يعمل Elon Musk على تطوير مركبة يمكن أن تغير قواعد اللعبة في السفر إلى الفضاء. Starship ، كما هو معروف ، ستكون نظام نقل قابل لإعادة الاستخدام بالكامل وقادر على حمل ما يصل إلى 100 شخص إلى الكوكب الأحمر.
ستحاول شركة SpaceX الخاصة برحلات الفضاء التابعة لـ Musk الحصول على Starship المحمولة جواً يوم الاثنين.
تم التخطيط للإطلاق من بوكا تشيكا ، تكساس الساعة 08:00 بالتوقيت المحلي (13:00 بتوقيت جرينتش ؛ 14:00 بتوقيت جرينتش).
منحت إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA) ترخيصًا طال انتظاره لأول إطلاق مداري له يوم الجمعة.
كانت الروح التأسيسية لشركة SpaceX لماسك هي جعل الحياة متعددة الكواكب. ويقول إن توطين البشر في عوالم أخرى ، مثل المريخ ، يمكن أن يحافظ على الحضارة إذا تعرضت الأرض لكارثة ، مثل اصطدام كويكب كبير.
قال ماسك في عام 2016: “سوف ينقسم التاريخ إلى اتجاهين. أحدهما هو أننا نبقى على الأرض إلى الأبد ، وبعد ذلك سيكون هناك حدث انقراض نهائي”.
“البديل هو أن تصبح حضارة ترتاد الفضاء وأنواع متعددة الكواكب ، وآمل أن توافق على أنها الطريقة الصحيحة للذهاب.”
غالبًا ما تحدث مؤسس SpaceX عن حلمه ببناء مدن على سطح المريخ. وهو يعتقد أن المستوطنات ستحتاج إلى أعداد كبيرة من الناس حتى تصبح مكتفية ذاتيا.
يتطلب تحقيق هذا الحلم سيارة ترقى إلى مستوى المهمة. Starship عبارة عن مزيج من الصواريخ والمركبات الفضائية يمكنه نقل أكثر من 100 شخص في المرة الواحدة إلى الكوكب الأحمر.
تم تصميم النظام ليكون قابلاً لإعادة الاستخدام بشكل كامل وسريع. كونها قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل يعني أنه لا يتم التخلص من عناصر الأجهزة الرئيسية في البحر أو السماح لها بالاحتراق ، كما يحدث مع بعض أنظمة الإطلاق الأخرى ، ولكن يتم إرجاعها إلى الأرض حتى يمكن نقلها مرة أخرى.
تعني قابلية إعادة الاستخدام السريعة أنه بعد العودة من الفضاء ، يمكن إعادة تعبئة Starship بالوقود وتكون جاهزة للإطلاق مرة أخرى في فترة زمنية قصيرة – مثل الطائرة. هذا يقلل من تكلفة المشروع بأكمله.
المركبة الفضائية: نظرة عامة
عند الإطلاق ، ستجلس المركبة الفضائية ، المسماة Starship ، فوق صاروخ يسمى Super Heavy.
سيقف النظام المدمج بطول 120 مترًا (394 قدمًا) ويشار إليه أيضًا باسم Starship.
لنأخذ المركبة الفضائية أولاً. تشبه المركبة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ السفن الصاروخية من العصر الذهبي للخيال العلمي بزعانفها المزودة بزعانف هبوط وهبوط.
يوجد في الجزء الخلفي من المركبة الطويلة التي يبلغ طولها 50 مترًا (160 قدمًا) ستة محركات عالية الكفاءة من Raptor ، تم تطويرها على مدار عقد من قبل SpaceX. يحدث الاحتراق على مراحل ، ويقلل تصميم المحرك من كمية الوقود المهدر.
في منتصف السيارة توجد خزانات الوقود. هذه المواد تغذي الميثان السائل (CH4) والأكسجين السائل (O2) إلى الطيور الجارحة.
الميثان هو الوقود ويعمل الأكسجين كعامل مؤكسد – مادة كيميائية تجعل الوقود يحترق. هذا المزيج يطلق عليه اسم ميثالوكس.
يعد اختيار الوقود أمرًا غير معتاد بالنسبة لمحركات الصواريخ ، لكن الميثان يمكن أن يولد الكثير من الدفع. إنه أيضًا اختيار حكيم في ضوء تصميمات ماسك على المريخ. يقول مؤسس SpaceX أنه يمكن تصنيع الميثان من المياه الجوفية للمريخ ومن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (CO2) ، باستخدام عملية كيميائية تُعرف باسم تفاعل Sabatier.
إن إعادة تزويد المركبة الفضائية برحلة العودة إلى الأرض باستخدام موارد المريخ من شأنه أن يمنح مستوى من الاكتفاء الذاتي ، مما يجعل الرحلات أكثر جدوى وفعالية من حيث التكلفة.
نحو مقدمة المركبة الفضائية – والتي يشار إليها أحيانًا بالمرحلة العليا – توجد حجرة حمولة ضخمة يمكنها نقل البضائع الكبيرة أو الأشخاص إلى وجهات في الفضاء السحيق.
الآن ، دعنا ننتقل إلى الصاروخ. بطول 70 مترًا (230 قدمًا) ، سيتم ملء Super Heavy بميثالوكس المبرد (المبرد).
سيتم تشغيله بواسطة حوالي 33 محركًا من محركات Raptor (تغيرت هذه المواصفات عدة مرات) ويجب أن تحقق أكثر من 70 ميجانيوتونس (16 مليون رطل) من أقصى قوة دفع. يجب أن تكون قادرة على رفع ما لا يقل عن 100 طن من الحمولة ، وربما ما يصل إلى 150 طنًا ، إلى مدار أرضي منخفض.
هذا سيجعل Super Heavy أقوى من قاذفة Saturn V الهائلة المستخدمة في مهمات Apollo Moon في الستينيات والسبعينيات.
إطلاق وإعادة الملء
أثناء صعوده من منصة الإطلاق ، سيبدأ نظام Starship المدمج في التحرك نحو المدار المقصود.
عندما تنفصل المرحلة العليا في الفضاء ، تنقلب Super Heavy بينما تتراجع نحو الأرض.
ستساعد الهياكل الفولاذية المسماة “زعانف الشبكة” المتصلة بجوانب المعزز في توجيه مرحلة الصاروخ إلى الخلف نحو منصة الإطلاق بحيث يمكن تحليقه مرة أخرى.
لدى SpaceX خطة طموحة للقبض على الداعم المتساقط باستخدام برج الإطلاق الخاص به.
يوفر هذا البرج للمهندسين وأعضاء الطاقم إمكانية الوصول إلى المركبة الفضائية والصاروخ أثناء جلوسهم على المنصة قبل الإطلاق.
سوف يمتد زوج من الأذرع الفولاذية من برج الإطلاق. المعزز المستهلك يقع على هذه الأذرع. أطلق على البرج لقب “Mechazilla” بسبب تشابهه مع مخلوق من أفلام Godzilla.
وفي الوقت نفسه ، يمكن إدخال المرحلة العليا من المركبة الفضائية في “مدار وقوف السيارات” بعد الانفصال ، مما يسمح بإعادة ملئها بالوقود.
“إذا كنت تطير فقط [Starship] في المدار وعدم القيام بأي إعادة تعبئة ، إنه أمر جيد جدًا – ستحصل على 150 طنًا من المدار الأرضي المنخفض ، ولن يكون لديك وقود للذهاب إلى أي مكان آخر ، “أوضح ماسك في عام 2017.
“إذا أرسلت صهاريج وأعدت ملء المدار ، يمكنك إعادة ملء الخزانات حتى القمة ، والحصول على 150 طنًا [of payload] على طول الطريق إلى المريخ “.
لإعادة الوقود ، ستلتحم المركبة الفضائية بمركبة فضائية أخرى – تدور بالفعل حول الأرض – تعمل فقط كمستودع دافع.
ما الذي سيتم استخدامه في Starship؟
بالنسبة للرحلات الطويلة إلى المريخ والعودة – والتي قد تستغرق ما يصل إلى تسعة أشهر في كل اتجاه – يتطلع ماسك إلى تركيب حوالي 40 كابينة في منطقة الحمولة بالقرب من مقدمة المرحلة العليا.
“يمكن أن يكون لديك خمسة أو ستة أشخاص في كل مقصورة ، إذا كنت تريد حقًا حشد الناس. لكن أعتقد أننا نتوقع في الغالب أن نرى شخصين أو ثلاثة في كل مقصورة ، وبالتالي حوالي 100 شخص في كل رحلة إلى المريخ ،” ماسك قال.
سوف يستضيف خليج الحمولة أيضًا مناطق مشتركة ، ومساحة تخزين ، ومطبخًا ، ومأوى حيث يمكن للناس التجمع للحماية من العواصف الشمسية ، حيث تنفث الشمس الجسيمات المشحونة الضارة في الفضاء.
ستلعب Starship أيضًا دورًا رئيسيًا في برنامج Artemis التابع لناسا ، والذي يهدف إلى تأسيس وجود بشري طويل الأمد على القمر. في أبريل 2021 ، منحت وكالة الفضاء الأمريكية SpaceX عقدًا بقيمة 2.89 مليار دولار لتطوير Starship إلى مركبة هبوط قادرة على إيصال رواد فضاء إلى سطح القمر هذا العقد.
لن يحتوي الإصدار المصمم لرحلات Artemis على الدرع الحراري أو اللوحات الضرورية لرحلة العودة إلى الأرض. بدلاً من ذلك ، سيبقى نظام الهبوط البشري Starship في الفضاء بعد إطلاقه الأولي من الأرض ، بحيث يمكن استخدامه في النهاية في رحلات متعددة بين مدار القمر وسطح القمر.
تتميز النسخة غير المأهولة ، أو البضائع ، من Starship بحاوية حمولة تنفتح مثل فم التمساح. سيسمح ذلك باستخدامه لإطلاق الأقمار الصناعية. تقول شركة سبيس إكس إن سعة الحمولة الضخمة تفتح إمكانيات لأنواع جديدة من المهمات العلمية الروبوتية ، بما في ذلك تلسكوبات أكبر من مرصد جيمس ويب – خليفة هابل الذي تم إطلاقه في ديسمبر 2021.
يمكن أيضًا استخدام النظام للسياحة الفضائية: وعد Elon Musk برحلة حول القمر في عام 2023 إلى الملياردير الياباني للبيع بالتجزئة عبر الإنترنت يوساكو مايزاوا. يمكنها أيضًا القيام برحلات عالية السرعة بين وجهات مختلفة على الأرض.
يقول ماسك إن Starship يمكن أن تنقل الأشخاص في النهاية إلى وجهات في “النظام الشمسي الأكبر” ، بما في ذلك عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري. لكن هذا لا يزال هدفا طويل الأجل.
كيف تهبط المرحلة العليا؟
من أجل إعادة المركبات الفضائية الأخرى إلى الأرض ، اعتمد المهندسون على المظلات ، أو صمموا المركبة بحيث يمكنها الهبوط على المدرج.
لكن المرحلة العليا من Starship تتخذ نهجًا مختلفًا. عندما تكون جاهزة للهبوط على الأرض ، تدخل السفينة في البداية الغلاف الجوي بزاوية 60 درجة ثم “تتخبط البطن” على الأرض في الوضع الأفقي.
يعتمد وضع العودة هذا كليًا على الغلاف الجوي لإبطاء هبوط السيارة. الجانب السلبي هو أنه في هذا التكوين ، فإن المركبة الفضائية غير مستقرة بطبيعتها.
لذلك تستخدم السيارة أربع لوحات هبوط فولاذية موضوعة بالقرب من مقدمة ومؤخرة السيارة للتحكم في هبوطها. هذا يشبه إلى حد كبير استخدام لاعب القفز بالمظلات أذرعه وأرجله للتحكم في السقوط الحر.
يقول إيلون ماسك: “الأمر مختلف تمامًا عن أي شيء آخر … نحن نقوم بسقوط متحكم فيه”.
“أنت تحاول إنشاء سحب بدلاً من الرفع – إنه حقًا عكس الطائرة.”
عندما تقترب Starship من الأرض ، يجب أن تكون بطيئة بدرجة كافية لتنفيذ حرق المحرك الذي يقلب السيارة إلى وضع عمودي. ثم تستخدم رابتورز كصواريخ رجعية لتوجيه السيارة إلى هبوط آمن على أرجل هبوطها.
يقول ماسك إنه يمكن استخدام هذا النهج العام لإسقاط المركبة الفضائية بأمان على أي سطح كوكبي في النظام الشمسي.
ومع ذلك ، في النهاية ، قد لا تضطر السفن الفضائية العائدة إلى الأرض – وربما وجهات أخرى – إلى القيام بمناورة الانقلاب. بدلاً من ذلك ، يمكن الاستيلاء على السفن عند اقترابها من الأرض بواسطة أذرع برج الإطلاق الفولاذية – تمامًا مثل الداعم Super Heavy.
وأوضح المسك على تويتر: “سيتم القبض على السفينة بواسطة Mechazilla أيضًا. كما هو الحال مع الداعم ، لا توجد أرجل هبوط. هذه مطلوبة فقط للقمر والمريخ حتى تكون هناك بنية تحتية محلية.”
متى ستطير؟
في السنوات القليلة الماضية ، اختبرت SpaceX نماذج أولية مختلفة للمرحلة العليا في منشأة Starbase في بوكا تشيكا ، تكساس.
بدأت الشركة في عام 2019 بـ “مقال اختبار” يبلغ ارتفاعه 39 متراً يُدعى Starhopper – والذي يشبه بشكل عابر برج المياه – وطار به إلى ارتفاع 150 مترًا فوق سطح الأرض.
طار النموذج الأولي الأول الذي يحتوي على nosecone واللوحات – الرقم التسلسلي للمركبة الفضائية (SN8) – على ارتفاع 12.5 كم في ديسمبر 2020. لقد تراجعت بطنه إلى الأرض ، مما أعطى SpaceX بيانات هندسية قيمة حول الجزء الأخير من عودة المركبة من الفضاء .
ومع ذلك ، اقترب SN8 من منصة الهبوط بسرعة كبيرة وصلابة ، مما تسبب في انهيارها وانفجارها. انفجرت ثلاث مقالات اختبارية أخرى قبل أن تحقق Starship SN15 نجاحًا بهبوط سلس في مايو 2021.
في فبراير ، أجرى مهندسو سبيس إكس اختبارًا رئيسيًا على نظام الصواريخ ، وهو ما يسمى “بالنار الساكن” ، وفي نفس الوقت أشعلوا 31 من 33 محركًا في قاعدة الجزء السفلي من المركبة.
استمر إطلاق النار بضع ثوانٍ فقط ، مع تثبيت كل شيء في مكانه لمنع أي حركة.
غرد السيد ماسك بأن الفريق أوقف محركًا واحدًا قبل الاختبار وأن محركًا آخر أوقف نفسه ، تاركًا 31 محركًا تشتعل بشكل عام.
لكنه أضاف أنها “ما زالت كافية للوصول إلى المدار”.
منحت إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) ترخيصًا من شأنه أن يسمح لشركة SpaceX بإجراء رحلة تجريبية للصاروخ ، والتي من المقرر إجراؤها في 17 أبريل.
وقالت إدارة الطيران الفيدرالية في بيان يوم الجمعة: “بعد عملية تقييم شاملة للترخيص ، قررت إدارة الطيران الفيدرالية أن سبيس إكس استوفت جميع متطلبات السلامة ، والبيئة ، والسياسة ، والحمولة ، وتكامل المجال الجوي ، والمسؤولية المالية” ، مضيفة أن الترخيص ساري المفعول لمدة خمس سنوات.