ناسا امروز می‌تواند جایگزینی برای راکت مشهور ساترن 5 بسازد؟

MacTavish · 28/8/19

ناسا مشغول ساخت سیستم راکت سنگین اسپیس لانچ سیستم (SLS) است. این راکت با راکت عظیم ساترن ۵ چه تفاوت‌هایی دارد؟

در سال‌های طلایی دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، راکتی قدرتمند وظیفه‌ی حمل انسان به ماه را برعهده داشت. راکت ساترن ۵ را شاید بتوان مشهورترین وسیله‌ی پرتاب ناسا تا‌به‌امروز دانست. این راکت نمادین که ارتفاعش به ۱۱۰ متر می‌رسید، منبع الهام بسیاری از رسانه‌ها ازجمله بازی‌های لگو تا پوسترها و بازی‌های ویدئویی شد.

آخرین مأموریت ساترن ۵ به سال ۱۹۷۵ بازمی‌گردد که ایستگاه فضایی اسکا‌ی‌لـ*ـب (Skylab) را در مدار قرار داد. حالا با توجه به برنامه‌ی ناسا برای بازگشت انسان به سطح ماه تا سال ۲۰۲۴، آیا بازهم می‌توان راکتی با این عظمت ساخت؟ پاسخ امروز ناسا اسپیس لانچ سیستم (SLS) است؛ تقویت‌کننده (بـ*ـو*ستر) عظیمی که بارها به‌دلیل تأخیرهای پیش‌آمده در توسعه و پرتابش با انتقاد مواجه شده است.

این راکت درابتدا قرار بود در دسامبر ۲۰۱۷ پرتاب شود؛ اما با افزایش هزینه‌های ساخت آن به بیش از ۱۰ میلیارد دلار، پرتابش تا سال ۲۰۲۰ و حتی بیشتر به‌تعویق افتاد. مایک نیوفلد، سرپرست ارشد موزه‌ی ملی هوافضای اسمیتسونین است که پژوهش‌هایش بر راکت‌ها تمرکز دارد. وی می‌گوید:

راکت SLS تأخیر زیادی داشته و بیش‌ از حد تعیین‌شده هزینه صرف آن شده؛ بااین‌حال، هنوز از نقطه‌ی موفقیت دور است.

ساترن ۵ اولین‌بار در ۸ نوامبر ۱۹۶۷ پرتاب شد. این راکت حامل فضاپیمای آپولو ۴ بود.

انتقاد‌های مطرح‌شده به SLS منصفانه هستند؛ زیرا ناسا تاکنون چندمرتبه تاریخ پرتاب آن را عقب انداخته است و براساس گزارش Ars Technica، نمونه‌ی پیشرفته‌ی SLS نیز با محدودیت بودجه روبه‌رو است. بااین‌حال، تأخیر پرتاب SLS دلایل دیگری هم دارد. به‌عقیده‌ی جانس بلوینز، مهندس ارشد SLS در مرکز فضایی مارشال ناسا در آلاباما، یکی از دلایل اصلی این تأخیرها، پیچیدگی فراوان این راکت در مقایسه با نمونه‌های پیشین است.

راکت ساترن ۵، راکتی تک‌مقصدی بود؛ اما SLS این‌گونه نیست؛ به همین دلیل، فرایند طراحی آن کمی پیچیده‌تر است. برای مثال، ماده‌ای که مخازن داخلی را کنارهم قرار می‌دهد، بزرگ‌تر از اندازه‌ی موردنیاز برای مأموریت رباتیک ماه است. هدف SLS بسته به اولویت‌های دولتی، فرستادن انسان به سیارک‌ها یا مریخ است. SLS قابلیت پرتاب فضاپیمای بازگشت نمونه از مریخ را هم دارد و همچنین راکتی است که سرعت فضاپیماهای رباتیک برای رسیدن به لبه‌ی منظومه‌ی شمسی را افزایش می‌دهد. درنتیجه، دیگر لازم نیست دانشمندان از مسیرهای غیرمستقیم و جاذبه‌ی سیاره‌های دیگر برای افزایش سرعت استفاده کنند.

به‌گفته‌ی بلوینز، اسپیس لانچ سیستم به‌قدری سرعت مأموریت‌ها را افزایش می‌دهد که حتی کارمندان کهنه‌کار و نزدیک به بازنشستگی هم می‌توانند به‌ثمر‌نشستن برنامه‌های خود را شاهد باشند. برای مثال، مسیر پرواز اروپا به قمر مشتری را با راکت SLS می‌توان در چند سال طی کرد؛ درحالی‌که برای طی همین مسیر با فناوری فعلی نزدیک به یک دهه زمان لازم است. مدارپیمای اروپا کلیپر ناسا ممکن است با راکت فالکون هوی اسپیس‌ایکس پرتاب شود؛ بدین‌ترتیب هزینه‌ی پرتاب آن فقط کسری از SLS خواهد بود و ۷۰۰ میلیون دلار صرفه‌جویی خواهد شد.

ساترن ۵ نیز همچون SLS به تأخیر در پرتاب مبتلا است. برای نمونه، قرار بود اولین آزمایش پرواز این راکت در سال ۱۹۶۵ انجام شود؛ اما تا نوامبر ۱۹۶۷ به‌تعویق افتاد. با تمام این‌ها، راکت‌ها تنها مقصر این تأخیرها نیستند و به‌گفته‌ی نیوفلد، در اساس تفاوتی ندارد؛ زیرا فضاپیما هم در آن زمان کمتر از انتظار عمل کرده بود. در آن زمان، توسعه‌ی ماژول‌ قمری و ماژول فرماندهی آپولو به‌تعویق افتاده بود و قرار بود ناسا برنامه‌ی فرود روی ماه را در سال ۱۹۶۷ اجرا کند؛ اما مجموعه‌‌ای از تأخیرها در توسعه راکت و فضاپیما، تاریخ پرتاب را تا ژوئیه‌ی ۱۹۶۹ به‌تعویق انداخت.

ساختار داخلی متفاوت
اگر دو راکت ساترن ۵ و SLS را کنار یکدیگر قرار دهید، تفاوت‌های ظاهری آشکاری مشاهده خواهید کرد. بلوینز امیدوار است در آینده، این ایده برای نمایش در موزه عملی شود. اسپیس لانچ سیستم یک هسته‌ی مرکزی دارد که قطر آن تقریبا با قطر مرحله‌ی اول ساترن ۵ برابر است؛ اما SLS از چهار موتور RS-25 تشکیل شده است. این موتورها دراصل برای برنامه‌ی شاتل فضایی طراحی شده بودند و نخستین پروازهای SLS با تکیه بر موتورهای نوسازی‌شده‌ی شاتل فضایی انجام خواهند شد. طراحی RS-25 بهینه‌ترین و قدرتمندترین نمونه با بیشترین نسبت توان به جرم است که تاکنون ساخته شده و از طراحی مبتنی‌بر فناوری سوخت اکسیژن - نفت سفید به‌کاررفته در موتورهای عظیم F-1 در مرحله‌ی اول ساترن ۵، چند گام فراتر می‌رود.

راکت‌های ناسا در طول تاریخ؛ از چپ به راست: ساترن ۵ و شاتل فضایی و اسپیس لانچ سیستم

اسپیس لانچ سیستم برخلاف ساترن ۵ که هیچ بـ*ـو*ستری نداشت، بـ*ـو*سترهای سوخت جامدی درکنار هسته‌ی مرکزی‌اش دارد که نیروی رانش (تراست) را هنگام برخاستن افزایش خواهند داد. به‌گفته‌ی بلوینز، اغلب افراد این تقویت‌کننده‌ها را با بـ*ـو*سترهای شاتل فضایی یکی خواهند گرفت؛ اما ارتفاع بـ*ـو*سترهای SLS دوبرابر نمونه‌های به‌کاررفته در شاتل فضایی است.

SLS و ساترن ۵ هر دو از سه مرحله برای فرستادن خدمه به فضا استفاده می‌کنند. در قسمت بالای SLS، پیکره‌بندی مشابهی با آپولو دیده می‌شود: کپسولی که فضانوردها در آن قرار می‌گیرند و سامانه‌ی فرار اضطراری که درصورت بروز حادثه خدمه را دور می‌کند. بلوینز می‌گوید:

کپسول سوار بر SLS بزرگ‌تر است؛ اما از روی زمین نمی‌توان این را تشخیص داد.

بااین‌حال، نباید فریب ظاهر را خورد و تشابهات ظاهری بیرونی به‌معنی ساختار داخلی مشابه نیست. SLS ازنظر ساختار و سوخت و اویونیک (الکترونیک هوایی) با ساترن ۵ متفاوت است. دلیل بعضی از تغییرات را می‌توان به پیشرفت فناورانه در رایانش و سوخت از اواخر دهه‌ی ۱۹۵۰، یعنی زمان طراحی اولین نمونه‌های ساترن ۵، نسبت داد.

راکت اسپیس لانچ سیستم برخلاف ساترن ۵ اصلا به نفت سفید نیازی ندارد
تغییرات دیگر هم شامل بهبودهای تدریجی و تکامل جامعه‌ی صنعتی ناسا در مدت ۶۰ سال است. برای مثال، شرکت‌های درگیر ساخت SLS در بسیاری از نمونه‌ها پیمان‌کاران مختلفی هستند که ترجیح می‌دهند از قطعات متفاوت‌تری در مقایسه با انواع به‌کاررفته در ساترن ۵ استفاده کنند. یکی از تغییرات عمده‌ از زمان ساترن ۵، نیاز‌نداشتن به نفت سفید در SLS است. وابستگی راکت به میراث شاتل و توسعه‌ی بازدهی سوخت بدین‌معنی است که تمام مراحل راکت (به‌غیر از بـ*ـو*سترها) از ترکیب هیدروژن مایع و اکسیژن مایع استفاده می‌کنند.

مصالح ساخت اسپیس لانچ سیستم نیز متفاوت‌تر و پیشرفته‌تر از ساترن ۵ است. برخی قطعات نیز مجزا از ساختار اصلی برای مأموریت‌های ماه ساخته‌شده‌اند تا SLS بتواند درصورت نیاز به مسافت‌های دورتر در منظومه‌ی شمسی نیز سفر کند.

درباره‌ی اویونیک (الکترونیک هواپیما) هم تفاوت‌های اندکی با ساترن ۵ وجود دارد. یکی از تفاوت‌های عمده‌ی اویونیک SLS، برقراری ارتباط با سامانه‌ی ماهواره‌ای ردیابی و بازپخش داده‌ها (TDRS) است که هم‌زمان با پرواز فضانوردان به‌ دور زمین، پوشش ارتباطاتی بی‌نظیری از آن‌ها ارائه می‌دهد. TDRS نخستین‌بار در عصر شاتل فضایی، یعنی در دهه‌ی ۱۹۸۰، اجرا شد؛ درحالی که ساترن ۵ در زمان خود، هنوز به این فناوری دسترسی نداشت. به‌طور مشابه، سامانه‌ی ناوبری نیز از پیشرفت‌هایی در هواپیماها، به‌‌ویژه بوئینگ ۷۷۷ و ۷۸۷، بهره خواهد گرفت که پس از عصر ساترن ۵ به‌وقوع پیوسته‌اند.

شایان ذکر است اویونیک SLS ازنظر اندازه با اویونیک ساترن ۵ برابر است. کامپیوترهای کنونی کوچک‌تر و قدرتمندتر از کامپیوترهای دهه‌ی ۱۹۶۰ هستند؛ اما مهندسان نتوانستند از این مزیت در طراحی SLS استفاده کنند. بلوینز درباره این موضوع می‌گوید:

چهل سال زمان صرف کردیم تا محموله‌ها و وسایل الکترونیکی را تا حد ممکن کوچک کنیم؛ اما با قراردادن قطعات کوچک در راکت، متوجه لرزش آن‌ها شدیم؛ بنابراین، باید از این لرزش جلوگیری می‌کردیم.

بنابراین، دلیل افزایش اندازه‌ی بخش رایانشی SLS، قراردادن عایق‌هایی برای به‌حداقل‌رساندن لرزش قطعات الکترونیکی است.

نگاهی به آینده
بلوینز اطمینان دارد SLS تا نوامبر ۲۰۲۰، قطعا پرتاب خواهد شد؛ اما درصورت افزایش تأخیر، اولین پرواز آن به سال ۲۰۲۱ موکول خواهد شد. در ۶ ماه آینده، تیم SLS هسته‌ی مرکزی را برای ارزیابی و پذیرش به مرکز فضایی استنیس در می‌سی‌سی‌پی تحویل خواهد داد. در اوایل ۲۰۲۰، مهندسان عملکرد موتورهای این مرحله را بررسی می‌کنند. یکی از دلایل تأخیر احتمالی، می‌تواند نیاز به جرثقیل‌ها و تجهیزات لازم برای انجام آزمایش و فضای اضافه برای جابه‌جایی به اطراف باشد؛ زیرا مراحل SLS بسیار بزرگ‌تر از مراحل شاتل هستند.

افزون‌براین، چشم‌انداز پرتاب دشوارتر از چشم‌انداز شاتل است؛ زیرا ماه با زمین فقط در زمان‌های مشخصی تراز می‌شود و در حالت مناسب قرار دارد. همچنین، چشم‌انداز پرتاب به بازگشت تیم SLS به زمین هم وابسته است؛ زیرا تیم معمولا ترجیح می‌دهند در طول روز به زمین برسند تا نظارت بر بازشدن چترها آسان‌تر باشد. درصورتی‌که اولین پرواز SLS بعد از نوامبر ۲۰۲۰ باشد، ممکن است فضانوردان تا ماه مارس برای پرواز منتظر بمانند. همچنین، هماهنگی فرود هنگام روز در روزهای کوتاه زمستان دشوارتر است.

تیم SLS در سال جاری، در حال بررسی چند برنامه‌ی آزمایش است؛ اما ناسا و در رأس آن جیم برایدنستاین، روشی پایدارتر و کُندتر را برای اطمینان از عملکرد تمام بخش‌های راکت ترجیح می‌دهند. پیش‌بینی می‌شود پس از پرتاب SLS، بتوان تا چهل سال آینده برای توسعه‌ی مأموریت‌های ناسا در کل منظومه‌ی شمسی از این راکت استفاده کرد. صرف‌نظر از پرواز فضانوردان به مریخ یا فرستادن سطح‌نشین رباتیک به قمر اروپا، راکت SLS اولین مرحله از این سفر خواهد بود.