موشک ترمزی
موشک ترمزی یا موشک پَسران (به انگلیسی: Retrorocket) موشکی است در فضاپیماها که در خلاف جهت پیشرانش موشک عمل میکند تا بتواند در مرحلههایی از سرعت فضاپیما بکاهد.
نمونه کاربرد آن در ماموریتهای آپولو بود که فضاپیما ماهنشین میخواست سرعت مداری را کم کند و به سطح ماه بنشیند. در مدارگردهایی که گرد مدار کرهای غیر از زمین میچرخند پس از آنکه به مدار کره رسیدند موشک ترمزی را در جهت خلاف حرکت روشن میکنند تا سرعتشان برابر با سرعت گریز از مرکز آن کره شود و دور کره مورد نظر به عنوان ماهواره آن بچرخند. مانند مدارگرد اکتشافی ماه، کاسینی-هویگنس در هنگام رسیدن به زحل، فضاپیمای گالیله هنگام رسیدن به مشتری و مدارگردهای مریخ.
اگر در آنجا موشک ترمزی دچار اشکال شود و روشن نشود، فضاپیما به خاطر سرعت زیاد خود از کنار سیاره یا قمر مورد نظر عبور میکند. همچنین فضاپیماهایی که روی ماه یا مریخ یا سایر مینشینند، برای اینکه فرود نرمی داشته باشند، در لحظه آخر موتور ترمزی خود را به طرف پایین روشن میکنند و به وسیله آن ترمز میکنند.
تاریخچه
موتورهای کاهنده سرعت در دماغه برخی از مدلهای دیافاس ۲۳۰، یک گلایدر نظامی آلمانی در جنگ جهانی دوم، نصب شده بودند.[۱] این امر هواپیما را قادر میساخت تا در مناطق محدودتری نسبت به آنچه در غیر این صورت در طول یک حمله هوابرد امکانپذیر بود، فرود بیاید.
یکی دیگر از پیشرفتهای جنگ جهانی دوم پروژه بریتانیایی هاجیل بود که توسط مدیریت توسعه سلاحهای متفرقه نیروی دریایی بریتانیا آغاز شد. این پروژه که در ابتدا درخواستی از سوی ارتش بریتانیا به عنوان روشی برای پرتاب تجهیزات سنگین یا وسایل نقلیه از هواپیماهای در حال پرواز با سرعت و ارتفاع بالا بود، به یک فاجعه تبدیل شد و پس از جنگ تا حد زیادی فراموش گشت. اگرچه برخی از آزمایشها موفقیتآمیز بودند، اما هاجیل غیرقابلپیشبینیتر از آن بود که در جنگهای متعارف مورد استفاده قرار گیرد و با نزدیک شدن به پایان جنگ، بدون فرصتی برای اجرای پروژه، به بایگانی سپرده شد. آزمایشهای بعدی اتحاد جماهیر شوروی از این شگرد برای ترمز کردن محمولههای بزرگ پرتاب شده از هوا پس از فرود با چتر نجات استفاده کردند.
کاربردها
مانورهای خروج از مدار
زمانی که سرعت یک فضاپیما در مدار به اندازه کافی کاهش یابد، ارتفاع آن تا نقطهای کاهش مییابد که نیروهای آیرودینامیکی (هواپویشی) شروع به کاهش سریع حرکت وسیله نقلیه میکنند و فضاپیما به زمین باز میگردد. بدون موتورهای کاهنده، فضاپیماها تا زمانی که مدارشان بهطور طبیعی کند نشود در مدار باقی میمانند و در تاریخی بسیار دیرتر وارد جو میشوند؛ در مورد پروازهای سرنشیندار، این اتفاق مدتها پس از اتمام سامانههای پشتیبانی حیات رخ میدهد. بنابراین، بسیار حیاتی است که فضاپیماها دارای موتورهای کاهنده بسیار قابل اطمینانی باشند.
پروژه مرکوری
به دلیل قابلیت اطمینان بالایی که برای موتورهای کاهنده خروج از مدار مورد نیاز بود، فضاپیمای مرکوری از سه موتور کاهنده سوخت جامد با نیروی رانش ۱۰۰۰ پوند-نیرو (۴.۵ کیلونیوتون) استفاده میکرد که هر کدام به مدت ۱۰ ثانیه شلیک میکردند و به سپر حرارتی در پایین فضاپیما بسته شده بودند. اگر دو موتور دیگر از کار میافتادند، یکی از آنها برای بازگرداندن فضاپیما به زمین کافی بود.[۲]
پروژه جمینای
جمینای از چهار موشک استفاده میکرد که هر کدام ۲۵۰۰ پوند-نیرو (۱۱ کیلونیوتون) قدرت داشتند و به مدت ۵.۵ ثانیه به صورت متوالی با همپوشانی جزئی میسوختند. این موتورها در بخش رتروگراد ماژول آداپتور، درست در پشت سپر حرارتی کپسول نصب شده بودند.[۳][۴]
برنامه آپولو
برای پروازهای ماه، گردونه فرماندهی و خدمات آپولو برای بازگرداندن گردونه فرماندهی به زمین نیازی به موشک ترمزی نداشت، زیرا مسیر پرواز گردونه را از میان جو عبور میداد و از پسار (درگ) اتمسفری برای کاهش سرعت استفاده میکرد. پروازهای آزمایشی در مدار زمین به پیشرانش رتروگراد نیاز داشتند که توسط موتور بزرگ پیشرانش خدمات در گردونه خدمات ارائه میشد. از همان موتور به عنوان موتور کاهنده برای کاهش سرعت فضاپیما جهت ورود به مدار ماه استفاده شد. ماهنشین آپولو نیز از موتور مرحله فرود خود برای پایین آمدن از مدار و فرود روی ماه استفاده کرد.
برنامه شاتلهای فضایی
سامانه مانور مداری شاتل فضایی، وسیله نقلیه را به یک جفت موشک قدرتمند با سوخت مایع برای ورود مجدد و مانور مداری مجهز میکرد. یکی از آنها برای ورود مجدد موفقیتآمیز کافی بود و اگر هر دو سیستم از کار میافتادند، سامانه کنترل عکسالعملی میتوانست سرعت وسیله را به اندازه کافی برای ورود مجدد کاهش دهد.
مراحل موشک حامل
برای اطمینان از جدایش تمیز و جلوگیری از برخورد، موشکهای چندمرحلهای مانند تیتان ۲، ساتورن ۱، ساتورن ۱بی و ساتورن ۵ ممکن است دارای موتورهای کاهنده کوچکی در مراحل پایینی باشند که هنگام جدایش مرحله روشن میشوند. به عنوان مثال، از آنها برای عقب راندن مراحل اس-آیسی و اس-۲ از بقیه وسیله نقلیه پس از خاموش شدن مربوطه در طول پرتاب ساتورن ۵ به مدار زمین استفاده شد. در همین حال، مرحله بعدی ممکن است دارای موشکهای تهنشینساز پیشران باشد تا هم به جدایش کمک کند و هم از شروع به کار مناسب موتورهای سوخت مایع اطمینان حاصل نماید.
فرودگرها
موتورهای کاهنده همچنین در فرود فضاپیماها بر روی دیگر اجرام آسمانی مانند ماه و مریخ و همچنین قادر ساختن فضاپیما برای ورود به مداری در اطراف چنین جرمی استفاده میشوند، در حالی که در غیر این صورت فضاپیما از کنار آن عبور کرده و دوباره به فضا میرود. همانطور که در بالا اشاره شد (در رابطه با پروژه آپولو)، موشک اصلی یک فضاپیما میتواند تغییر جهت داده تا به عنوان یک موتور کاهنده عمل کند. کپسول سایوز از موشکهای کوچکی برای مرحله نهایی فرود استفاده میکند.
سامانههای پرتاب با قابلیت استفاده مجدد
کاربردهای جدیدی برای موشکهای پسران از سال ۲۰۱۰ برای سامانههای پرتاب با قابلیت استفاده مجدد پدیدار گشت. پس از جدایش مرحله دوم، مرحله اول موشکهای فالکون ۹ و فالکون هوی متعلق به شرکت اسپیساکس از یک تا سه موتور اصلی مرلین ۱دی برای کاهش سرعت جهت فرود پیشرانشی استفاده میکند. مرحله اول سپس بازیابی، بازسازی و برای پرواز بعدی آماده میشود. تقویتکنندههای سایر موشکهای مداری بهطور معمول پس از یک بار استفاده در اثر ورود مجدد به جو و برخورد با سرعت بالا در اقیانوس نابود میشوند. شرکتهایی مانند بلو اوریجین با موشک نیو گلن، لینک اسپیس با موشک نیو لاین ۱ و پروژههای ملی مانند پروژه RETALT کمیسیون اروپا و سازمان ملی فضایی چین با لانگ مارچ ۸ نیز در حال پیگیری ورود مجدد با نیروی پسران برای تقویتکنندههای قابل استفاده مجدد هستند.[۵][۶]
نیو شپرد یک موشک زیرمداری تکمرحلهای قابل استفاده مجدد است که در آن تقویتکننده از موتور اصلی خود برای فرود دوباره پس از پرواز استفاده میکند. کپسول فرود خود را با چتر نجات کند کرده و از موتورهای کاهنده برای کاهش سرعت درست قبل از رسیدن به زمین استفاده میکند.
وسیله پرتاب استارشیپ اسپیساکس، تقویتکننده سوپر هوی خود را به روشی مشابه فالکون ۹ بازیابی میکند، به این صورت که سیزده موتور را روشن کرده و سپس ده عدد از آنها را برای فرود نهایی خاموش میکند.[۷] مرحله دوم پس از ورود مجدد، سه موتور داخلی خود را روشن کرده و برای فرود در آب یا گرفته شدن توسط برج فرود میآید.[۷]
عملیات ورزش معتبر
عملیات ورزش معتبر، طرحی که توسط دولت ایالات متحده در سال ۱۹۷۹ برای نجات گروگانها در ایران ارائه شد، منجر به ساخت دو فروند لاکهید سی-۱۳۰ هرکولس اصلاح شده با نام YMC-130H شد که دارای موشکهای ترمزی بودند تا اجازه فرود در مسافتهای بسیار کوتاه را بدهند. به عنوان بخشی از این طرح، این هواپیماها قرار بود در ورزشگاه شهید شیرودی در نزدیکی سفارت آمریکا در تهران فرود بیایند و از موتورهای کاهنده برای توقف کامل استفاده کنند. یک فروند هواپیما در جریان یک پرواز آزمایشی بدون تلفات جانی در اثر سقوط منهدم شد و این طرح در اواخر همان سال لغو گردید.[۸]
منابع
- ↑ Bishop, Charles (1998). Encyclopedia of Weapons of World War 2. Metro Books. p. 408. ISBN 1-58663-762-2.
- ↑ "Mercury capsule description & specifications". weebau.com. Retrieved 8 January 2020.
- ↑ "Gemini". braeunig.us. Retrieved 7 January 2019.
- ↑ "Gemini 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12". skyrocket.de. Retrieved 7 January 2019.
- ↑ "RETALT project". retalt.eu. 11 February 2018. Retrieved 8 January 2020.
- ↑ Eric, Berger. "Europe says SpaceX "dominating" launch, vows to develop Falcon 9-like rocket". Retrieved 8 January 2020.
- 1 2 NASASpaceflight (2024-10-11). 🔴 LIVE: SpaceX Launches Starship for the Fifth Time (and Tries to Catch a Booster). Retrieved 2024-10-13 – via YouTube.
- ↑ Ian, D'Costa (29 June 2016). "The US Military Planned on Using This Crazy Modified C-130 to Rescue Hostages in Iran". tacairnet.com. Retrieved 8 January 2020.