در راستاي تلاش‌هاي تحقيقاتي در زمينه طراحي و ساخت فضاپيماهاي سرنشين دار در كشور، محققان دانشكده مهندسي هوافضاي دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي موفق به ارائه الگوريتم طراحي سيستمي فضاپيماي سرنشيندار شده‌اند.

 

به گزارش روابط عمومي، مهندس ليلا خلج زاده كه با راهنمايي دكتر مهران ميرشمس، موفق به اجراي اين طرح شده در گفت‌و‌گو با ايسنا در خصوص ويژگي‌هاي الگوريتم طراحي و فضاپيماي سرنشين دار طراحي شده گفت: در الگوريتم طراحي فضاپيماي سرنشين دار با بهره گيري از مدل‌هاي آماري و پارامتري، فضاپيماي سرنشين‌داري طراحي شده كه مي تواند يك تا سه سرنشين‌ را براي چند ساعت تا چند روز به مدارهاي پاييني زمين ببرد. اين نوع فضاپيماها از چند مدول (بخش) تشكيل شده‌اند. مدول به معناي يك بخش مستقل است كه ممكن است تداخلاتي با ساير بخش‌ها داشته باشد. به مدول‌هاي سرنشين‌دار در اين فضاپيماها كپسول فضايي نيز گفته مي‌شود. در فضاپيماهاي سرنشين دار مدولار، تنها يكي از مدول ها (كپسول بازگشتي) به زمين باز مي‌گردد. اين دست از فضاپيماها از موفق‌ترين و مقرون به صرفه‌ترين فضاپيماهاي سرنشين‌دار محسوب مي‌شوند.

 

وي تصريح كرد: فضاپيماهاي سرنشين‌دار به سه دسته كلي ايستگاه‌هاي فضايي، كپسول‌هاي فضايي و سيستم‌هاي حمل و نقل فضايي تقسيم مي‌شوند. در كنار اين سه دسته فضاپيماهاي زيرمداري (هوافضاپيماها) هم وجود دارند كه در زمينه طراحي آنها تجاربي كسب شده است. هر يك از انواع فضاپيماهاي سرنشين‌دار، ويژگي‌ها و كاربردهاي خاص خود را دارد.

 

ايستگاه‌هاي فضايي فضاپيماهاي سرنشين‌داري هستند كه سيستم پيشرانش و فرود ندارند. نخستين ايستگاه فضايي دنيا را اتحاد جماهير شوروي، با نام «سالوت-1» در فضا برقرار كرد. برنامة «سالوت» متشكل از نه تك مدول بود كه به عنوان ايستگاه فضايي در بازة زماني يازده ساله‌اي در مدار قرار گرفتند. تجربه‌هاي به دست آمده از اين ايستگاه‌ها كه تنها از يك بخش تشكيل شده بودند، راه را براي ساخت و برقراري ايستگاه‌هاي فضايي بزرگ‌تر و پيچيده‌تري مانند «مير» و ايستگاه فضايي بين‌المللي هموار كرد.

 

خلج زاده خاطرنشان كرد: سيستم هاي حمل و نقل فضايي يا اسپيس‌پلين‌ها فضاپيماهاي سرنشين‌داري هستند كه مي‌توانند بارها پرواز كنند. اين سيستم‌ها با بهره‌گيري از سيستم پيشرانش خود تا مدار زمين پيش مي روند و بخش مدارگرد آنها در مدار قرار مي گيرد. همين بخش، حامل فضانوردان، ماموريت را انجام مي دهد و مرحله بازگشت به جو و فرود را به انجام مي رساند. درصد زيادي از اين فضاپيماها قابليت استفاده مجدد دارد، به گونه‌اي كه كل وسيله را مي‌توان قابل استفاده مجدد دانست. شاتل فضايي و بوران در اين دسته از فضاپيماهاي سرنشين دار قرار مي گيرند. بوران كه پس از شاتل فضايي و با الگوبرداري از آن ساخته شد به دلايلي هرگز وارد چرخه عملياتي نشد.

 

وي تصريح كرد: گروه سوم فضاپيماهاي سرنشين‌داري هستند كه مي‌توانند يك تا سه سرنشين‌ را براي چند ساعت تا چند روز به مدارهاي پاييني زمين ببرند كه در اين طرح فضاپيماي سرنشين‌داري از اين دست طراحي شده است.

 

خلج زاده در توضيح الگوريتم طراحي فضاپيما گفت:در اين الگوريتم، مراحل طراحي مفهومي فضاپيمايي با نام «دوستي» در قالب قدم‌هايي يك به يك طي مي‌شود. مطابق با اين روندنما، ابتدا ويژگي‌هاي فضاپيماهاي گروه هدف و ماموريت آنها مرور مي‌شود تا نيازمندي‌هاي سطح سيستم براي طراحي فضاپيماي سرنشين‌دار دوستي استخراج شود. در استخراج نيازمندي‌ها، همچنين، نيازهاي داخلي در پروفايل ماموريت و در نهايت در نيازمندي‌هاي طراحي وارد مي‌شود. سپس، ويژگي‌هاي سطح سيستم فضاپيما تعيين و بودجه‌هاي جرم و توان برقرار مي‌شوند. طراحي زيرسيستم‌هاي اصلي فضاپيما با به كارگيري روش‌هاي طراحي مهندسي و مراجعه به ويژگي‌هاي فضاپيماهاي گروه هدف در مرحله بعد انجام مي‌گيرد. پس از طي اين مراحل، طرح حاصل از طراحي در سطح سيستم و زيرسيستم سبك و سنگين مي‌شود و بودجه‌هاي جرم و توان مورد ارزيابي دوباره قرار مي‌گيرد. در پايان، ويژگي‌هاي طرح نهايي با مدل‌هاي آماري صحت‌سنجي مي‌شود تا اصلاحات لازم اعمال و طرح نهايي ارائه شود.

 

 

 

خلج زاده در پاسخ به اين سوال كه با توجه به ساختار متفاوت فضاپيماهاي آمريكايي و شرقي، فضاپيماي دوستي مشابه كدام گروه است، اظهار داشت:

مدارگردهاي سرنشين‌دار مدولار را مي‌توان به دو دستة استوانه‌يي شكل (سيستم‌هاي شرقي) و مخروطي (سيستم‌هاي امريكايي) تقسيم كرد. واستوك، واسخود، سايوز و آخرين آنها شنژو شكلي استوانه‌يي و مركوري، جميني، آپولو و آخرين آنها اوريون شكل مخروط ناقص دارند. در اين پايان نامه، ويژگي‌هاي فضاپيماهاي دستة نخست به ويژه دو فضاپيماي سايوز (روسيه) و شنژو (چين) به‌عنوان گروه هدف مورد بررسي قرار گرفته است.

 

وي خاطرنشان كرد: اين دسته از فضاپيماها غالباً يك تا سه نفره هستند، از دو يا سه مدول (بخش مجزا) تشكيل شده‌اند. وزن آنها بسته به تعداد مدول‌ها (سرنشين) از حدود پنج تن تا نزديك هشت تن متغير است. ابعاد اين فضاپيماها هم در قطر تقريبا يكسان و در طول بسته به دو مدوله يا سه مدوله بودن با رعايت نسبت متفاوت است.

 

خلج زاده تصريح كرد: ارتفاع متوسط مدار ماموريتي فضاپيماها زير 400 كيلومتر است و از بيضويت مدار در ماموريت‌هاي فضاپيماهاي نخست در فضاپيماهاي اخير كم شده، يعني به دايره نزديك شده است.

 

وي درباره ساختار و زيرسيستم هاي اين فضاپيماها گفت: سازه، پيشرانش، كنترل حرارت، كنترل محيطي و پشتيباني حيات، مخابرات، هدايت ناوبري و كنترل، توان و بازيابي و فرود زيرسيستم‌هاي اصلي اين فضاپيماها را تشكيل مي‌دهند. سيستم الكتريكي آنها هم از باتري به آرايه‌هاي خورشيدي و توان متوسط از 0.2 كيلووات به نزديك 1 كيلووات تغيير كرده است.

مدول بازگشتي به عنوان تنها بخشي از فضاپيما كه به زمين بازمي‌گردد در فضاپيماهاي نخست فاقد سيستم كنترل وضعيت بوده، كپسول بازگشت بالستيك انجام مي‌داده است، در حالي كه در انواع اخير با تراسترهاي سيستم كنترل عكس‌العملي مدول كنترل مي‌شود.

جلوبرندگي موتور اصلي در فضاپيماهاي اوليه بالا و در انواع اخير با توجه به نياز واقعي فضاپيما تعديل شده است كه اين موضوع شايد به پيشرفت فناوري در توسعه موتور فضاپيماها با دامنه تراست گسترده‌تر (از بسيار پايين تا بسيار بالا) بازگردد.

پروفايل ماموريت فضاپيماها (به جز انجام ماموريت ويژه) از الگوي نسبتا ثابتي پيروي مي‌كند كه مبناي استخراج پروفايل ماموريت فضاپيماي در دست طراحي (دوستي) شده است.

 

وي خاطرنشان كرد: در مدول خدمه يا بازگشتي، زيرسيستم كنترل وضعيت براي كنترل وضعيت مدول در هنگام بازگشت به جو به كار گرفته مي‌شود. تمام كنترل‌ها و نمايشگرها، كامپيوتر ديجيتال فضاپيما، همچنين تجهيزات پشتيباني حيات و فرود در اين مدول جاي مي‌گيرند.

با زيرسيستم‌هاي كنترل حرارت و حفاظت تابش، كابين خدمه در برابر محيط فضا ايزوله مي‌شود. توان مدول در هنگام بازگشت به جو با بهره‌گيري از باتري‌هاي تعبيه شده در مدول تامين مي‌شود. ارتباط با مركز كنترل زميني با بهره‌گيري از تجهيزات قرار گرفته در داخل مدول امكان‌پذير است.

 

خلج زاده تصريح كرد: در مدول خدمات يا تجهيزات، موتور اصلي و در واقع بخش عمده زيرسيستم پيشرانش، به علاوه موتورهاي سيستم كنترل عكس‌العملي به همراه مخازن سوخت قرار گرفته‌ است. تجهيزات راديويي، تله‌متري، سيستم هدايت و ناوبري، سيستم رايانه، تجهيزات الكترونيكي و مخابراتي، باتري‌هاي ذخيره در مدار، مبدل‌هاي حرارتي و سيستم اصلي كنترل حرارت در اين مدول جاي داده مي‌شوند. در بيرون آن نيز آنتن‌هاي مخابراتي، آرايه‌هاي خورشيدي و رادياتورها نصب مي‌شوند. جانمايي دقيق‌تر تجهيزات در بخش‌هاي بعدي گزارش آمده است.

 

وي درباره تعداد سرنشينان و طول ماموريت فضاپيماي دوستي گفت: عمر طراحي فضاپيماي دوستي، 14 روز و طول ماموريت آن تا سه روز است و قادر است يك يا دو نفر فضانورد را به فضا ببرد. ارتفاع تزريق فضاپيما 250 × 200 كيلومتر، ارتفاع عملياتي آن 5 ± 330 كيلومتر و ارتفاع بازگشت به جو آن 120 كيلومتر است.

 

خلج زاده در گفت‌و‌گو با ايسنا اضافه كرد: طول بدنه فضاپيما ، 500 سانتي متر، قطر آن 250 و اسپن آن 1450 سانتي متر است كه حدود چهار متر مكعب فضا را براي سرنشينان فراهم مي كند. وزن كل فضاپيما هم پنج تن است كه 2.5 تن مربوط به مدول پيشرانش و 2.5 تن مربوط به مدول بازگشتي است.

 

وي با بيان اين كه طرح اين فضاپيما هنوز به مراكز فضايي كشور ارائه نشده اظهار داشت: ساخت و توسعه چنين فضاپيمايي نيازمند به پيشرفت فناوري يا دستيابي به فناوري پيشرفته در بسياري از زمينه هاست. همچنين براي ارسال اين فضاپيما به فضا، پرتابگر آن نيز بابد ساخته شود. با توجه به محدوديت هاي موجود نمي توان زمان دقيقي براي آن تعيين كرد كه به اين موضوع اولويت هاي كشور را نيز بايد افزود اما در كل، شايد بتوان حداقل بازه زماني پنج تا 10 سال را براي آن در نظر گرفت.