پرتابگرهای سبک و مدارهای پایینی رقم متوسطی در عرف جهانی محسوب می‌شود.
با در نظر گرفتن ضریب کاهش هزینه در ایران نسبت به دنیا که در تمام محصولات بومی ایران قابل مشاهده است، به‌کارگیری این روش برای پرتاب ماهواره‌های سبک در ایران بسیار به‌صرفه خواهد بود.
به‌علاوه پرتابگر لازم برای این شیوه مأموریت هم با زمان و هزینه کمی از روی پلت‌فرمهای موشکی موجود قابل دستیابی است که به‌سهم خود سبب کاهش هزینه‌های توسعه خواهد شد.
دیگر پرتابگر هواپایه دارای سابقه عملیاتی یعنی پگاسوس دارای قطر 1.27 متر و جرم 18.5 تن و سه‌مرحله‌ای است و عملاً پرتابگر قاصد‌ـ1 سپاه پاسداران انقلاب اسلامی بسیار نزدیک به این مورد است، اما پگاسوس می‌تواند بیش از 440 کیلوگرم را به مدار لئو برساند که حداقل 15 برابر توان حمل قاصد‌ـ1 به مدار لئو است.
