عصر تازه در فضانوردی

در آغاز عصر فضا تنها بالون های اكو ۱ و ۲ در سال های (۱۹۶۴ _ ۱۹۶۰) در ردیف سازه های بادشونده قرار داشتند پس از آن تاكنون سازه های باد شونده یا در مرحله ذهنی باقی ماندند و یا به عنوان اهداف تمرینی موشك ها مورد استفاده قرار گرفتند. آنها می توانستند حجم اشغال شده از پرتاب كننده توسط ماهواره را كاهش دهند. همچنین استفاده از سازه های بادشونده در بیشتر مواقع می توانست باعث كاهش هزینه و وزن شود ولی مدیران پروژه ها به سبب اینكه عملكرد سازه های بادشونده در فضا هنوز تایید نشده بود از آنها استفاده نمی كردند اما این سازه ها تا چند سال آینده فرصت زیادی را برای اثبات توانایی های خود در فضا خواهند داشت و ممكن است به عنوان یكی از قسمت های مهم در طراحی فضاپیماها مورد استفاده قرار گیرند.در پرواز ماه مه سال (۱۹۹۶) تحت عنوان آزمایش آنتن بادشونده (آی ای ئی) در هفتاد و هفتمین ماموریت شاتل های فضایی، این دور تسلسل را از بین برد به طوری كه هم اكنون كنفرانس هایی در زمینه سازه های بادشونده فضایی برگزار می شود. همچنین چند شركت دیگر نیز كار بر روی این فناوری جدید را آغاز كرده اند و برخی از آزمایش های پروازی برای آنها برنامه ریزی شده است. براساس تخمین آزمایشگاه جت ناسا (جی پی ال) در مورد آنتن های انعكاسی استفاده از یك سازه بادشونده برای این قسمت، حجم آن را در حالت جمع شده به یك دهم یك سازه معمولی در پرتاب كننده می رساند و براساس نظر (جی پی ال) هزینه خود آنتن نیز كمتر می شود.تاكنون امكان ساخت سازه های فضایی غول آسا، نظیر آنتن های هزار پایی یا بادبان های خورشیدی با استفاده از سیستم های مكانیكی ممكن نبوده است ولی امكان دارد با استفاده از سازه های بادشونده این كار عملی باشد. همچنین پیشرفت در ساخت آنتن های بزرگ ممكن است منجر به ساخت ماهواره های هوشمند نسبت به فركانس رادیویی شود ولی ابعاد آنتن هایی كه با سیستم مكانیكی باز می شوند حدود ۹۰ متر است و از وسایل گران قیمت و بسیار پیشرفته ای استفاده می كنند كه شركت (تی آر دبلیو) رهبر آن است.
•وظایف یك سازه بادشونده
- باز كردن و نگه داشتن آرایه های خورشیدی
- پیمایش سیاره ای
- سایه بان برای تلسكوپ فضایی
- ایستگاه های تحت فشار برای سكونت در فضا یا سطح سیارات، سازه بادشونده ترانس هاب كه در ماژول اقامت فضانوردان ایستگاه فضایی بین المللی ممكن است از آن استفاده شود می تواند حجم مورد استفاده را به سه برابر افزایش دهد. به گفته جان مایك لونگ معاون توسعه سیستم های پروازی شركت اسپیس هاب، این شركت به همراه شركت ورتیگو در حال كار بر روی یك تونل بادشونده است كه ارتباط بین كابین شاتل و ماژول اسپیس هاب را برقرار می سازد و در مقایسه با تونل آلومینیومی فعلی این كار می تواند موجب صرفه جویی معادل چندین هزار كیلوگرم در وزن و ایجاد یك فضای آزاد برای محموله هایی كه لازم است قبل از تحت فشار قرارگرفتن تونل قابل انعطاف باز شوند، گردد.
- بادبان های خورشیدی بسیار سبك به منظور استفاده از فشار فوتون های نور خورشید
- بالن هایی به منظور انجام عملیات در اتمسفر سیارات، مانند بالن فرانسوی كه در سیاره زهره به عنوان قسمتی از ماموریت های وگا ۱ و ،۲ اتحاد جماهیر شوروی سابق آزمایشاتی را برای جمع آ وری اطلاعات انجام داد
- آنتن های انعكاسی
- آینه های تلسكوپ نوریف، امكان انجام این كار به سبب نیاز به دقت بسیار بالا دور از دسترس به نظر می رسد. بادشونده های پیچیده نظیر بازتابنده ها معمولاً از دو جزء سازه و پوسته نازكی كه سازه آن را نگاه می دارد تشكیل شده است. در واقع ضخامت سازه بیشتر و نسبت به پوسته، حاوی فشار بالاتری است. در «آی ای ئی» سه پایه ها و حلقه پیرامونی دارای ضخامت و حفاظت شفاف آن ۰۰۰۶۲/۰ سانتی متر ضخامت دارند و با فشارpsi ۰۰۶۲/ ۰ باد می شوند. (آی ای ئی) یك بادشونده دقیق نیز بود میزان انحراف سطح بازتابنده كه بر روی زمین اندازه گیری شده بود باید در محدوده ۷ میلی متر یا یك پانزده طول موج ۳ گیگاهرتز باند S قرار می گرفت تا دقت كافی برای الگوی تشعشعی مناسب را داشته باشد اما تمام كاربردها به چنین دقتی نیاز ندارند.
•پرواز اولین بادشونده
شركت لگارد كه از سال ۱۹۷۱ در امر بادشونده های دقیق فعالیت دارد و هم اكنون در آنها متخصص شده است آی ای ئی را با قطر ۷/۱۴ متر به پرواز درآورد. این شركت تاكنون حدود ۱۵۰ بادشونده ساخته است كه تمام آنها سرجنگی های شبیه سازی شده به عنوان اهداف تقلبی (بدلی) در كلاهك موشك قاره پیما بوده اند و آی ای ئی و بالن های اكو تنها بادشونده هایی هستند كه تاكنون پرواز كرده و هدف تقلبی نبوده اند.
•مشكلات سازه های بادشونده در فضا
- نشتی های ناشی از نقص های مكانیكی در صورت برخورد شهاب سنگ های بسیار كوچك
- تغییر خواص مواد در اثر قرار گرفتن مدت طولانی در فضا
- باز شدن نامناسب
در حجم های بزرگ مرحله بازشدن و قرارگرفتن در فضا ممكن است در اثر گیركردن بادشونده به وسایل فضاپیما یا به خود دچار به هم ریختگی و نقص شود.- نیروهای عكس العملی ایجاد شده هنگام به هم ریختگی سازنده بادشونده در حین باز شدن می تواند منجر به خروج فضاپیما از محدوده كنترل وضعیت خود شود.
(آی ای ئی) در حالی كه برخی از امیدهای سازندگان را به ثمر رساند تعدادی از نقاط مشكل را نیز برطرف كرد.آنتن قبل از باد شدن به صورت منظم توسط یك صفحه متصل به فنر به سمت بیرون رانده خواهد شد، در واقع زمانی كه در محفظه ها باز می شوند هوای باقی مانده و خاصیت ارتجاعی مواد فشرده شده سبب می شوند كه آ نتن قبل از اینكه فعال شود از صفحه متصل به فنر منحرف شود در نتیجه هنگام باد شدن آنتن در محدوده زیادی نوسان خواهد داشت و عقب خود را به یكی از پایه هایش گیر می اندازد و بارهای وارده ناشی از این نوسان باعث لرزش ۱۰ تا ۲۰ درجه ای می شوند.در هنگام آزمایش، آنتن ها به شكل دلخواه باز می شوند اما بازتابنده ها و كاناپی های عدسی شكل در زمان باز شدن با مشكل مواجه شده و پس از ۱۰ دقیقه وضعیت آنتن در محور پیچ به هم خورده و موجب شتاب گیری آن تا مقدار دوره تناوب یك دور در ثانیه می شود كه احتمالاً دلیل آن بروز نشتی است. ساخت یك آنتن پیشرفته و توسعه فناوری های مربوطه الزامی است. به گفته كاستاس كاساپاكیس رئیس شركت لگارد، این شركت تصور می كند كه مشكلات را مهار كرده و می تواند با ۵/۱ میلیون دلار یك آنتن دیگر بسازد اما این آنتن پرواز نخواهد كرد. زیرا پرواز فضایی دارای هزینه بالا بوده و توسعه سازه های بادشونده ها با كمبود بودجه مواجه است.پروژه اغلب با شانس به راه خود ادامه داده است. سازمان برنامه های تجربی فناوری ناسا به منظور آزمایش فناوری هایی كه باید عملكرد درست آنها در فضا اثبات می شد، پروژه ای را ارائه كرد كه شركت لگارد با پیشنهاد طرح به آن پاسخ گفت. دریافت یك پروژه ۱۴ میلیون دلاری صرف نظر از هزینه پرواز شاتل كه به عنوان بخشی از یك برنامه دنباله دار در مورد بادشونده ها مطرح نبود و نتیجه رقابت پیشنهادهایی بود كه برای كار با سازه های بادشونده چیزی در دست نداشتند. بنابراین عجیب نیست كه دیگر پروازی انجام نگرفت.به همین دلیل بودجه بالا موجب شده است كه هزینه برنامه های فضاپیماها كاهش یابد و این كاهش سبب شده نگاه مدیران به سمت استفاده از فناوری های نوینی كه هنوز توانایی آنها در فضا تائید نشده مانند سازه های بادشونده معطوف شود و به خاطر رشد نیازها، ناسا و وزارت دفاع ممكن است مجبور شوند تا توانایی های سازه های بادشونده در فضا را به منظور انجام ماموریت های معینی تائید كنند، به خصوص در زمانی كه آی ای ئی هنوز در خاطر بسیاری از افراد مانده است.
•پروژه های پرواز آتی
- یك آرایه خورشیدی بادشونده نمونه اولیه توسط لگارد تحت نظارت آژانس دفاعی پروژه های تحقیقاتی پیشرفته ساخته شد كه در یك آرایه كوچك ۲۵۰ واتی قادر به تولید توان ۶۰ وات در هر كیلوگرم بود، كمی یه لوسكی و كاساپاكیس معتقدند كه این مقدار را به راحتی می توان تا میزان ۹۰ وات در كیلوگرم افزایش داد، مقدار بسیار پیشرفته مكانیكی موجود ۴۴ وات در كیلوگرم است كه در فضاپیماهای دیپ اسپیس به كار گرفته شده است. ناسا در ژانویه ۹۹ تصمیم گرفت كه از آزمایش ارائه لگارد به عنوان بخشی از آزمایشات آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی پشتیبانی به عمل آورد.
- ارائه محافظ خورشیدی برای نسل آینده تلسكوپ فضایی ان جی اس تی به دنبال تلسكوپ فضایی هابل چندین فناوری مختلف به منظور ایجاد محافظ ۱۴ در ۳۲ متری برای نسل آینده تلسكوپ فضایی مدنظر قرار گرفته است. كمی یه لوسكی می گوید استفاده از سازه های بادشونده نسبت به دیگر فناوری ها حجم و وزن كمتری خواهد داشت و یك نمونه از آن با مقیاس یك سوم در سال ۲۰۰۰ و هفتمین ماموریت شاتل به فضا پرتاب شد.
- تجربه یك آرایه خورشیدی بادشونده ۱۴*۳ متری برای آزمایش نمونه مقیاس واقعی به منظور استفاده در طراحی آرایه خورشیدی ۱۲ كیلوواتی دیپ اسپیس ۴- چمپولیون.
- استحكام لازم برای سازه در پروژه مشترك وزارت دفاع، دوور، جی پی ال و لگارد توسط یك رزین ترموست سخت تامین شد و در سال ۲۰۰۰ توسط شاتل پرتاب شد.
- آنتن رادار روزنه ای تركیبی به همراه عناصر تشعشعی كه توسط پوسته بسیار مسطح حمل می شود، پیشنهاد جی پی ال ناظر به لگارد و دوور است و توسط شاتل فضایی در فاصله سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۱ پرتاب شد.
- وسیله انتقال مدار خورشیدی یك تمركزكننده خورشیدی بلوك گرافیتی را كه دارای مسیرهایی برای انبساط سوخت هیدروژنی و یا تولید توان ترمونیك است به منظور تامین پیش رانش مورد نیاز به جابه جایی مداری گرم می كرد.
پروژه نیروی هوایی بوئینگ و هانتینگتون بیچ از فناوری متمركزكننده های بادشونده (اس آر اس) به عنوان طرح اصلی استفاده می كند.
- دیپ اسپیس ۵ در ماه مه ۱۹۹۹ مشخص شد، مشخصات طرح توسط سازمان ملی جو و اقیانوس آمریكا نوا مشخص می شود كه تمایل به انجام ماموریت ژئواستورم به منظور پیش بینی شروع اختلالات نای از باد های خورشیدی ۳۰ دقیقه زودتر از آغاز آنها را دارد. قرار بود این امر با قرار دادن فضاپیما در فاصله ۸/۲ میلیون كیلومتری در نزدیكی خط و اصل زمین و خورشید انجام شود. بادبان خورشیدی نیروی لازم را به منظور ایجاد سرعت زیرمداری ماموریت ژئواستورم تامین می كرد.
اگر جی پی ال بادبان خورشیدی را برای دیپ اسپیس ۵ قبول كند اولین قدم طرح ژئواستورم برداشته شده است.
- بادبان خورشیدی ۷۰*۷۰ متری فضاپیمای سری ژئواستورم است. برای تحمل بار ۳۰ گرم بر مترمربع بادبان وزنی معادل ۱۶ گرم بر مترمربع دارد كه نزدیك به حد فناوری فعلی است پوسته آن نیز دارای ضخامتی كمتر از یك چهارم میلی متر از جنس مایلار خواهد بود كه قبلاً در آی ای ئی استفاده شده است.
- بهره برداری رصدخانه ملی اختر شناسی رادیویی از ماموریت جی پی ال در مورد تداخل سنجی پیشرفته بین زمین و فضا كه از یك آنتن بادشونده ۲۵ متری كه در باند ۸۶-۸ گیگاهرتز واقع در یك مدار بیضوی به فاصله ۴۰ هزار كیلومتری كار می كند بهره می برد. فناوری سازه های بادشونده اجازه می دهد كه ارایز را بتوان با پرتاب كننده دلتا انطباق داد و ۶۰ میلیون دلار در مقایسه با پرتاب توسط اطلس ۲ صرفه جویی كرد و به نظر می رسد كه ارایز در سال ۲۰۰۸ پرتاب شود زیرا دقت بادشونده های پیشرفته فعلی ۱ تا ۲ میلی متر است این مقدار پنج برابر كمتر از ۳/۰ میلی متری است كه برای باند ۸۶ گیگاهرتز مورد نیاز است اما این دقت برای باند های پایین تر كافی است یك آینه ثانویه تغییرشكل پذیر از جنس ماده مركب گرافیكی ۶/۱ متری خطا های انعكاسی اولیه را جبران خواهد كرد.همچنین كمی یه لوسكی نیز می گوید: این تكنیك خاص دست یافتنی تر از تلاش جهت بالا بردن دقت باد شونده ها است.
كاساپاكیس در شركت لگارد تصور می كند كه دقت بالاتر با توسعه مواد و كار های دیگر ممكن است اما بودجه فراوانی باید صرف آن شود و با خوش شانسی ممكن است بادشونده ها به دنبال موتور های راكت یونی حركت كنند.با سرمایه گذاری های اخیر راكت های یونی عملكرد عالی خود را در ماهواره مخابراتی هیزو و دیپ اسپیس ناسا اثبات كرده اند و بادشونده ها در نهایت ممكن است به پشتیبانی مالی دست یابند كه بتوانند هزینه یك یا دو پرواز را تامین كنند

راحله آهنی
منبع: پارس اسکای