پرتاب موفقیت‌آمیز میمون فضانورد ایرانی و بازیابی آن در سلامت كامل، طلیعه گشایش دروازه‌های فضا به روی دانشمندان كشورمان بود. سفر 16 دقیقه‌ای «پیشگام» به ارتفاع 120 كیلومتری زمین در نهم بهمن سال گذشته نقطه عطفی در برنامه فضایی بلند پروازانه ایران برای اعزام نخستین فضانورد به فضا طی پنج تا شش سال آینده است. هدف بزرگی كه با برنامه‌ریزی منسجم، همراهی و همگامی دانشمندان و محققان فضایی كشور در مراكز علمی و دانشگاهی مختلف بی‌تردید قابل تحقق خواهد بود. در راستای تلاش‌های تحقیقاتی در راستای طراحی و ساخت فضاپیماهای سرنشین‌دار در كشور محققان دانشكده مهندسی هوا فضای دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی موفق به ارائه الگوریتم طراحی سیستمی فضاپیمای سرنشین‌دار شده‌اند. مهندس لیلا خلج‌زاده كه با راهنمایی دكتر مهران میرشمس، موفق به اجرای این طرح شده در این گفت‌و‌گو از ویژگی‌های الگوریتم طراحی و فضاپیمای سرنشین‌دار طراحی شده می‌گوید.

شما چه جور فضاپیمایی طراحی كرده‌اید؟
ما با مطالعه مشخصات فضاپیمای سرنشین‌دار طراحی شده تا امروز كه می‌توانند یك تا سه سرنشین‌ را برای چند روز به مدارهای كم‌ارتفاع زمین ببرند و با استفاده از الگوریتم طراحی از روی مدل‌آماری،‌ طرحی جدید ارائه كردیم. این نوع فضاپیماها از چند مدول (بخش) تشكیل شده‌اند. مدول به معنای یك بخش مستقل است كه ممكن است تبادلاتی با دیگر بخش‌ها داشته باشد. به مدول‌های سرنشین‌دار در این فضاپیماها كپسول فضایی گفته می‌شود. در فضاپیماهای سرنشین‌دار مدولار، تنها یكی از مدول‌ها (كپسول بازگشتی) به زمین بازمی‌گردد. این دست از فضاپیماها از موفق‌ترین و مقرون به‌صرفه‌ترین فضاپیماهای سرنشین‌دار محسوب می‌شوند و ما هم «دوستی » را از روی آنها طراحی كرده‌ایم.

مگر غیر از این نوع فضاپیماها، فضاپیماهای سرنشین‌دار دیگری هم داریم؟
فضاپیماهای سرنشین‌دار به سه دسته كلی ایستگاه‌های فضایی، كپسول‌های فضایی و سیستم‌های حمل و نقل فضایی تقسیم می‌شوند. در كنار این سه دسته فضاپیماهای زیرمداری (هوافضاپیماها) هم وجود دارند كه در زمینه طراحی آنها تجاربی كسب شده است. هر یك از انواع فضاپیماهای سرنشین‌دار، ویژگی‌ها و كاربردهای خاص خود را دارد. ایستگاه‌های فضایی، فضاپیماهای سرنشین‌ داری هستند كه سیستم پیشرانش و فرود ندارند.

منظور از سیستم‌های حمل و نقل فضایی چیست؟ آیا به شاتل‌های فضایی اشاره دارد؟
سیستم‌های حمل و نقل فضایی، فضاپیماهای سرنشین‌داری هستند كه می‌توانند بارها پرواز كنند. این سیستم‌ها با بهره‌گیری از سیستم پیشرانش خود تا مدار زمین پیش می‌روند و بخش مدارگرد آنها در مدار قرار می‌گیرد. همین بخش كه فضانوردان در آن مستقر هستند ماموریت را انجام می‌دهد و مرحله بازگشت به جو و فرود را به انجام می‌رساند. درصد زیادی از این فضاپیماها قابلیت استفاده مجدد دارند، به گونه‌ای كه كل وسیله را می‌توان قابل استفاده مجدد دانست. شاتل فضایی و بوران در این دسته از فضاپیماهای سرنشین‌دار قرار می‌گیرند. بوران كه پس از شاتل فضایی و با الگوبرداری از آن ساخته شده بود، به دلایلی هرگز وارد چرخه عملیاتی نشد.

گروه سوم فضاپیماهای سرنشین‌ داری هستند كه می‌توانند یك تا سه سرنشین‌ را برای چند ساعت تا چند روز به مدارهای پایینی زمین ببرند كه در این طرح فضاپیمای سرنشین‌ داری از این دست طراحی شده است.

منظور از الگوریتم طراحی فضاپیما چیست؟
در این الگوریتم، مراحل طراحی مفهومی فضاپیمایی با نام دوستی در قالب قدم‌هایی یك به یك طی می‌شود. مطابق با این روندنما، ابتدا ویژگی‌های فضاپیماهای گروه هدف و ماموریت آنها مرور می‌شود تا نیازمندی‌های سطح سیستم برای طراحی فضاپیمای سرنشین‌دار دوستی استخراج شود. در استخراج نیازمندی‌ها، همچنین، نیازهای داخلی در پروفایل ماموریت و در نهایت در نیازمندی‌های طراحی وارد می‌شود. سپس، ویژگی‌های سطح سیستم فضاپیما تعیین و بودجه‌های جرم و توان برقرار می‌شوند. طراحی زیرسیستم‌های اصلی فضاپیما با به‌كارگیری روش‌های طراحی مهندسی و مراجعه به ویژگی‌های فضاپیماهای گروه هدف در مرحله بعد انجام می‌گیرد.

این فضاپیماها چه ویژگی‌هایی از نظر وزن و ابعاد دارند؟
این دسته از فضاپیماها اغلب یك تا سه نفره هستند و از دو یا سه مدول (بخش مجزا) تشكیل شده‌اند.
وزن آنها بسته به تعداد مدول‌ها (سرنشین) از حدود پنج تن تا نزدیك هشت تن متغیر است.
ابعاد این فضاپیماها هم در قطر تقریبا یكسان و در طول بسته به دو مدوله یا سه مدوله بودن با رعایت نسبت متفاوت است.

این فضاپیماها تا چه ارتفاعی بالا می‌روند؟
ارتفاع متوسط مدار ماموریتی فضاپیماها زیر 400 كیلومتر است و از میزان بیضی بودن مدار آنها در ماموریت‌های فضاپیماهای آغاز دوران فضا در فضاپیماهای اخیر كم شده، یعنی به دایره نزدیك شده است.

لطفا كمی هم درباره ساختار و زیرسیستم های این فضاپیماها توضیح دهید.
سازه، پیشرانش، كنترل حرارت، كنترل محیطی و پشتیبانی حیات، مخابرات، هدایت ناوبری و كنترل، توان و بازیابی و فرود زیرسیستم‌های اصلی این فضاپیماها را تشكیل می‌دهد.

سیستم الكتریكی آنها هم از باتری به آرایه‌های خورشیدی و توان متوسط از 0.2 كیلووات به نزدیك یك كیلووات تغییر كرده است.

مدول بازگشتی، به عنوان تنها بخشی از فضاپیما كه به زمین بازمی‌گردد، در فضاپیماهای نخست فاقد سیستم كنترل وضعیت بوده، كپسول بازگشت بالستیك انجام می‌داده است، در حالی كه در انواع اخیر با تراسترهای سیستم كنترل عكس‌العملی مدول كنترل می‌شود.

جلوبرندگی موتور اصلی در فضاپیماهای اولیه بالا و در انواع اخیر با توجه به نیاز واقعی فضاپیما تعدیل شده است. این موضوع شاید به پیشرفت فناوری در توسعه موتور فضاپیماها با دامنه تراست گسترده‌تر (از بسیار پایین تا بسیار بالا) بازگردد.

پروفایل ماموریت فضاپیماها (بجز انجام ماموریت ویژه) از الگوی نسبتا ثابتی پیروی می‌كند كه مبنای استخراج پروفایل ماموریت فضاپیمای در دست طراحی (دوستی) شده كه ساختار كلی آن از دو مدول سرنشین‌دار و خدمات تشكیل شده است.

در مدول خدمه یا بازگشتی، زیرسیستم كنترل وضعیت برای كنترل وضعیت مدول در هنگام بازگشت به جو به كار گرفته می‌شود. تمام كنترل‌ها و نمایشگرها، كامپیوتر دیجیتال فضاپیما، همچنین تجهیزات پشتیبانی حیات و فرود در این مدول جای می‌گیرند. با زیرسیستم‌های كنترل حرارت و حفاظت تابش، كابین خدمه در برابر محیط فضا ایزوله می‌شود. توان مدول در هنگام بازگشت به جو با بهره‌گیری از باتری‌های تعبیه شده در مدول تامین می‌شود. ارتباط با مركز كنترل زمینی با بهره‌گیری از تجهیزات قرار گرفته در داخل مدول امكان‌پذیر است. در مدول خدمات یا تجهیزات، موتور اصلی و در واقع بخش عمده زیرسیستم پیشرانش، بعلاوه موتورهای سیستم كنترل عكس‌العملی، به همراه مخازن سوخت قرار گرفته‌ است. تجهیزات رادیویی، تلمتری، سیستم هدایت و ناوبری، سیستم كامپیوتر، تجهیزات الكترونیكی و مخابراتی، باتری‌های ذخیره در مدار، مبدل‌های حرارتی و سیستم اصلی كنترل حرارت در این مدول جای داده می‌شوند. بیرون آن نیز آنتن‌های مخابراتی، آرایه‌های خورشیدی و رادیاتورها نصب می‌شوند. جانمایی دقیق‌تر تجهیزات در بخش‌های بعدی گزارش آمده است.

فضاپیمای دوستی چند نفره است و طول ماموریت آن چند روز است؟
عمر طراحی فضاپیمای دوستی، 14 روز و طول ماموریت آن تا سه روز است و قادر است یك یا دو نفر فضانورد را به فضا ببرد. ارتفاع تزریق فضاپیما 250×200 كیلومتر، ارتفاع عملیاتی آن 5±330 كیلومتر و ارتفاع بازگشت به جو آن 120 كیلومتر است.

وزن و ابعاد فضاپیما چقدر است؟
طول بدنه فضاپیما، 5 متر و قطر آن 2.5 متر است كه حدود 4 مترمكعب فضا را برای سرنشینان فراهم می‌كند.
وزن كل فضاپیما هم 5 تن است كه 2.5 تن مربوط به مدول پیشرانش و 2.5 تن مربوط به مدول بازگشتی است.

این فضاپیما چگونه به مدار منتقل می‌شود؟
فضاپیمای دوستی مانند هر فضاپیمای دیگری یا مثلا مثل ماهواره امید و نوید با پرتابگر در مدار عملیاتی خود قرار می‌گیرد. پرتابگری كه بتواند این فضاپیمای 5 تنی را در مدارهای پایینی زمین، بین 300 تا 350 كیلومتری قرار دهد.

چنین فضاپیمایی در مدت چند سال قابل ساخت است؟
ساخت و توسعه چنین فضاپیمایی نیازمند پیشرفت فناوری یا دستیابی به فناوری پیشرفته در بسیاری از زمینه‌هاست.همچنین برای ارسال این فضاپیما به فضا، پرتابگر آن نیز باید ساخته شود. با توجه به محدودیت‌های موجود نمی‌‌توان زمان دقیقی برای آن تعیین كرد كه به این موضوع اولویت‌های كشور را نیز باید افزود، اما در كل، شاید بتوان حداقل بازه زمانی پنج تا ده سال را برای آن در نظر گرفت.

روزنامه جام جم تاريخ 21/1/92

---