جزئیات فنی فضاپیمای سرنشین‌دار ایران

فضاپیمای سرنشین‌دار ایرانی از ۹ زیرسیستم اصلی و ۲ سازه اصلی و زیرین تشکیل شده و قرار است اولین فضانورد ایرانی را به فضا پرتاب کند.

به گزارش تسنیم، فضاپیمای سرنشین دار ایران که قرار است اولین فضانورد ایرانی (فضانوردی که ایران خودش به فضا اعزام کرده است) را به فضا اعزام کند، از مرحله طراحی مفهومی و تولید ماکاپ عبور کرده است. این فضاپیما طبق پیش بینی انجام شده باید تا پایان سند چشم انداز بیست ساله (1404) به فضا پرتاب شده باشد.

از آنجایی که تولید این فضاپیما به دلیل اینکه اولین نمونه ساخت داخل است، کاری بس سنگین تلقی شده و نیازمند زمان زیادی بود، لذا از مدت‌ها پیش کار مطالعاتی و تحقیقاتی روی آن آغاز شده است.

در واقع می‌توان گفت که، کار تحقیقاتی این پروژه از سال 1385 با پرتاب اولین نسل از راکت‌های فضایی کاوشگر، توسط ایران کلید خورده است. اولین فضاپیمای کاوشگر ایرانی در سال 85 با نام کاوشگر 1 به فضا پرتاب و حامل موفق شد که فضاپیما را تا ارتفاع 10 کیلومتری از سطح زمین بالا ببرد و این اولین گام ایران در حوزه تحقیقات و مطالعات میدانی و دستیابی به تجربیات لازم برای اعزام انسان به فضا بود.

پس از دستیابی به موفقیت در اعزام اولین کاوشگر ایرانی به فضا، جمهوری اسلامی موفق شد که 7 کاوشگر دیگر را نیز در سال‌های 1387 تا 1392 به فضا پرتاب کند و عملا در چند نوبت متوالی موفق به اعزام و بازیابی موجود زنده به فضا کرد که در آخرین نمونه، کاوشگر پژوهش در سال 1392 موفق شد که دومین میمون فضانورد ایرانی را که فرگام نام داشت به فضا برده و زنده به زمین بازگرداند.

حالا با تجربه‌ای 10 ساله، ایران در پی ساخت اولین فضاپیما و راکت حامل برای اعزام اولین فضانورد ایرانی به فضا است. تجربیات کسب شده در سال‌های گذشته، دستیابی به این مهم را در دسترس قرار داده و قطعا ایران می‌تواند جزو کشورهای معدودی باشد که توانسته‌اند انسان به فضا اعزام کنند.

برای دستیابی به موفقیت در تحقق این پروژه مهم، راکت و فضاپیمایی طراحی و ساخته خواهد شد که هم اکنون طرح آن آماده شده و پیگیری‌ها برای اجرایش در حال انجام است.

این فضاپیما برای آنکه بتواند یک انسان را به فضا ببرد، نیازمند 9 زیرسیستم‌ اصلی است که در ذیل با این زیرسیستم‌ها آشنا می‌شوید:
1- زیرسیستم سازه
2- زیرسیستم پشتیبان حیات
3- زیرسیستم ابزارهای تحقیقاتی علمی- اکتشافی
4- زیرسیستم مدیریت پرواز
5- زیرسیستم ارتباطات
6- زیرسیستم هدایت، کنترل و ناوبری
7- زیرسیستم جدایش، سپر و جاذب ضربه
8- زیرسیستم بازیابی
9- زیرسیستم لغو پرتاب
10- زیر سیستم سازه

وظیفه این بخش، تأمین فضای مناسب برای استقرار سرنشین و نصب تجهیزات عملیاتی و پشتیبانی فضاپیمای سرنشین‌دار و محافظت از آنها در مقابل بارهای اعمالی اعم از دینامیکی و ایرودینامیکی به فضاپیما، در طول چرخه عمر (در طول و قبل از پرتاب) آن است و هندسه سازه فضاپیما باید به گونه‌ای باشد که بتواند نیروهای ایرودینامیکی و گرمایشی وارده را تا حداکثر ممکن کاهش دهد.

2- پشتیانی حیات
این زیرسیستم وظیفه تأمین محیط سکونتی لازم برای حفظ حیات فضانورد را دارد. از جمله مهمترین وظایف این زیرسیستم، پشتیبانی از حیات فضانورد شامل تأمین هوای تنفسی، کنترل و تامین دمای مطلوب، کاهش صوت دریافتی داخل محفظه، در کنار مهندسی فضای قرارگیری سرنشین (ارگونومی) است.

3- زیرسیستم ابزارهای تحقیقاتی علمی- اکتشافی
یکی از اهداف پرتاب‌های زیرمداری، توسعه دانش است که می‌تواند با کشف تأثیر بی‌وزنی روی سلول‌های جانوری و گیاهی، گام مهمی را در این راستا بردارد. در فضاپیمای سرنشین‌دار، یک مجموعه سلولی جانوری به منظور بررسی اثر جاذبه ناچیز و جاذبه شدید قرار داده شده است تا میزان آمادگی فضاپیما برای اعزام انسان به فضا، سنجیده شود.

سپس، همین تحقیقات، تکمیل شده و برای اعزام انسان به فضا به‌کار گرفته می‌شود تا تحقیقاتی کامل و دقیق قبل از اعزام انسان به فضا صورت گرفته باشد.

4- زیرسیستم مدیریت پرواز
یکی از زیرسیستم‌های هر فضاپیما، زیرسیستم مدیریت پرواز است که عملکرد صحیح آن، سهم مهمی در موفقیت مأموریت مورد نظر دارد. این زیرسیستم وظایف مختلفی را برعهده دارد که مهمترین آنها عبارتند از تأمین توان مورد نیاز فضاپیمای سرنشین‌دار، جمع‌آوری داده‌ها و تصاویر فضاپیمای سرنشین‌دار و همچنین صدور فرامین جدایش و بازیابی.

5- زیرسیستم ارتباطات
این زیرسیستم با استفاده از آنتن‌هایی که در آن تعریف شده است، وظیفه تعیین موقعیت و برقراری ارتباط با ایستگاه زمینی را دارد تا اطلاعات جمع‌آوری شده را به ایستگاه‌های زمینی ارسال و داده‌های ارسال شده از ایستگاه زمینی را دریافت کند.

یکی از مهمترین کاربردها درباره این زیرسیستم این است که، ایستگاه زمینی با این زیرسیستم، موقعیت فضاپیما، علائم حیاتی فضانورد و تصاویر ضبط شده توسط دوربین‌های نصب شده روی بدنه و داخل فضاپیما را به‌طور لحظه‌ای دریافت می‌کند و طبق این اطلاعات، درباره ادامه فعالیت فضاپیما تصمیم‌گیری می‌کند.

6- زیرسیستم هدایت، کنترل و ناوبری
این زیرسیستم پس از جدایش حامل از فضاپیما و در فاز خارج از جو، فعال می‌شود. در این مرحله به کمک زیرسیستم کنترل وضعیت، پایدارسازی فضاپیما توسط کنترل نرخ دَوَران و کنترل وضعیت برای تعقیب زوایای مناسب تا پیش از ورود به جو غلیظ، انجام می‌شود. در این فاز با کنترل مناسب و در محدوده مشخص زاویه ورود به جو، اغتشاشات ناشی از گشتاورهای ایرودینامیکی در فاز ورود به جو به کمترین مقدار ممکن رسیده و با استفاده از پایداری ذاتی فضاپیما، حرکت بسیار مناسبی برای ادامه مسیر به وجود می‌آید.

7- زیرسیستم جدایش، سپر و جاذب ضربه
وظیفه این زیرسیستم، جداسازی فضاپیمای سرنشین‌دار از حامل در ارتفاع تعیین شده است. وظیفه دیگری که برعهده این زیرسیستم گذاشته شده، کاهش ضربه وارد شده بر فضاپیما است. از آنجا که ضربه ناشی از برخورد فضاپیما به سطح زمین ممکن است موجب صدمه به سرنشین و تخریب برخی از تجهیزات فضاپیما شود، نیاز به سازوکاری برای جذب انرژی و کاهش شتاب برخورد دارد.

در برخی از فضاپیماهای سرنشین‌دار، شوک و انرژی ناشی از برخورد به سطح زمین توسط ساختارهای نفوذکننده به زمین، سیلندر و پیستون، کیسه‌های باد، تشک‌های پلاستیکی فومی، ساختارهای جدار نازک توخالی و تقویت‌شده با فوم‌های پلیمری و فلزی و در برخی دیگر توسط موتورهای ترمزی فرود آرام، جذب می‌شود.

در پروژه فضاپیمای سرنشین‌دار ایرانی، از فوم‌های فلزی سبک به منظور جذب انرژی و شوک ناشی از برخورد فضاپیما استفاده خواهد شد تا ضربه ناشی از برخورد فضاپیما با سطح زمین گرفته شود.

8- زیرسیستم بازیابی
این زیرسیستم نقش کاهنده سرعت در فاز بازگشت را بر عهده دارد و طراحی آن به گونه‌ای انجام می‌شود که بتواند پس از بازشدن چترها، سرعت فضاپیمای سرنشین‌دار را به حد مطلوب و قابل تحمل برای سرنشین کاهش دهد. از مهمترین پارامترهایی که در طراحی مجموعه چترها باید درنظر گرفته می‌شود، می‌توان به مواردی چون قابلیت اطمینان، پایداری، نیروی پسای بالا، شوک پایین هنگام گشایش چترها، حجم و وزن پایین، انطباق‌پذیری با محیط و . . . اشاره کرد.


فضاپیمای سرنشین‌دار ایران (ماکاپ)
متخصصان صنعت فضایی کشورمان به این نتیجه رسیده‌اند که با توجه به تجربیات گذشته، از چتر ترمزی جهت کاهش سرعت و آماده‌سازی فضاپیمای سرنشین‌دار برای باز شدن چتر اصلی، استفاده شود تا بعد از پایدار کردن فضاپیما و با اختلاف زمانی مشخصی، چتر اصلی جهت انجام فرودی آرام باز شود.

9- زیرسیستم لغو پرتاب
زیرسیستم لغو پرتاب یک سیستم پروازی کامل است که تمامی بخش‌های یک وسیله پرنده را به تنهایی دارا است. این زیرسیستم از یک موتور فرار که عموماً از نوع سوخت‌ جامد است، یک بخش سازه و یک بخش الکترونیک تشکیل شده است. طراحی زیرسیستم لغو پرتاب به دلیل تداخلات و ارتباطات زیادی که با فضاپیما دارد، با توجه به شکل هندسی و پیکربندی فضاپیما، انجام می‌شود.

این زیرسیستم که یکی از بخش‌های اصلی فضاپیمای سرنشین‌دار است، وقتی موتور راکت حامل فضاپیما روشن می‌شود، فعال شده و به محض خاموش شدن موتور و آغاز مرحله جدایش فضاپیما از راکت در نقطه تعیین شده، این زیرسیستم نیز از فضاپیما جدا می‌شود. در این پروژه، زیرسیستم لغو پرتاب پس از خاموشی موتور حامل و توسط موتورهای فرار از فضاپیما جدا می‌شود.

** پیش‌بینی برای شرایط اضطراری
برای اجرای سناریوی اضطراری در شرایط پس از پرتاب راکت حامل، 4 مرحله اصلی باید طی شود تا فضاپیمایی که در بخش فوقانی راکت قرار دارد از بدنه راکت جدا شده و به زمین بازگردد.
مرحله 1- مانور پیچ زیرسیستم لغو پرتاب (جدایش فضاپیما از بدنه راکت حامل)
مرحله 2- جدایش زیرسیستم لغو پرتاب
مرحله 3- بازشدن چتر و آغاز بازیابی فضاپیما (آغاز مرحله فرود اضطراری)
مرحله 4- فرود روی سطح زمین

اما غیر از این 9 زیرسیستم حیاتی که خودش هزاران ساعت کار تحقیقاتی، علمی و مهندسی برای طراحی و تولید نیازمند است، نیاز به موارد دیگری است که همگی در ذیل این زیرسیستم‌ها قرار می‌گیرند.

سازه فضاپیما علاوه بر تجهیزات فنی و زیرسیستم‌هایی نام برده شده، از "15 سامانه و بخش جانبی" که روی "2 سازه اصلی و سازه زیرینفضاپیما" نصب می‌شوند، بهره می‌برد که شامل موارد ذیل می‌شود:

دوربین‌های ضبط تصویر، قفسه‌های تجهیزات الکتریکی، تجهیزات پشتیبان حیات، محل اتصال آنتن، تراسترهای کنترل وضعیت، آنتن‌های تله‌متری، دماغه، مجموعه چتر اصلی، نمایشگر و پنل کنترل، درب ورودی کابین، تجهیزات آزمایشی- علمی - اکتشافی، مجموعه چتر پشتیبان، سپر حرارتی و جاذب ضربه، آداپتور و مکانیزم جدایش فضاپیما از آداپتور و حامل آداپتور.