مساحة قابلة لإعادة الاستخدام: مشاريع واعدة للمركبات الفضائية الأمريكية
كان لمشروع مكوك الفضاء عدة أهداف رئيسية. كان أحد أهمها هو تقليل تكلفة الرحلة والاستعداد لها. أعطت إمكانية الاستخدام المتكرر لنفس السفينة من الناحية النظرية مزايا معينة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المظهر الفني المميز للمجمع بأكمله جعل من الممكن زيادة الأبعاد المسموح بها وكتلة الحمولة بشكل كبير. كانت الميزة الفريدة لـ STS هي القدرة على إعادة المركبات الفضائية إلى الأرض داخل حجرة الشحن الخاصة بها.
آخر إطلاق للمركبة الفضائية Altantis ، 8 يوليو 2011. صورة ناسا
ومع ذلك ، خلال العملية ، تبين أنه لم يتم الانتهاء من جميع المهام. لذلك ، من الناحية العملية ، تبين أن إعداد السفينة للرحلة كان طويلًا ومكلفًا للغاية - وفقًا لهذه المعايير ، لم يتناسب المشروع مع المتطلبات الأصلية. في عدد من الحالات ، لا يمكن للسفينة التي يعاد استخدامها ، من حيث المبدأ ، أن تحل محل مركبات الإطلاق "العادية". أخيرًا ، أدى التقادم التدريجي المعنوي والجسدي للمعدات إلى أخطر المخاطر على الطاقم.
نتيجة لذلك ، تقرر إنهاء تشغيل مجمع نظام النقل الفضائي. جرت آخر رحلة رقم 135 في صيف عام 2011. تم إيقاف تشغيل السفن الأربع المتاحة ونقلها إلى المتاحف باعتبارها غير ضرورية. كانت النتيجة الأكثر شهرة لمثل هذه القرارات حقيقة أن برنامج الفضاء الأمريكي تُرك بدون مركبة فضائية مأهولة خاصة به لعدة سنوات. حتى الآن ، يتعين على رواد الفضاء الدخول في المدار بمساعدة التكنولوجيا الروسية.
بالإضافة إلى ذلك ، لفترة غير محددة ، تُرك الكوكب بأكمله بدون أنظمة قابلة لإعادة الاستخدام. ومع ذلك ، تم بالفعل اتخاذ بعض التدابير. حتى الآن ، طورت الشركات الأمريكية عدة مشاريع لمركبات فضائية قابلة لإعادة الاستخدام من نوع أو آخر في وقت واحد. تم بالفعل اختبار جميع العينات الجديدة ، على الأقل. في المستقبل المنظور ، سيكونون قادرين أيضًا على الدخول في التشغيل الكامل.
بوينغ X-37
كان المكون الرئيسي لمجمع STS هو طائرة مدارية. يتم تطبيق هذا المفهوم حاليًا على مشروع Boeing X-37. في أواخر التسعينيات ، بدأت Boeing و NASA في دراسة موضوع المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام القادرة على الدوران والطيران في الغلاف الجوي. في بداية العقد الماضي ، أدى هذا العمل إلى إطلاق مشروع X-37. في عام 2006 ، وصل نموذج أولي من نوع جديد إلى اختبارات الطيران مع انخفاض من طائرة حاملة.
كان البرنامج مهتمًا بالقوات الجوية الأمريكية ، ومنذ عام 2006 تم تنفيذه لصالحهم ، وإن كان ذلك ببعض المساعدة من وكالة ناسا. وفقًا للبيانات الرسمية ، يريد سلاح الجو الحصول على طائرة مدارية واعدة قادرة على إطلاق شحنات مختلفة إلى الفضاء أو إجراء تجارب مختلفة. وفقًا لتقديرات مختلفة ، يمكن أيضًا استخدام مشروع X-37B الحالي في مهام أخرى ، بما في ذلك المهام المتعلقة بالاستطلاع أو العمل القتالي الكامل.
تمت أول رحلة فضائية لطائرة X-37B في عام 2010. في نهاية أبريل ، أطلقت مركبة الإطلاق Atlas V الجهاز في مدار معين ، حيث بقي لمدة 224 يومًا. حدث الهبوط "مثل الطائرة" في أوائل ديسمبر من نفس العام. في مارس من العام التالي ، بدأت الرحلة الثانية ، والتي استمرت حتى يونيو 2012. في ديسمبر ، تم الإطلاق التالي ، وتم تنفيذ الهبوط الثالث فقط في أكتوبر 2014. من مايو 2015 إلى مايو 2017 ، نفذت الطائرة التجريبية X-37B رحلتها الرابعة. في 7 سبتمبر من العام الماضي ، بدأت رحلة تجريبية أخرى. عندما ينتهي غير محدد.
وفقًا لبعض البيانات الرسمية ، فإن الغرض من الرحلات هو دراسة تشغيل التكنولوجيا الجديدة في المدار ، وكذلك إجراء تجارب مختلفة. حتى إذا نجحت X-37Bs ذات الخبرة في حل المهام العسكرية ، فإن العميل والمقاول لا يكشفان عن هذه المعلومات.
منتج Boeing X-37B في شكله الحالي هو طائرة صاروخية ذات مظهر مميز. تتميز بجسم كبير وطائرات متوسطة الحجم. استخدام محرك صاروخي. يتم التحكم تلقائيًا أو بأوامر من الأرض. وفقًا للبيانات المعروفة ، يوفر جسم الطائرة حجرة شحن بطول أكثر من 2 متر وقطر يزيد عن 1 متر ، والتي يمكن أن تستوعب ما يصل إلى 900 كجم من الحمولة.
الآن ، X-37B ذو الخبرة في المدار ويقوم بحل المهام المعينة. متى سيعود إلى الأرض غير معروف. كما لم يتم تحديد المعلومات حول المسار الإضافي للمشروع التجريبي. على ما يبدو ، لن تظهر رسائل جديدة حول التطوير الأكثر إثارة للاهتمام قبل الهبوط التالي للنموذج الأولي.
سبيسديف / سييرا نيفادا دريم تشيسر
نسخة أخرى من الطائرة المدارية هي Dream Chaser من SpaceDev. تم تطوير هذا المشروع منذ عام 2004 للمشاركة في برنامج NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS) ، ولكن لم يتمكن من اجتياز المرحلة الأولى من الاختيار. ومع ذلك ، وافقت شركة التطوير قريبًا على التعاون مع United Launch Alliance ، التي كانت مستعدة لتقديم مركبة الإطلاق أطلس V. في وقت لاحق ، ظهر اتفاق مع شركة لوكهيد مارتن بشأن البناء المشترك للمعدات التجريبية.
في أكتوبر 2013 ، تم إسقاط النموذج الأولي لرحلة Dream Chaser من طائرة هليكوبتر حاملة ، وبعد ذلك انطلق في رحلة جوية وقام بهبوط أفقي. على الرغم من الانهيار أثناء الهبوط ، أكد النموذج الأولي خصائص التصميم. في المستقبل ، تم إجراء بعض الاختبارات الأخرى على المدرجات. وفقًا لنتائجهم ، تم الانتهاء من المشروع ، وفي عام 2016 بدأ بناء نموذج أولي لرحلات الفضاء. في منتصف العام الماضي ، وقعت ناسا وسييرا نيفادا وجامعة ULA اتفاقية لإجراء رحلتين مداريتين في 2020-21.
منذ وقت ليس ببعيد ، حصل مطورو Dream Chaser على إذن للانطلاق في نهاية عام 2020. على عكس عدد من التطورات الحديثة الأخرى ، سيتم تنفيذ المهمة الفضائية الأولى لهذه السفينة بحمولة حقيقية. سيتعين على السفينة تسليم شحنات معينة إلى محطة الفضاء الدولية.
في شكلها الحالي ، المركبة الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser هي طائرة ذات مظهر مميز ، تشبه ظاهريًا بعض التطورات الأمريكية والأجنبية. يبلغ الطول الإجمالي للجهاز 9 أمتار ومجهز بجناح دلتا بطول 7 أمتار ، وللتوافق مع مركبات الإطلاق الحالية ، سيتم تطوير جناح قابل للطي في المستقبل. تم تحديد وزن الإقلاع عند 11,34 طنًا. وسيكون Dream Chaser قادرًا على تسليم 5,5 طن من البضائع إلى محطة الفضاء الدولية وإرجاع ما يصل إلى 2 طن إلى الأرض. يرتبط نزع المدار "مثل الطائرة" بانخفاض الحمولة الزائدة ، والتي ، كما هو متوقع ، يمكن أن يكون مفيدًا في توصيل بعض المعدات والعينات كجزء من التجارب الفردية.
سبيس اكس دراجون
لعدد من الأسباب ، لا تحظى فكرة الطائرة المدارية حاليًا بشعبية كبيرة بين مطوري تكنولوجيا الفضاء الجديدة. تعتبر الآن أكثر ملاءمة وفائدة سفينة قابلة لإعادة الاستخدام ذات المظهر "التقليدي" ، يتم إطلاقها في المدار بمساعدة مركبة الإطلاق والعودة إلى الأرض دون استخدام الأجنحة. أنجح تطوير من هذا النوع هو منتج Dragon من SpaceX.
بدأ العمل في مشروع Dragon في عام 2006 وتم تنفيذه كجزء من برنامج COTS. كان الهدف من المشروع هو إنشاء مركبة فضائية مع إمكانية عمليات الإطلاق والعودة المتكررة. تضمنت النسخة الأولى من المشروع إنشاء سفينة نقل ، وفي المستقبل تم التخطيط لتطوير تعديل مأهول على أساسها. حتى الآن ، أظهر Dragon في إصدار "الشاحنة" بعض النتائج ، في حين أن النجاح المتوقع للنسخة المأهولة من السفينة يتغير باستمرار في الوقت المناسب.
تم إطلاق أول عرض تجريبي لمركبة النقل الفضائية Dragon في نهاية عام 2010. بعد كل التحسينات المطلوبة ، أمرت ناسا بإطلاق كامل لمثل هذا الجهاز من أجل تسليم البضائع إلى محطة الفضاء الدولية. في 25 مايو 2012 ، نجح Dragon في الالتحام بمحطة الفضاء الدولية. بعد ذلك ، تم إطلاق العديد من عمليات الإطلاق الجديدة مع تسليم البضائع إلى المدار. كانت أهم مرحلة في البرنامج هي إطلاقه في 3 يونيو 2017. لأول مرة في قصص البرنامج ، تمت إعادة إطلاق السفينة التي تم إصلاحها. في ديسمبر ، انطلقت مركبة فضائية أخرى ، طارت بالفعل إلى محطة الفضاء الدولية ، إلى الفضاء. مع الأخذ في الاعتبار جميع الاختبارات حتى الآن ، قامت منتجات Dragon بـ 15 رحلة.
في عام 2014 ، أعلنت شركة SpaceX عن المركبة الفضائية المأهولة Dragon V2. وزُعم أن هذه السيارة ، التي تعد تطورًا لشاحنة موجودة ، ستكون قادرة على إيصال ما يصل إلى سبعة رواد فضاء إلى المدار أو العودة إلى ديارهم. وأفيد أيضًا أنه في المستقبل يمكن استخدام السفينة الجديدة للطيران حول القمر ، بما في ذلك مع السياح على متنها.
كما يحدث غالبًا مع مشاريع SpaceX ، تم تأجيل مشروع Dragon V2 عدة مرات. لذلك ، نظرًا للتأخير مع شركة فالكون الثقيلة المزعومة ، انتقل تاريخ الاختبارات الأولى إلى عام 2018 ، و "زحفت" أول رحلة مأهولة تدريجيًا حتى عام 2019. أخيرًا ، قبل أسابيع قليلة ، أعلنت شركة التطوير عزمها التخلي عن شهادة "التنين" الجديدة للرحلات المأهولة. في المستقبل ، من المفترض أن يتم حل هذه المهام باستخدام نظام BFR القابل لإعادة الاستخدام ، والذي لم يتم إنشاؤه بعد.
يبلغ الطول الإجمالي لمركبة دراجون للنقل 7,2 م وقطرها 3,66 م ، ووزنها الجاف 4,2 طن ، وهي قادرة على نقل حمولة صافية تزن 3,3 أطنان إلى محطة الفضاء الدولية وإعادة ما يصل إلى 2,5 طن من البضائع. لاستيعاب شحنات معينة ، يُقترح استخدام حجرة محكمة الغلق بحجم 11 مترًا مكعبًا وحجم 14 مكعبًا غير مضغوط. يتم إسقاط المقصورة غير المضغوطة أثناء الهبوط وتحترق في الغلاف الجوي ، بينما يعود حجم الحمولة الثاني إلى الأرض ويهبط بالمظلات. لتصحيح المدار ، تم تجهيز الجهاز بـ 18 محرك دراكو. يتم توفير قابلية تشغيل الأنظمة من خلال زوج من الألواح الشمسية.
عند تطوير نسخة مأهولة من "التنين" ، تم استخدام وحدات معينة من سفينة النقل الأساسية. في الوقت نفسه ، كان لابد من إعادة تصميم المقصورة المغلقة بشكل ملحوظ لحل المشكلات الجديدة. تغيرت بعض العناصر الأخرى للسفينة أيضًا.
لوكهيد مارتن أوريون
في عام 2006 ، وافقت وكالة ناسا ولوكهيد مارتن على بناء مركبة فضائية متقدمة قابلة لإعادة الاستخدام. تمت تسمية المشروع على اسم واحدة من ألمع الأبراج - Orion. في مطلع هذا العقد ، بعد الانتهاء من جزء من العمل ، اقترحت قيادة الولايات المتحدة التخلي عن هذا المشروع ، ولكن بعد الكثير من النقاش تم حفظه. استمر العمل وحتى الآن أدى إلى نتائج معينة.
وفقًا للمفهوم الأصلي ، كان من المقرر استخدام سفينة Orion في مهمات مختلفة. بمساعدتها ، كان من المفترض أن تنقل البضائع والأشخاص إلى محطة الفضاء الدولية. مع المعدات المناسبة ، يمكنه الذهاب إلى القمر. كما تم العمل على إمكانية الطيران إلى أحد الكويكبات أو حتى إلى المريخ. ومع ذلك ، فإن حل هذه المشاكل يُعزى إلى المستقبل البعيد.
وفقًا لخطط العقد الماضي ، كان من المقرر إجراء أول اختبار لإطلاق المركبة الفضائية أوريون في عام 2013. في عام 2014 ، خططوا للانطلاق مع رواد فضاء على متنها. يمكن أن تتم الرحلة إلى القمر قبل نهاية العقد. تم تعديل الجدول الزمني لاحقًا. تم تأجيل أول رحلة بدون طيار إلى عام 2014 ، وإطلاق طاقمها إلى عام 2017. تم تأجيل البعثات القمرية إلى العشرينات. حتى الآن ، تم نقل الرحلات المأهولة أيضًا إلى العقد المقبل.
في 5 ديسمبر 2014 ، تم إجراء أول اختبار لإطلاق Orion. تم إطلاق السفينة مع جهاز محاكاة الحمولة إلى المدار بواسطة مركبة الإطلاق Delta IV. بعد ساعات قليلة من الإطلاق ، عاد إلى الأرض وتناثر في منطقة معينة. لم يتم إجراء عمليات إطلاق جديدة حتى الآن. ومع ذلك ، فإن المتخصصين في شركة لوكهيد مارتن وناسا لم يقفوا مكتوفي الأيدي. على مدى السنوات القليلة الماضية ، تم بناء عدد من النماذج الأولية لإجراء اختبارات معينة في الظروف الأرضية.
قبل بضعة أسابيع فقط ، بدأ بناء أول مركبة فضائية أوريون لرحلة مأهولة. من المقرر إطلاقه في العام المقبل. وسيُعهد بمهمة إطلاق السفينة إلى المدار إلى مركبة الإطلاق الواعدة لنظام الإطلاق الفضائي. سيظهر الانتهاء من العمل الحالي الآفاق الحقيقية للمشروع بأكمله.
ينص مشروع Orion على بناء سفينة يبلغ طولها حوالي 5 أمتار وقطرها حوالي 3,3 متر ، ومن السمات المميزة لهذا الجهاز الحجم الداخلي الكبير. على الرغم من تركيب المعدات والأدوات اللازمة ، لا يزال هناك أقل بقليل من 9 أمتار مكعبة من المساحة الحرة داخل المقصورة المغلقة ، ومناسبة لتركيب بعض الأجهزة ، بما في ذلك مقاعد الطاقم. ستكون السفينة قادرة على استيعاب ما يصل إلى ستة رواد فضاء أو حمولة معينة. تم تحديد الكتلة الإجمالية للسفينة عند مستوى 25,85 طنًا.
أنظمة تحت المدارية
حاليًا ، يتم تنفيذ العديد من البرامج المثيرة للاهتمام التي لا تنص على إطلاق حمولة في مدار الأرض. لن تتمكن النماذج الواعدة من المعدات من عدد من الشركات الأمريكية من القيام إلا برحلات شبه مدارية. من المفترض أن تستخدم هذه التقنية في بعض الأبحاث أو أثناء تطوير السياحة الفضائية. لا يتم النظر في المشاريع الجديدة من هذا النوع في سياق تطوير برنامج فضائي كامل ، لكنها لا تزال موضع اهتمام.
مركبة SpaceShipTwo دون المدارية تحت جناح الطائرة الحاملة White Knight Two. الصورة فيرجن غالاكتيك / virgingalactic.com
يقترح المشروعان SpaceShipOne و SpaceShipTwo من Scale Composites و Virgin Galactic بناء مجمع يتكون من طائرة حاملة وطائرة مدارية. منذ عام 2003 ، أجرى هذان النوعان من المعدات عددًا كبيرًا من الرحلات التجريبية ، حيث تم خلالها تطوير ميزات التصميم وطرق التشغيل المختلفة. من المتوقع أن تتمكن سفينة من نوع SpaceShipTwo من استيعاب ما يصل إلى ستة ركاب سياحيين ورفعهم إلى ارتفاع لا يقل عن 100-150 كم ، أي فوق الحد الأدنى للفضاء الخارجي. يجب أن يكون الإقلاع والهبوط من مطار "تقليدي".
تعمل Blue Origin على إصدار مختلف من نظام الفضاء شبه المداري منذ منتصف العقد الماضي. وهي تقترح القيام بمثل هذه الرحلات باستخدام مزيج من مركبة الإطلاق ومركبة فضائية من النوع المستخدم في برامج أخرى. في الوقت نفسه ، يجب إعادة استخدام كل من الصاروخ والسفينة. تم تسمية المجمع باسم New Shepard. منذ عام 2011 ، تقوم الصواريخ والسفن من النوع الجديد برحلات تجريبية بشكل منتظم. كان من الممكن بالفعل إرسال المركبة الفضائية إلى ارتفاع يزيد عن 110 كيلومترات ، بالإضافة إلى ضمان العودة الآمنة لكل من السفينة ومركبة الإطلاق. في المستقبل ، يجب أن يكون نظام New Shepard أحد الابتكارات في مجال السياحة الفضائية.
مستقبل قابل لإعادة الاستخدام
لمدة ثلاثة عقود ، منذ أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، كانت الوسيلة الرئيسية لإيصال الأشخاص والبضائع إلى المدار في ترسانة ناسا هي نظام النقل الفضائي / مجمع مكوك الفضاء. بسبب التقادم الأخلاقي والمادي ، وكذلك بسبب استحالة الحصول على جميع النتائج المرجوة ، توقف تشغيل المكوكات. منذ عام 2011 ، لم يكن لدى الولايات المتحدة مركبات فضائية قابلة لإعادة الاستخدام. علاوة على ذلك ، ليس لديهم بعد مركبة فضائية مأهولة خاصة بهم ، ونتيجة لذلك يتعين على رواد الفضاء الطيران باستخدام تكنولوجيا أجنبية.
على الرغم من إنهاء تشغيل مجمع نظام النقل الفضائي ، إلا أن رواد الفضاء الأمريكيين لا يتخلون عن فكرة المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام. لا يزال هذا الأسلوب ذا أهمية كبيرة ويمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من المهام. في الوقت الحالي ، تقوم وكالة ناسا وعدد من المنظمات التجارية بتطوير العديد من المركبات الفضائية الواعدة في وقت واحد ، سواء من الطائرات المدارية أو الأنظمة ذات الكبسولات. في الوقت الحالي ، تمر هذه المشاريع بمراحل مختلفة وتظهر نجاحات مختلفة. في المستقبل القريب جدًا ، في موعد لا يتجاوز بداية العشرينات ، ستصل معظم التطورات الجديدة إلى مرحلة الاختبار أو الرحلات الجوية الكاملة ، مما سيمكن من إعادة فحص الوضع واستخلاص استنتاجات جديدة.
بحسب المواقع:
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/
معلومات