فضاپیمای اوریون
فضاپیمای اوریون
|
|
در صورت عدم نمایش عکسها کلیک راست کنید و گزینهی Show Picture را انتخاب کنید.
بازگشت به ماه
در این سمینار اطلاعاتی را در مورد فضاپیمای آمریکایی اوریون که ناسا برای بازگشت دوباره به ماه طراحی کرده است و در سال 2020 به ماه خواهد فرستاد، در اختیارتان قرار خواهیم داد. اینها تمامی اطلاعات موجود در مورد اوریون است و بیش از این اطلاعاتی در مورد ساختار اوریون منتشر نشدهاست.
اولین فضاپیماهای آمریکایی مرکوری و جمینی بودند و بعد از آن ناسا در دههی 60 آپولو را به سمت ماه فرستاد. سپس ناسا شاتلها را طراحی کرد که مهمترین مأموریت شاتلها در حال حاضر بردن سرنشینان و تجهیزات به ایستگاه فضایی بینالمللی و کاملکردن ایستگاه است. شاتلها به دلیل معایب و مشکلاتی که دارند و سوانحی که برای فضانوردان تاکنون ایجاد کردهاند، قرار است تا سال 2010 بازنشسته شوند.
در یک سخنرانی جرج بوش رئیس جمهور آمریکا گفت ما باید دوباره به ماه برگردیم و ناسا باید سیاستگذاریهایی را مبنی بر طراحی و ساخت یک فضاپیمای جدید، با امنیت و تجهیزات بیشتر، تکنولوژی بالاتر و سیستمهای پسشرفتهتر بکند.که هدف سفر به ایستگاه فضایی، بازگشت به ماه، و مقصد نهایی سفر به مریخ است.
فضاپیماهای امریکایی
اولین فضاپیمای ناسا مرکوری بود که اولین فضانورد آمریکایی با آن به فضا رفت.بعد از آن ناسا جمینی را طراحی کرد که عملیات الحاق در فضا را انجام داد و اولین راهپیمایی آمریکاییها با جمینی انجام شد.
سپس ناسا از آپولو برای فرود انسان روی ماه استفاده کرد که توضیحات بیشتر را خواهم داد. پس از آن شاتلها طراحی شدند و پروازهای متعددی را انجام دادند. شاتلها دارای معایبی هستند و حوادث مرگباری را برای فضانوردان به وجود آورده اند. به همین دلیل ناسا آنها را تا سال 2010 بازنشسته خواهد کرد و فضاپیمای اوریون جایگزین آن می شود.
پیشینه سفر انسان به ماه
فضاپیمای آپولو، در کل 20 مأموریت داشت.آپولو 8 اولین فضاپیمای سرنشینداری بود که از گرانش زمین خارج شد. آپولو 11 تا آپولو 17 فضاپیماهایی بودند که روی سطح ماه فرود آمدند. به جز آپولو 13 که دچار مشکل شد و نتوانست فرود بیاید، دور ماه چرخید و به زمین برگشت.
معایب شاتل
شاتلها دارای معایب و مشکلاتی هستند و به همین دلیل بازنشسته خواهند شد.کابین شاتل دقیقا روی مخازن سوخت نصب شده است و اگر در حین پرتاب مشکلی برای مخازن سوخت ایجاد شود نجاتدادن فضانوردان غیر ممکن است. و همین امر موجب شد تا هنگام بروز مشکل برای شاتل چلنجر، نتوانیم سرنشینان آن را نجات دهیم.
مشکل دیگر شاتلها این است که هنوز طراحی درستی برای مخزن سوخت مایع آن نکردهاند. سوخت مایع شاتل اکسیژن و هیدروژن مایع است که سوختهای برودتی هستند و در دمای پایین نگهداشته میشوند، به همین دلیل روی مخزن را با فومهای ضدشبنم میپوشانند.تکههایی از این فومها در طول پرواز کنده شده و به شاتل آسیب میرسانند. همانند حادثهای که برای کلمبیا اتفاق افتاد.
برای اطلاعات بیشتر دربارهی حوادث چلنجر و کلمبیا اینجا را کلیک کنید.
عیب دیگر آن هزینهی زیاد پرتاب است .برای هر بار پرواز شاتل 700 میلیون دلار هزینه میشود. برای فرود نیز چون نیاز به باند دارد هزینه زیادی لازم است.
فضاپیمای اوریون
ناسا مناقصهای را برگزار کرد و طی آن شرکت لاکهیدمارتین به عنوان پیمانکار، طراح و سازنده اوریون انتخاب شد و برای این پروژه یک قرارداد هفت و نیم میلیارد دلاری بسته شد.
قابلیت های اوریون
اوریون قادر است 6 نفر را به ایستگاه فضایی بینالمللی و 4 نفر را به ماه ببرد. در حالی که آپولو فقط توانایی حمل 3 نفر را به ماه داشت.شاتل 7 نفر را به ایستگاه فضایی میبرد ، اما نمی توانست به ماه سفر کند و تنها قادر بود 3 هفته درمدار بماند در حالی که اوریون میتواند بیش از 240 روز را متصل به ISS در مدار بماند.
شکل ظاهری و تجهیزات اوریون از آپولو گرفته شده است اما با تکنولوژی بسیار پیشرفتهتر. سرامیکهای حرارتی که در اوریون به کار می رود پیشرفتهتر است و قابلیت استفاده مجدد را دارد و طوری طراحی شده است که از واحد خدمه آن 10 بار میتوان استفاده کرد. اما این امکان برای فضاپیمای آپولو وجود نداشت.
سیستمهای پشتیبان حیات اوریون بهترین شرایط را برای زندگی فضانوردان مهیا کرده است به گونهای که کاملا مثل زندگی در زمین احساس راحتی کنند.
ساختار فضاپیمای اوریون
|
|
سر فضاپیما موشک گریز قرار دارد که می تواند اگر در حین پرتاب مشکلی برای اوریون یا مخازن سوخت پیش آمد اوریون را از سر موشک کنده و سالم به زمین برگرداند. شاتل این توانایی را نداشت.
در پایین اوریون اداپتوری قرار دارد که اوریون را به سر موشک متصل می کند.
واحد خدمه روی واحد خدمات قرار گرفته است. موتورهای اصلی ، مخازن سوخت و تجهیزات اوریون در واحد خدمات است. سرنشینان در واحد خدمه قرار می گیرند.
واحد سرنشین دار
|
|
شکل مخروطی دارد با شیب 70 درجه که شبیه به شکل واحد فرماندهی آپولو است. در بدنهی آن رانشگرهایی است که برای مانورهای مداری و تنظیم زاویه هنگام ورود به جو زمین استفاده می شود. درون واحد سرنشیندار تجهیزات تامین فشار به گونهای است که فشار متعادل جو برای آنها فراهم است. محفظههای کوچکی در کابین قرار دارد که وسایل مورد نیاز در طول پرتاب را آنجا قرار دادهاند. چند مخزن سوخت نیز آنجا قرار دارند.
در کابین، دما توسط تجهیزات پشتیبان حیات تنظیم می شود. هم چنین اکسیژن فضانوردان تامین شده و هوای کابین مرتب در یک چرخه، میگردد. فشار کابین نیز یک اتمسفر است.
سر واحد سرنشین دار یک پورت اتصال قرار دارد که برای اتصال کابین به ایستگاه فضایی بینالمللی یا اتصال به فضاپیمای دیگری به کار می رود.در پورت اتصال دریچهای قرار دارد که وقتی اوریون به ایسنگاه وصل شد، بسته میماند تا فشار دو طرف یکی شده و سپس دریچه باز شده و فضانوردان از آن طریق از کابین خارج می شوند.
واحد سرویس دهی
|
|
شکل استوانه ای دارد و دو پانل خورشیدی که در دو طرف باز می شوند، شبیه به فضاپیمای سایوز روسیه. در پایین واحد سرویسدهی موتور پیشران اصلی اوریون قرار دارد و مخازن سوخت در داخل ان هستند و سوخت آنها مونو متیل هیدرازین (MMH) است و اکسیدکنندهی آن نیتروژن تتروکسید (NTO) است. همین سوخت در رانشگرها هم به کار می رود.
درون واحد خدمات یا سرویس دهی باتریهایی قرار دارند که انرژی الکتریکی که پانلهای خورشیدی تولید می کنند را در خود ذخیره می کنند. آنتنهایی که در آن به کار رفتهاند برای برقراری ارتباط با ایستگاه فضایی و ماه نشین است.
موشک Ares I
|
|
یک موشک 2 مرحلهای است. شامل یک بوستر سوخت جامد 5 قسمتی است که از تکنولوژی بوستر سوخت جامد شاتل گرفته شده است. در بالای آن یک موتور J-2X نصب شدهاست. بعد از آن یک تانک سوخت مایع قرار دارد با سوخت اکسیژن و هیدروژن مایع. روی تانک، فضاپیمای اوریون قرار گرفته است و موشک گریز سر Ares I نصب شده است.
موشک Ares V
|
|
شامل دو بوستر سوخت جامد است و یک تانک مایع مرکزی. در زیر تانک سوخت مایع 5 موتور RS-68 نصب شدهاست. سوخت مایع موشک اکسیژن و هیدروژن مایع است. در زیر مرحلهی نهایی Ares V یک موتور J2-X قرار دارد و واحد ماهنشین به بالای آن متصل است. Ares V توانایی ماندن 30 روز در مدار را دارد. می تواند 146 تن بار را با خود حمل کند.
مقایسه اندازهی موشکهای آرِس با سایر موشکهای آمریکایی
|
|
موشک ساترن 5 برای پرتاب آپولو استفاده میشد. آپولو را به دلیل اینکه حجم و تجهیزات کمتری داشت با یک موشک به ماه میفرستادند. اما حجم کپسول اوریون دو و نیم برابر حجم آپولو است و دارای تجهیزات بیشتری است به همین دلیل خود کپسول را با Ares I و ماهنشین و تجهیزات لازم برای ساخت پایگاه روی ماه را با Ares V پرتاب میکنند.
اوریون و ایستگاه فضایی بینالمللی
|
|
اوریون در سال 2014 با 6 سرنشین به ایستگاه فضایی خواهد رفت. و قادر است 6 ماه در ایستگاه بماند. در عین حال این توانایی را دارد که هر زمان لازم بود، فضانوردان را به زمین برگرداند. اوریون در ایستگاه به محل اتصال شاتل ها وصل می شود.
شمای کلی سفر به ماه با فناوری فضاپیمای اوریون
|
|
1ـ پرتاب موشک Ares V که شامل مرحله نهایی، بار، تجهیزات و ماهنشین است.
2ـ چند روز بعد، پرتاب Ares I که شامل کپسول اوریون و فضانوردان است.
3ـ در مدار LEO ماهنشین از مرحلهی نهایی از Ares V خارج میشود. کپسول اوریون نیز از سر Ares I جدا شده و این دو به هم متصل میشوند. موتورهای مرحلهی نهایی روشن شده و اوریون را از مدار زمین خارج می کنند.
4ـ پس از خروج از مدار زمین، مرحلهی نهایی از ماه نشین جدا شده و اوریون به همراه ماهنشین وارد مسیر سفر به ماه می شوند.
5ـ در مدار ماه فضانوردان وارد ماهنشین میشوند و ماهنشین با استفاده از موتورهای معکوس سرعت خود را کم کرده و روی سطح ماه مینشیند.فضانوردان میتوانند تا 7 روز را در سطح ماه سپری کنند.
6ـ پس از پایان عملیات روی ماه، فضانودان وارد ماهنشین شده و با استفاده از قسمت صعودی از سطح ماه بلند میشوند و به مدار ماه میروند.
7ـ در مدار، ماهنشین و کپسول به هم متصل شده و وارد مسیر بازگشت به زمین میشوند.
8ـ واحد سرویسدهی از کپسول اوریون جدا شده، موتورهای واحد سرنشیندار روشن میشوند و وارد جو زمین میشود.
9ـ پس از عبور از لایه های متراکم جو چتر های نجات اوریون باز شده تا سرعت ان را کم کنند وبه ارامی بر روی زمین فرود می اید.
عملیات الحاق در مدار زمین
1-جداشدن مراحل مختلف موشک Ares V و آزادشدن محمولهی ماهنشین برای انجام عملیات الحاق با ناو فرماندهی در مدار زمین.
2- ورود ناو فرماندهی به مدار زمین و جداشدن از موشک Ares I و انجام مانورهای لازم برای الحاق به ماهنشین در مدار زمین.
3- انجام عملیات الحاق ماهنشین و ناو فرماندهی در مدار زمین و سپس روشنشدن موتورها برای خروج از گرانش زمین.
عملیات در مدار ماه
1ـ کمکردن سرعت و ورود به ماه و انجام عملیات جداسازی ماهنشین از ناو فرماندهی و سپس فرود ماهنشین بر ماه.
2- پایان عملیات در ماه و بازگشت قسمت صعودی ماهنشین به مدار و انجام عملیات الحاق دو فضاپیما در مدار کرهی ماه.
بازگشت به زمین
واحد فرماندهی هنگامی که به زمین میرسد از واحد سرویسدهی جدا شده و با یک زاویهی مناسب وارد جو زمین میشود. در اینجا سرامیکهای حرارتی بسیار پیشرفتهای به کار رفتهاند و در برابر گرمای جو از واحد سرنشیندار محافظت می کنند.
چترهای نجات بعد از گذر فضاپیما از لایههای متراکم جو در ارتفاع مناسب باز میشوند تا از سرعت فضاپیما هنگام فرود بکاهند.قطر این چترها حدود 36 متر است.
در نزدیکی زمین موتورهای معکوس روشن میشوند و در خلاف جهت نیرو وارد میکنند تا فضاپیما یک فرود نرم داشته باشد، پس از آن با بادشدن کیسههای هوا، از آنها به عنوان ضربهگیر فرود استفاده میشود.
در مقایسه با آپولو که روی آب فرود میآمد، فرود روی خشکی نیاز به تکنولوژی بیشتری دارد زیرا باید تجهیزاتی را فراهم کنند که اوریون فرود نرم و بی خطری داشته باشد .اما هزینه کمتری را نیاز دارد چون بر خلاف فرود روی آب که برای عملیات نجات نیاز به ناو و امکانات دریایی زیادی است، عملیات نجات در خشکی به راحتی توسط یک بالگرد انجام میشود. همچنین فرود شاتلهای فضایی نیز نیازمند یک باند با مشخصات ویژه است.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
منابع:
www.nasa.gov
www.msfc.nasa.gov
www.en.wikipedia.org
www.braeunig.us
www.daviddarling.info
www.lockheedmartin.com
www.google.com
گروه فضانوردان جوان وابسته به مرکز نجوم ادیب اصفهان در بهمن ماه 1381 توسط جمعی از اعضای جوان این مرکز با هدف مطالعه و پژوهش در زمینه ی فناوری فضا تشکیل شد.