فضاپیمای هایپرسونیک دارپا، اسب باری فضایی آینده + ویدیو

شنیدن نام دارپا سریعا پروژه‌‌هایی جلوتر از زمان را در ذهنمان تداعی می‌کند که بسیاری از آنان به معنی واقعی کلمه انقلابی در جهان پدید آوردند؛ این‌بار نیز دارپا قصد دارد با ساخت فضاپیمای هایپرسونیک، سفر به فضای بی‌کران را بیش از پیش آسان کند.

آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی (دارپا) متعلق به وزار دفاع آمریکا، چند سال پیش کار برای ساخت یک فضاپیمای هایپرسونیک کاملا نوین و پیشرفته به منظور تسهیل و کاهش هزینه‌های ارسال ماهواره، محموله و انسان به فضا در کمترین زمان ممکن با اعتمادپذیری بالاتر و ریسک کمتر را در قالب پروژه‌ای به نام XS-1 کلید زد؛ حال این آژانس یک گام دیگر تا تحقق این پروژه نزدیک‌تر شده است. ناگفته نماند هایپرسونیک به سرعت‌های 5 ماخ و بالاتر گفته می‌شود.

بنابر اعلامیه دارپا که چهارشنبه گذشته (24 می/3 خرداد) منتشر شد، این آژانس از بین سه کمپانی هوافضا، دفاعی و امنیتی آمریکایی بوئینگ (Boeing)، نورثراپ گرومن (Northrop Grumman) و مستن اسپیس سیستمز (Masten Space Systems)، کمپانی بوئینگ و طرح مفهومی آن با نام فانتوم اکسپرس (Phantom Express) را برای فاز اول پروژه XS-1 و در نهایت طراحی، ساخت، آزمایش و به پرواز در آوردن پیش‌نمونه فضاپیمای هایپرسونیک بدون سرنشین مورد نظر خود در فازهای دوم و سوم کار برگزیده است؛ این پروژه همچنین سرمایه گذاری مشترک دارپا و بوئینگ را در پی خواهد داشت. ناگفته نماند فاز اول شامل مراحل مطالعاتی و ارائه طرح‌های مفهومی و همچنین ویژگی‌های فضاپیمای هایپرسونیک مورد نظر توسط هر کمپانی است.

این فضاپیما یا به زبان بهتر “هواپیمای فضایی” در واقع یک بستر پرتاب فضایی است؛ فانتوم اکسپرس قادر خواهد بود تا ارتفاعات بالای زیرمداری (لبه فضا) پرواز کرده و پس از رسیدن به ارتفاع مورد نظر، ماهواره را با استفاده از راکت‌ حامل یکبار مصرف به ارتفاعات بالاتر و مدار مورد نظر پرتاب کند؛ هر یک از این راکت‌ها می‌توانند تا 1.361 تن بار را حمل کنند. پس از پرتاب نیز فضاپیما به زمین بازگشته و همچون یک هواپیما روی باند فرود می‌آید. این فضاپیمای هایپرسونیک پس از فرود همچون یک هواپیمای عادی مورد بازبینی و بازرسی های فنی و نگه‌داری قرار ‌می‌گیرد تا تنها ظرف مدت چند ساعت پس از فرود و بازگشت به زمین، دوباره آماده پرتاب به سوی فضا و حمل محموله جدید (ماهواره) شود؛ به لطف این قابلیت می‌توان در کوتاه‌ترین زمان ممکن، چند ماهواره را به فضا پرتاب کرد.

به گفته دارپا طرح XS-1 نه یک فضاپیمای قدیمی (همچون شاتل فضایی) خواهد بود و نه یک فضاپیمای عادی، بلکه ترکیبی از هر دو است و هدف دستیابی به فضاپیمایی است ضمن کاهش زمان مورد نیاز برای پرتاب، هزینه‌های پرتاب را نسبت به قبل 10 برابر کاهش دهد. اگر این پروژه با موفقیت به اتمام برسد، براساس برآوردهای دارپا هزینه هر پرتاب فضاپیمای هایپرسونیک با احتساب هزینه راکت حامل یکبار مصرف و دست‌کم 10 پرواز در یک سال برای یک فضاپیما، 5 میلیون دلار و یا حتی کمتر خواهد بود که در مقایسه با هزینه‌های چند صد میلیون دلاری برای هر پرتاب با روش‌های مرسوم امروزی بسیار اقتصادی‌تر است.

البته اقتصادی‌تر بودن بدان معنی نیست که این روش از روش‌های رایج پرتاب ماهواره کیفیت پایین‌تری داشته باشد، بلکه برعکس، یکی از اهداف اصلی این روش دستیابی به روشی اعتمادپذیرتر و امن‌تر با ریسک کمتر است تا ماهواره‌های چندین میلیون و حتی میلیارد دلاری هنگام پرتاب بر اثر بروز نقص در راکت حامل از دست نروند. دارپا همچنین امیدوار است این روش موجب افزایش امنیت ملی شود؛ چراکه مدت زمان آماده سازی برای برنامه‌ریزی و پرتاب ماهواره با فضاپیمای هایپرسونیک بسیار کم و در حد چند روز است، در مقابل پرتاب با راکت حامل نیازمند ماه‌ها یا حتی سال‌ها برنامه ریزی و آماده سازی است.

برخلاف فضاپیمای مرموز و سری X-37B متعلق به نیروی هوایی آمریکا که برای پرتاب به فضا از راکت حامل اتلس 5 (Atlas V) کمک می‌گیرد، این فضاپیمای هایپرسونیک به صورت عمودی و با استفاده از موتورهای خود بدون نیاز به راکت پرتابگر کمکی پرتاب می‌شود (سوخت این موتورها هیدروژن و اکسیژن مایع است). فانتوم اکسپرس تقریبا اندازه یک جت تجاری و فضاپیمایی بدون سرنشین است که از سیستم خلبان خودکار و قابلیت پرواز و اجرای عملیات به صورت خودمختار بهره می‌برد. موتورهای پیشرانی که برای آن در نظر گرفته شده‌اند، AR-22 نام دارند که توسط کمپانی هوافضا آمریکایی آئروجت راکت‌داین (Aerojet Rocketdyne) در حال توسعه هستند و در اصل بر اساس موتور اصلی شاتل فضایی ساخته می‌شوند.

مخازن سوخت پیشران‌ها که محل نگه‌داری هیدورژن و اکسیژن مایع هستند، از مواد ترکیبی ساخته می‌شوند تا وزنی کم و مقاومت بالایی داشته باشند. در طراحی و ساخت بدنه نیز از پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌ها و مواد در کنار نسل سوم سپرهای حرارتی استفاده شده تا فضاپیما بتواند ضمن آنکه یک راکت حامل را همراه خود حمل می‌کند، با سرعت هایپرسونیک به پرواز درآید؛ برای مثال بال ها و دیگر سطوح بدنه از مواد ترکیبی-فلزی ساخته می‌شوند تا بتوانند در برابر فشار و گرمای بالا (تقریبا 1100 درجه سلسیوس) هنگام پرواز هایپرسونیک مقاوم باشند.

فاز دوم این پروژه که تا 2019 طول خواهد کشید، شامل طراحی، ساخت و آزمایش‌ فضاپیما است؛ یکی از آزمایش‌های در نظر گرفته شده، 10 بار بکاراندازی موتور در یک بازه زمانی 10 روز پشت سرهم است تا بدین ترتیب توان فضاپیما برای پرتاب‌های پیوسته مورد ارزیابی قرار گیرد. وزارت دفاع و بوئینگ امیدوار هستند آزمایش‌های پروازی نیز در قالب فاز سوم پروژه در سال 2020 صورت گیرند؛ شمار این پروازهای آزمایشی بین 12 تا 15 نوبت برنامه ریزی شده است. 10 نوبت پرتاب در 10 روز پشت سرهم یکی از بخش‌های سنگین و مهم آزمایش‌های پروازی برنامه‌ریزی شده توسط دارپا برای بررسی توان بازگشت سریع فانتوم اکسپرس است؛ چند آزمایش اول به عنوان کارآزمایی پروازی برای بررسی گسترده خود فضاپیمای هایپرسونیک در نظر گرفته شده‌اند؛ این آزمایش‌ها بدون حمل بار و با سرعت هایپرسونیک 5 ماخ (5 برابر سریع‌تر از صوت) انجام خواهند شد. آزمایش‌های بعدی نیز در سرعت هایپرسونیک 10 ماخ (10 برابر سریع‌تر از صوت) و با حمل بارهایی با وزن 408 کیلوگرم تا 1.361 تن صورت می‌گیرند.

دارپا قصد دارد در کنار کاربردهای نظامی این فضاپیمای جدید، ویژگی‌های کلیدی طراحی آن را با کمپانی‌های هوافضا غیرنظامی نیز به اشتراک بگذارد تا بدین ترتیب به آنان کمک کند تا با بهره گیری از تکنولوژی فضاپیمای هایپرسونیک، بتوانند هزینه‌های پرتاب ماهواره به فضا را کاهش و این فرایند را در مدت زمانی کوتاه‌تر انجام دهند.