فضا پیما
مقدمه
تا کنون سه نوع اصلی فضاپیما ساخته شده است: ماهواره ، کاوشگر بدون سرنشین و فضاپیمای با سرنشین. همه‌ی فضاپیماها برای رفتن به فضا به موشکهای قوی نیاز دارند.




ماهواره‌ها
ماهواره‌ها ، فضاپیماهای بدون سرنشینی هستند که دور مدار زمین
می‌گردند. آنها برای پژوهش درباره‌ی سیاره‌ی ما ، ارتباطات ، پیش بینی وضع
هوا یا مثل تلسکوپ فضایی هابل ، برای اکتشافهای کیهانی به کار می‌روند. در این فضاپیماها دستگاههایی مانند گیرنده‌ها و فرستنده‌های رادیویی ، دستگاههای اندازه گیری ، دوربین و رایانه کار گذاشته شده است. انرژی لازم برای کار دستگاههای درون ماهواره ، از صفحه‌های خورشیدی فراهم می‌شود که انرژی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.


فضاپیمای گرانت فوبوس

روباتها در فضا
از فضاپیماهای روباتی ، که به کاوشگر معروف‌اند، برای عبور از کنار سیاره‌های دیگر
، پیمودن مدار این سیاره‌ها یا نشستن روی آنها استفاده می‌شود. در این
کاوشگرها دوربینها و ابزارهایی برای جمع آوری اطلاعات علمی و فرستادن آنها
به زمین وجود دارد. این اطلاعات بصورت جریانی از علائم رادیویی به زمین فرستاده می‌شود. کاوشگرها موتورهای موشکی کوچکی دارند
که به هنگام تغییر مسیر یا برای کاهش سرعت پیش از ورود به مدار زمین ،
روشن می‌شوند، بعضی کاوشگرها وسیله‌ای برای نشستن روی سطح سیاره‌ها
می‌فرستند که با استفاده از ترمز موشکی و چترهای نجات ، به آرامی فرود
می‌آید.

سفرهای فضایی با سرنشین
نخستین فضاپیمای با سرنشین ، آپولو بود که در سال 1969 میلادی ، فضانوردان را به ماه برد. پس از آن ایستگاههای فضایی مداری و شاتلهای فضایی ساخته شدند. سفینه‌های با سرنشین باید هوا ، غذا و آب کافی برای زنده نگهداشتن و کار چند ماهه‌ی فضانوردان
را در فضا همراه داشته باشند. مواد تازه را از زمین می‌توان با فضاپیماهای
بدون سرنشین فرستاد. این سفینه‌ها می‌توانند در فضا به فضاپیمای با سرنشین
متصل شوند.

موشکها
فضاپیماها برای رسیدن به سرعت لازم ورود به مدار زمین یا گریز از گرانش زمین ، به موشک پرتابی نیاز دارند. این موشکها اغلب سه بخش یا مرحله  دارند. وقتی سوخت یک بخش تمام می‌شود، آن بخش سقوط می‌کند و بخش دیگر روشن می‌شود.



شاتلهای فضایی
شاتل فضایی مثل موشک بلند می‌شود و مثل هواپیما می‌نشیند و حداکثر با سرعت 28 هزار کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند و نخستین شاتل فضایی به نام کلمبیا
به زمان سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در سال 1981 پرتاب شد. این پرتاب نشان
داد که می‌توان به جای ساختن یک موشک جدید برای هر سفر فضایی ، موشکی را
با قابلیت استفاده‌ی دوباره برای پرتاب سفینه به کار برد. شاتل محموله‌ی
خود را به مدار پرتاب می‌کند، سرعت شاتل هنگام پرتاب بسیار تعیین کننده
است. اگر سرعت خیلی زیاد باشد، ماهواره در فضا به پرواز در می‌آید و اگر
خیلی کند باشد به زمین سقوط می‌کند.

فضاپیمای شاتل

  


فضاپیمای کلمبیا چند ثانیه پس از آغاز پرتاب (سال ۱۹۸۱)

فضاپیمای شاتل :

شاتل فضایی اولین فضاپیما یا بهتر است بگوییم هوافضاپیما با قابلیت استفاده
 مجدد و اولین فضاپیما با قابلیت حمل ماهواره های بزرگ در حقیقت حاصل جاه
طلبی های ناسا در دوره ریگان برای دستیابی سریع به فضا به شمار می رفت ؛  
رویایی که با به جا گذاشتن شاتل ها هیچ گاه به تحقق نیافت . شاتل فضایی از 3
 بخش اصلی تشکیل می شدند ؛ شامل مدارگرد که خدمه را در خود جای می داد ،  
محفظه بزرگ خارجی که سوخت موتورهای اصلی را در بر می گرفت و نیز 2 موشک  
پرتاب که اکثر نیروی بالابری را در 2 دقیقه اغازین پرواز اماده می کرد .

به استثنای مخزن سوخت خارجی تمامی این اجزا مجددا قابل استفاده بود . این  
مجموعه با ارتفاع کل 58/12 متر با هم شاتل فضایی را تشکیل می دهند ؛ ولی  
اغلب تنها از بخش مدارگرد به عنوان شاتل یاد می شود . 3 موتور اصلی شاتل  
فضایی به صورت هماهنگ با موشک های پرتاب ، نیروی پیشرانش لازم را برای صعود
 اولیه اماده می سازد . موتورهای اصلی تا 8/5 دقیقه پس از پرتاب – یعنی در
 مدت زمان پرواز پرقدرت شاتل – همچنان عمل می کنند . پس از اینکه موشک های
 پرتاب جدا شدند ، موتورهای اصلی ، پیشرانشی را که سبب شتاب دار شدن شاتل
از  4828 کیلومتر در ساعت به بیش از 27358 کیلومتر در ساعت ( معادل 3000
مایل  در ساعت به 17000 مایل در ساعت ) می شود ، تنها ظرف مدت 6 دقیقه تا
رسیدن  به مدار اماده می کنند . سرعت چرخش این  توربین
   های موتور تقریبا 13 بار سریع تر از چرخش ماشین در سرعت بالاست . شرکت
نورث امریکن مجموعا 7 شاتل عملیاتی برای ناسا تولید کرد که از این بین 4  
شاتل جز ناوگان اصلی ناسا به شمار می رفتند و پنجمین شاتل به عنوان جانشین
شاتل چلنجر پس از حادثه شاتل مذکور ساخته شد . ماموریت شاتل ها معمولا
برای  5 تا 16 روز برنامه ریزی می شد . تعداد خدمه هر پرواز هم معمولا از 5
تا 7  نفر دسته بندی می شدند . شاتل طوری طراحی شده بود تا به مدارهایی به
 اندازه 185 تا 643 کیلومتر برسد . با وجود تمام اما و اگرهایی که امروز  
شنیده می شود باید گفت که در عمل شاتل مطمئن ترین رکورد پرتاب مربوط به هر
موشک را از سال 1981 دارد . این وسیله تا پیش از بازنشستگی در سال 2011
بیش  از 1/36 میلیون کیلوگرم بار را به مدار انتقال داد و بیش از 600 نفر
خدمه  را هم در طول 135 پروازش به مدار زمین برد .

از شاتل تا بوران :

شاتل ناکام بوران حاصل تلاش اژانس فضایی شوروی برای پاسخ به شاتل فضایی بود
 که برنامه ان در 1974 زیر فشار سیاسی گسترده اغاز شد . اما عدم پشتیبانی
مالی کافی تکمیل ان را به درازا کشاند ؛ تا جایی که از این برنامه به
عنوان  گران ترین برنامه فضایی تاریخ شوروی یاد می شود . بوران در نهایت پس
از  ساخته شدن یک نمونه کامل و چندین نمونه ناقص به دلیل مشکلات مالی پس
از  شوروی ، پس از تنها یک پرتاب به بایگانی تاریخ پیوست . اما بر خلاف
ظاهر  مشابه شاتل فضایی و بوران این دو تفاوت های گسترده ای با هم داشتند .
بوران  بر خلاف شاتل بخشی از سیستم پرتاب نبود ؛ یعنی هیچ موتور اصلی
نداشت .  بوسترهایش به جای سوخت مایع از سوخت جامد استفاده می کردند . کل
سیستم  پروازی بوران وابسته به موشک عظیم انگما بود که توان حمل 200 تن بار
را با  خود به فضا داشت و خود بوران هم به عنوان یک بار به فضا برده می شد
.

فضاپیمای بوران برپشت هواپیمای آنتونوف An-225.

بوران بر خلاف شاتل برای انجام پرواز بدون سرنشین و سرنشین دار طراحی شده  
بود .توان حمل بارش چیزی حدود 2 تن بیشتر بود و نسبت برا به پسای بیشتری هم
 در مقایسه با شاتل داشت . مهندسین شوروی همچنین مدعی بودند سپرهای
سرامیکی  به کار رفته در بوران از شاتل مطمئن تر بود .

منبع : مجله دانستنیها / ش47

فضاپیمای اپولو :

فضاپیمای اپولو با استفاده از تجارب به دست امده از برنامه های مرکوری و  
جمینی توسط شرکت نورث امریکن ساخته شد . این فضاپیما اولین طرح یک فضاپیما
با 3 ماژول مجزا به شمار می امد که بعدها سایوز بر اساس همین الگو طراحی
شد  . اپولو از 2 قسمت اصلی تشکیل شده بود ؛ قسمت اول متشکل از ماژول خدمات
و  فرماندهی که خدمه در ان به سر می بردند .

قسمت دوم ماژول ماه نشین بود که روی ماه فرود می امد و پس از انجام ماموریت
 از سطح ان بر می خواست . ماژول فرماندهی ، مخروطی شکل بود و می توانست 3
نفر را در خود جای دهد . تجهیزاتی را که در این بخش جای می گرفتند ، عبارت
 بودند از موتورهای سیستم کنترل عکس العمل ، دالان پهلوگیری ، سیستم های  
هدایت و ناوبری و همچنین کامپیوتر اصلی فضاپیما بودند .

ماژول خدمات به ماژول فرمان متصل بود و سیستم پیش رانش و سوخت ، 4 موتور  
مانور دهنده ، انتن باند – اس برای ارتباط با مرکز کنترل ماموریت ، مخازن  
ذخیره اب و هوا و تجهیزات دیگری را در خود جای داده بود .

این دو بخش فضاپیما می باست تا پیش از مرحله بازگشت به جو – جایی که 2  
ماژول خدمات جدا میشد – به یکدیگر متصل می ماندند . ماژول های فرمان شامل  
کپسول بازگشت اپولو پوشش حفاظت حرارتی داشت . بنابراین خدمه در این بخش می
توانستند از گرمای بیش از حد مرحله عبور از جو در امان بمانند .پس ازعبور
از جو ، سرعت فرود با استفاده از چتر کم می شد و فرود ارامی را برای ماژول
 فرمان در اقیانوس فراهم می کرد .
برنامه اپولو در فاصله 11 سال فعالیت خود بیش از 14 ماموریت موفق سرنشین  
دار را به سرانجام رساند که از این میان می شود به 6 ماموریت به ماه ، 3  
ماموریت به ایستگاه فضایی اسکای لب و یک ماموریت پهلوگیری با فضاپیمای  
سایوز شوروی اشاره کرد . البته ماموریت شکست خورده اپولو-13 و حادثه مرگبار
 اپولو-1 را نیز باید به این فهرست اضافه کرد .

تمامی فضاپیماهای اپولو با استفاده از خانواده های موشک های ساترن پرتاب  
شدند که در این میان پروازهای ماه توسط ساترن-5 ، بزرگترین موشک تاریخ تا  
به امروز صورت گرفته است .

منبع : مجله دانستنیها / ش47

فضاپیمای وستوک


فضاپیمای وستوک :

اولین فضاپیمای جهان در بهار 1960 به فضا پرتاب شد و به همراه خود نام یوری
 گاگارین را در میان برگ های تاریخ جاودانه کرد . واستوک در اصل به عنوان
فضاپیمایی دو منظوره ساخته شده بود ؛ از یک سو این برنامه سنگ بنای اولین
ماهواره های جاسوسی شوروی موسوم به زنیت به شمار می امد و از سوی دیگر با
بردن اولین مرد به فضا گامی بزرگ در رقابت فضایی با امریکا را به پیش می  
برد .این فضاپیما با طول حدودا 2 متر و همین میزان قطر کپسول ، چندان بزرگ
نبود ؛ به طوریکه به زحمت یک فضانورد را در خود جای می داد . کپسول واستوک
 کاملا برخلاف مرکوری کروی ساخته شده بود ؛ در نتیجه این طراحی نیازمند  
سپرهای حرارتی بیشتر بود . با این حال این روش به واستوک فضای داخلی بیشتر و
 سطح کوچکتری می داد . برای کنترل فضاپیما هم تنها کافی بود که مرکز ثقل  
کپسول جا به جا شود ؛ یعنی فضانورد به جا به جایی تجهیزات داخلی می توانست
در کنترل مسیر فضاپیما دخالت کند . این فضاپیما در طول 3 سال فعالیت 6  
پرواز سرنشین دار را با خود به پرواز برد .

فضاپیمای مرکوری
  

آنالیز فضاپیمای مرکوری
فضاپیمای مرکوری :

مرکوری اولین کپسول سرنشین دار امریکا و دومین فضاپیمایی بود که مرزهای  
اسمان را پشت سر گذاشت . این فضاپیمای تک سرنشین با وزن نزدیک به 2 تن برای
 پروازهای فضایی نهایتا تا کمی بیش از 1 یا 2 روز مناسب بود و پس از پایان
 ماموریت در اب فرود می امد . کپسول مخروطی شکل مرکوری با حجم داخلی 1/7
متر  مکعب ساخته شده بود که مشخصا با این فضای محدود حتی برای یک نفر هم به
 سختی جای داشت . برای پرتاب های سرنشین داراین فضاپیما ، در پروازهای زیر
 مداری از راکت "رد استون " و در پروازهای مداری از پرتابگر اطلس استفاده
می  شد . نام مرکوری هم مثل بسیاری از برنامه ها از برنامه های دیگر ناسا
از  اله های رومی گرفته شده بود که در فرهنگ رومیان باستان به واسطه جا به
جایی  سریع صورت فلکی نماد سرعت به شمار می رفت .

فضاپیمای سایوز


 
فضاپیمای سایوز تی‌ام‌ای-۷ در مدار زمین

فضاپیمای سایوز :

فضاپیمای سایوز موفق ترین فضاپیمای سرنشین داری است که تا به امروز ساخته  
شده و در ماموریتهای گوناگون به پرواز درامده است که از این تعداد می توان
به 115 ماموریت سرنشین دار و 26 ماموریت بدون سرنشین اشاره کرد . 3 ماژول
اصلی سایوز از انتها عبارتند از : ماژول پیشرانش که به عنوان ماژول خدمات
وسیله عمل می کند ؛ ماژول تحت فشار بازگشتی که خدمه را در خود جای می دهد و
 به عنوا نمرکز فرماندهی فضاپیما عمل می کند و در نهایت ماژول مداری که  
تسهیلات اقامت ، انبار تدارکات و امکانات فعالیت های خارج از وسیله مانند  
راهپیمایی فضایی را اماده می کند .


بخش‌های سه‌گانه سایوز
باتری های خورشیدی روی ماژول فضانورد سوارند . مواد به کار رفته در ساخت  
این ماژول ها بین سال های 1961 تا 1963 انتخاب شدند . به این ترتیب که پس  
از مطالعه روی تیتانیوم ، بریلیم و ایاژهای الومینیومی الیاژی از الومینیوم
 انتخاب شد . عایق حرارتی که ماژول ها را می پوشاند ، دو لایه دارد ؛ لایه
 بالایی شامل ورقه ای از پنبه نسوز ( آزبست ) ، و لایه زیرین از یک ماده
سبک  عایق در برابر گرما . در هر یک از ماژول ها تجهیزاتی قرار گرفته است
که  وظیفه ای را در به ثمر رساندن ماموریت سایوز به عهده دارد . هدف اصلی
طراحی  سایوز در ان زمان سفر به ماه بود ؛ رویایی که شوروی هیچ گاه به ان
دست  پیدا نکرد . امروزه پس از بازنشسته شدن شاتل ها ، این فضاپیما در کنار
نسخه  بدون سرنشین ان ، پراگرس مهمترین فضپیماهای فعال در جا به جایی
اذوقه و  سکنه ایستگاه به شمار می رود .

فضاپیمای سایوز تی‌ام‌ای-۹ حامل انوشه انصاری پس از اتصال به ایستگاه فضایی بین‌المللی

فضاپیمای جمینی


جمینی 7
فضاپیمای جمینی :

جمینی دومین فضاپیمای امریکایی بود که در حقیقت در مراحل اول برنامه اپولو
به منظور توسعه توانایی پروازهای فضایی توسط ناسا سفارش داده شد . جمینی
در  مقایسه با مرکوری فضاپیمایی به شکل قابل توجهی بزرگتر بود ( تا 50% )
که  در حقیقت از طرح پایه مرکوری استفاده می کرد . با این حال جمینی از
خیلی  جهات بر مرکوری برتری داشت . این فضاپیما برای اولین بار امکان درست
کردن  وضعیت و مدار خود را با استفاده از تراسترهای 8 گانه خود اماده می
کرد .  این موضوع برای توسعه فضاپیماها اهمیت ویژه ای داشت ؛ به خصوص که
فضاپیمای  مرکوری تنها خارج از جو توان درست کردن موقعیت خود را داشت .
جمینی در عین  حال اولین فضاپیمایی بود که از اولین نسل باتری های هیدروژنی
نیرو می گرفت و  همچنین اولین فضاپیمای امریکایی هم بود که پهلوگیری در
فضا را با استفاده  از مرحله دوم موشک تایتان به عنوان فضاپیمای تمرینی
ازمایش می کرد .

All Gemini launches from GT-1 through GT-12

همانند مرکوری ، جمینی نیز در اب فرود می امد . اما مداومت پروازی بیشتری  
داشت . 2 پرواز از 12 پرواز جمینی ، ازمایشی بدون سرنشین ، و 10 پرواز دیگر
 ، بین سال های 1965 و 1966 ، سرنشین دار بودند . اولین پرواز سرنشین دار
این کپسول 23 مارس 1965 انجام شد که نزدیک به 5 ساعت طول کشید . اگچه  
برنامه جمینی نشان داد که انسان می تواند تا 2 هفته ، بدون مشکل خاصی در  
فضا اقامت داشته باشد ؛ اما در نهایت می شود این طور فرض کرد که جمینی تلاش
 ناسا برای ماندن روی پرده نمایش تا زمان اغاز برنامه اپولو نیز به شمار
می  امد .

فضاپیمای Orion MPVC :

فضاپیمای اوریون را لاکهید مارتین ابتدا به عنوان بخشی از برنامه
کنستالیشن برای ناسا توسعه داد . این کپسول فضایی ابتدا با هدف جایگزینی
شاتل ها و در نهایت سفر به سیاره سرخ طراحی شده بود ؛ اما پس از لغو برنامه
 کنستالیشن برای مدتی تکمیل ان متوقف شد تا سرانجام در قالب برنامه جدید
ناسا تولدی دوباره یافت . این فضاپیما در محفظه تحت فشار خود به ابعاد 19
متر مکعب توان حمل تا 4 فضانورد را در محفظه 8 متر مکعبی خدمه دارد .
اوریون از 2 ماژول اصلی شامل قسمت خدمه و قسمت پشتیبانی تشکیل شده که در
حقیقت از طرح ماژول سرویس و فرماندهی اپولو الگو گرفته شده است ؛ با این
تفاوت که تجربیات شاتل تاثیر قابل توجهی روی طرح داشته . اوریون توان
ماندگاری تا 6 ماه در فضا را داراست . اگر تمامی تعاریفی را که درباره
اوریون می شود درست فرض کنیم ، این فضاپیما می تواند یک گام مهم به شمار
اید ، با این حال اوریون هنوز تا پرواز سرنشین دار راه درازی در پیش رو
دارد .

فضاپیمای Space X Dragon

   فضاپیمای  Space   X Dragon :

فضاپیمای  Space   X Dragon

دراگون اولین فضاپیمای خصوصی دنیاست که توسط شرکت  Space
   X توسعه داده شده است . این فضاپیما که با راکت های فالکن 9 اسپیس ایکس
 پرتاب می شود ، بر خلاف دیگر فضاپیماهای سرنشین دار و پس از اتمام
ماموریت ،  درست و سالم به زمین باز می گردد . فضای تحت فشار داخلی کپسول
24 متر مکعب  است که البته 44 متر مکعب ظرفیت مکمل باری نیز در قالب اتاقک
اضافی همراه  کپسول باری حمل می شود . دراگون ضمن توان حمل محموله های باری
خارج از  محموله تحت فشارش را نیز دارد . این کپسول فضایی در اینده نزدیک
به یکی از  مهم ترین نقطه های اتکاهای ناسا تبدیل خواهد شد .