قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد
به گزارش واحد سیاسی خبرگزاری صبح اقتصاد روز گذشته و در آستانه سالروز صنعت فضایی کشور که در ۱۴ بهمن ماه هر سال بهمناسبت پرتاب موفق ماهواره امید در سال ۱۳۸۷ با ماهوارهبر بومی سفیرـ۱ به این عنوان نامگذاری شده است، خبر یک دستاورد جدید در عرصه فضایی کشور منتشر شد و ماهوارهبر جدید و سهمرحلهای ذوالجناح اولین پرتاب آزمایشی خود را با موفقیت پشتسر گذاشت.
برای اولین بار در حدود یک سال پیش و پس از پرتاب ماهوارهبر سیمرغ حامل ماهواره ظفرـ۱ ساخت دانشگاه علم و صنعت که البته با موفقیت کامل همراه نبود، خبر از وجود ماهوارهبر جدیدی بهنام ذوالجناح داده شد. در آن زمان تنها اعلام شد که ذوالجناح دارای سوخت جامد و قرار است ناهیدـ۱ را به مدار مدنظر برساند.
بیشتر بخوانید
جدیدترین ماهوارهبر سوخت جامد ایران با نام ذوالجناح آزمایش شد+ مشخصات
با وجود عدم اعلام جزئیات، صرف اطلاع از اینکه برنامه فضایی کشور صاحب یک پرتابگر سوخت جامد نیز خواهد شد، بسیار امیدوارکننده بود تا قراردهی ماهوارهها در مدار روند سریعتری در آینده نزدیک به خود بگیرد.
در این گزارش به مرور اطلاعات جدیدی که از ماهوارهبر ترکیبی سوخت جامد و مایع ذوالجناح اعلام شده پرداختهایم.
بهصورت خلاصه نکات مهم پیرامون ذوالجناح را میتوان در محورهای زیر بیان کرد:
اولین ماهوارهبر ایرانی با سوخت جامد در مرحله اول
اولین ماهوارهبر با دو پیشران مشابه در مراحل اول و دوم
دومین ماهوارهبر سهمرحلهای کشور
دومین ماهوارهبر ترکیبی کشور
دومین ماهوارهبر رده وزن محموله بالاتر از ۲۰۰ کیلوگرم
دومین ماهوارهبر بدون نیاز به سکوی ثابت و در نتیجه بهسادگی قابل پرتاب از عرضهای جغرافیایی تا جنوب کشور
دارای قویترین پیشران سوخت جامد رسانهایشده ساخت کشور
۴برابر کردن توان حمل محموله نسبت به سفیرـ۱ با دوبرابر شدن وزن ماهوارهبر
استفاده از مرحله دوم سفیرـ۱ بهعنوان مرحله سوم که در ۱۲ سال گذشته بهخوبی آزمایش و تثبیت شده است و چندین مأموریت کاملاً موفق را در کارنامه خود دارد.
ماهوارهبر جدید ذوالجناح دارای سه مرحله است که دو مرحله اول آن سوخت جامد و مرحله سوم سوخت مایع است. اولین آزمایش پرتاب ذوالجناح که اولین مرحله از پرتابهای تحقیقاتی آن بود با هدف صحهگذاری بر عملکرد پیشران سوخت جامد در یک پرتاب زیرمداری تعریف شد اما علاوه بر عملکرد صحیح مرحله اول، جدایش مرحله اول و شروع به کار مرحله دوم نیز در ارتفاع مورد نظر با موفقیت صورت پذیرفت که موفقیتی قابل توجه را حاصل کرد.
طبق برنامهریزیهای انجامشده، سه پرتاب تحقیقاتی برای ذوالجناح پیشبینی شده است که اولین آن به انجام رسیده است و سایر مراحل نیز طی یک تا یک و نیم سال آینده باید صورت پذیرد. ممکن است در پرتابهای بعدی این فاز محموله ماهوارهای نیز در آن قرار داده شود.
هدف طراحی این ماهوارهبر ۲۵٫۵متری و ۵۲تنی، قراردهی محمولههایی تا ۲۲۰ کیلوگرم در مدار ۵۰۰کیلومتری دایروی است، از این نظر، توانمندی ذوالجناح نزدیک به ماهوارهبر بزرگتر و سنگینتر سیمرغ است که توان حمل ۲۵۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم محموله را به مدار ۵۰۰کیلومتری دارد.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
لازم به ذکر است که ذوالجناح همانند سیمرغ قابلیت قراردهی تعدادی ماهواره کوچک بهجای یک ماهواره را نیز دارد و مثلاً میتواند ۱۰ ماهواره مکعبی ۲۰کیلوگرمی را با هدف توسعه فناوریهای منظومه ماهوارهای در مدار قرار دهد.
از نظر مقایسه با دو ماهوارهبر قبلی یعنی سفیر-۱ و سیمرغ جدول زیر میتواند گویای تفاوتها باشد. به طور خلاصه در حالی که قطر ذوالجناح نزدیک به سفیر-۱ است، توان عملکردی نزدیک به سیمرغ داشته و از نظر وزنی بین این دو قرار میگیرد در حالیکه سهولت پرتاب آن از هر دو ماهوارهبر مذکور بسیار بیشتر است.
یک محموله تحقیقاتی حامل حسگرها یا سنسورهای مختلف با هدف جمع آوری اطلاعات فنی و دادهبرداری به روش تلهمتری از عملکرد ماهوارهبر و سایر شرایط در مسیر پرتاب زیرمداری به جای محموله ماهوارهای در ذوالجناح قرارداده شده بود که اطلاعات مهمی خصوصاً در زمینه شتابهای وارد شونده واقعی از سوی ماهوارهبر به محموله و نیز انواع ارتعاشات، امواج آکوستیکی، دما و … جمع آوری کرده و در اختیار متخصصان قرار داد.
مقایسه این اطلاعات با دادههای مراحل طراحی و شبیهسازی به کمک اصلاح و بهبود روشهای طراحی میآید. بخشی از زیرسامانههای محموله تحقیقاتی پرتاب ذوالجناح مشابه انواع مورد استفاده ماهوارههای کشور است که در آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت که از این نظر هم به آزمایش و تثبیت قابلیت آنها کمک می کند.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
ماهوارهبر ذوالجناح در پرتاب آزمایشی اول در کنار برج خدمات در پایگاه پرتاب سمنان
طبق اخبار اعلام شده پروژه ماهوارهبر ذوالجناح از حدود کمتر از ۳ سال پیش به طور جدی آغاز شده و در روزهای اخیر اولین پرتاب آزمایشی خود را با موفقیت سپری کرده است.
این زمان کوتاه برای ماهوارهبری که با دو سوم وزن سیمرغ در رده مشابه آن توان حمل محموله به مدار مشابه را دارد، بسیار ارزشمند است. این ماهوارهبر با هزینه توسعه پایین و همچنین هزینه و زمان پایین برای عملیاتی شدن به کمک تسریع برنامه فضایی کشور در بخش پرتابگرها میآید.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
از ویژگیهای ذوالجناح عدم نیاز به پایگاه پرتاب ثابت است. برای منظومه ماهوارهها نیاز است که پرتاب با زوایای میل یا شیب مداری مختلف صورت بگیرد که در صورت استفاده از پایگاه پرتاب ثابت باید از بلوکهای انتقال مداری استفاده کرد اما با پرتابگری مانند ذوالجناح که امکان استفاده از پرتابگر متحرک را دارد میتوان با پرتاب از عرضهای جغرافیایی مختلف در کشور از مکان فعلی در سمنان تا سواحل جنوب کشور بهرهگیری کرد که برنامه پرتاب از جنوب شرق کشور نیز برای ذوالجناح وجود دارد.
به کمک این ویژگی ماهوارهبر ذوالجناح میتوان محمولههایی را در مدار خورشید آهنگ یا SSO نیز تزریق کرد که برای ماهوارههای سنجشی قابلیت ارزشمندی را به دست میدهد زیرا میتوان در زوایای ثابتی در زمانهای مشخصی کار تصویربرداری دقیق را انجام داد. یکی از برنامههای ذوالجناح در آینده نزدیک دستیابی به مدار خورشید آهنگ است.
ماهوارهبر سه مرحلهای با هر دو نوع سوخت جامد و مایع
پس از ماهوارهبر قاصد-۱ ساخت نیروی هوافضای سپاه که در اردیبهشت ۱۳۹۹ در اولین پرتاب عملیاتی خود با موفقیت ماهواره نور-۱ را در مدار ۴۳۰ کیلومتری قرار داد، ذوالجناح دومین ماهوارهبر سه مرحلهای و همچنین دومین ماهوارهبر با بهرهبرداری از مراحل سوخت جامد در کنار سوخت مایع است.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
تا پیش از این، ماهوارهبرهای ایرانی شامل سفیر-۱ و سیمرغ (سفیر-۲) بودند که هر دو فقط دارای دو مرحله سوخت مایع بودند. اما با ساخت قاصد و ذوالجناح پای سوخت جامد نیز به عرصه فضایی کشور باز شد تا مزیتهای این نوع پیشرانش نیز به کمک ماهوارههای کشور در مسیر قرارگیری در مدارها بیاید.
سوخت جامد هرچند در میزان نهایی کمیت ضربه ویژه که در مأموریت های فضایی اهمیت دارد هنوز به پیشران های سوخت مایع نرسیده اما می تواند میزان زیادی از نیروی پیشران را در مدت کوتاهی تولید کرده و به بیان سادهتر شتاب بیشتری را در اختیار طراحان مأموریت قرار دهد. این امر سبب میشود تا استفاده از پیشران سوخت جامد در مراحل اول ماهوارهبرها بسته به توان علمی و فنی کشورها یا شرکتهای سازنده جذابیت پیدا کند.
این نیروی رانش زیاد حاصل از سوخت جامد برای غلبه بر نیروی مقاومت هوا که در ارتفاعات پایین و جو غلیظ وجود دارد کمک کرده و برای عبور سریع از این ارتفاعات به کار می آید.
بخش های مختلف ماهوارهبر ذوالجناح: ۱٫ خروجی پیشران مرحله اول؛ ۲٫ اتصال مراحل اول و دوم؛ ۳٫ بالک های پایدارساز و مرحله دوم؛ ۴٫ اتصال مرحله دوم و سوم؛ ۵٫ مرحله سوم و بخش محموله ۶٫ شکل گرافیکی کل ماهوارهبر
به علاوه هزینه توسعه پیشران سوخت جامد و تعداد قطعات مکانیکی مورد نیاز در آن نیز نسبت به سوخت مایع کمتر است. اما در مراحل بالاتر ماهوارهبر خصوصاً مرحله نهایی به علت نیاز به مدت زمان سوزش بالا، نیاز به خاموش شدن موتور در مقاطعی از فرایند پرواز، کنترل پذیری بالاتر و نیاز به تنظیم دقیق نیروی رانش در مرحله نهایی جداسازی ماهواره یا مرحله تزریق در مدار از پیشران های سوخت مایع استفاده می شود. لازم به ذکر است در همین ماهوارهبر ذوالجناح مرحله سوم بیش از ۳۰۰ ثانیه در حال کار خواهد بود.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
لازم به ذکر است که برای رفع مشکل شتاب بالای وارد شونده از ماهوارهبر به محموله ها، ایزولاتور یا جدا کننده ویژهای در پژوهشگاه فضایی ایران برای اولین بار توسعه یافته که در مأموریتهای ماهوارهبر ذوالجناح نیز به کار خواهد آمد.
در طراحی عملیاتی ماهوارهبر ذوالجناح مرحله اول حدود ۷۰ ثانیه عمل کرده و مجموعه را به ارتفاع ۱۵ کیلومتری میرساند. پس از آن پیشران مرحله دوم عمل کرده و سپس پیشران مرحله سوم که رانش کم داشته اما زمان عملکرد بسیار طولانی تری دارد روشن می شود.
استفاده از دو نوع پیشران سوخت جامد و مایع در مراحل مختلف یک ماهوارهبر سبب ایجاد ماهوارهبر ترکیبی می شود که البته نباید با استفاده از پیشران ترکیبی یا هایبرید جامد و مایع اشتباه گرفته شود.
در پیشران هایبرید یک جزء که میتواند سوخت باشد به صورت جامد و جزء دیگر مثلاً اکسیدکننده به صورت مایع ذخیره میشود تا مقدار نیروی رانش و فرایند احتراق نسبت به پیشران های سوخت جامد قابل کنترل باشد.
لازم به ذکر است که در پیشران سوخت جامد بر خلاف سوخت مایع، پس از شروع احتراق، فرایند کار پیشران به صورت لحظهای تحت کنترل قرار ندارد و تنها بر اساس طراحی انجام شده از ابتدا و بر اساس پارامتر های در دسترس مانند ترکیب سوخت، نوع گرین و حفره های قرار داده شده در آن به صورت طراحی شده از قبل به پیش می رود.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
اما در پیشران سوخت مایع، با کنترل جریان سوخت و اکسید کننده قابلیت کنترل فرایند احتراق و میزان رانش تولیدی به مقدار زیادی وجود دارد که سبب ایجاد امکان تنظیم دقیق سرعت محموله در هنگام تزریق به مدار می شود.
ماهوارهبرهای متعددی از دهههای گذشته در کشورهای مختلف نظیر ژاپن، هند و آمریکا و … با بهرهگیری از سوخت جامد در مراحل اول یا به صورت مستقل یا به صورت شتاب دهنده (بوستر) ساخته و عملیاتی شده اند.
پیش از ماهوارهبر ذوالجناح با قطر ۱٫۵ متر، بزرگترین قطر پیشران های سوخت جامد کشور مربوط به موشک دو مرحلهای سجیل با قطر ۱٫۲۵ متر بود.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
با ساخت ذوالجناح نه تنها یک گام در افزایش قطر پیشرانهای سوخت جامد برداشته شد بلکه پیشرانی با نیروی بیش از ۷۴۰۰۰ کیلوگرم-نیرو یا ۷۴ تن-نیرو به دست آمد که تبدیل به قویترین پیشران سوخت جامد ساخت کشور شده و برای اولین بار هم در یک کاربرد غیرنظامی به کار گرفته شده است.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
در ویدئو نمایش داده شده از آزمایش گرم زمینی این موتور که برای اولین بار در برنامه تلویزیونی علمی چرخ از شبکه چهارم سیما پخش شد، ۶۵ ثانیه از ۷۰ ثانیه عملکرد این موتور از ابتدای فرایند تولید نیروی رانش به نمایش گذاشته شد.
به گفته مهندس احمد حسینی مونس سخنگوی گروه فضایی وزارت دفاع، این پیشران که خاص حوزه فضایی توسعه داده شده هم از جهت ضربه ویژه یا ایمپالس، میزان رانش، ضریب پُرشوندگی، نوع ترکیب شیمیایی سوخت و فرمولاسیون و دیگر پارمترهای طراحی، یک پیشران جدید و متفاوت بوده و کارایی برتر آن نیز به مدد این بهبودها حاصل شده است.
امکان افزایش رانش در این پیشران به نزدیک ۱۰۰ تن نیز قابل انجام است که یک ارتقاء جدی در حوزه پیشرانهای سوخت جامد در کشور محسوب میشود.
لازم به ذکر است ماهوارهبر ۸۵ تنی سیمرغ با قطر ۲٫۴ متر در مرحله اول خود چهار موتور کلاستر شده سوخت مایع دارد که حدود ۱۴۴ تن رانش تولید میکند و ذوالجناح سوخت جامد با قطر ۱٫۵ متر بیش از نصف این میزان رانش را در مرحله اول خود تولید میکند.
نکته مهم دیگر در مورد پیشرانش ذوالجناح، استفاده از موتور مشابه در دو مرحله اول خود است. به گفته مهندس حسینی پیشران دو مرحله اول ذوالجناح از نظر طول و قطر مشابه بوده و فقط نازل مرحله دوم متفاوت با مرحله اول و متناسب با ارتفاع عملیاتی مربوط طراحی شده است.
این امر به خودی خود سبب کاهش هزینه و زمان توسعه محصول و نیز افزایش قابلیت اطمینان می شود هر چند که نسبت به یک طراحی اختصاصی برای ارتفاع مذکور ممکن است کمتر بهینه باشد. مرحله اول ذوالجناح فاقد بالک بوده ولی در مرحله دوم چهار بالک پایدارساز کوچک نصب شده است.
مقایسه محدوده قابل استفاده برای پرتاب ماهوارهبر در صورت استفاده پایگاه سمنان (محدوده مشکی) و جنوب شرق کشور (محدوده زرد رنگ)
کنترل ماهوارهبر ذوالجناح بر اساس بردار رانش در تمامی مراحل است. در مراحل اول و دوم از بالکهای کنترلی نصب شده در نازل استفاده می شود که روش پایه این نوع کنترل در موتورهای راکتی کشور است. در مرحله سوم چرخش کل دو نازل موجود، طبق روش مرسوم در مرحله دوم ماهوارهبر سفیر-۱ رخ می دهد.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
در آینده قرار است نمونههای قویتر ذوالجناح با توسعه پیشرانهای سوخت جامد آماده شوند که به طور دقیقتر باید گفت با ارتقاء ضربه ویژه موتور همراه خواهد بود.
همچنین استفاده از بدنههای سبکتر و احتمالا از مواد غیر فلزی نیز در دستور کار است که به افزایش قابل توجه محموله قابل حمل منجر میشود.
استفاده از نازلهای متحرک که سبب حذف اتلاف انرژی جنبشی گازهای خروجی از پیشران در اثر برخورد با بالکهای نصب شده در دهانه نازل در روش فعلی کنترل بردار رانش میشود مانند موتور سلمان در ماهوارهبر قاصد-۱ سپاه نیز از دیگر ویژگیهای نمونههای بعدی خانواده ماهوارهبرهای ذوالجناح است که همه موارد گفته شده سبب بهبود محموله قابل حمل با آن میشود.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”
افزایش سرعت برنامه فضایی ایران به صورت مطمئنتر و ارزانتر در شرایطی که کشورهای متعددی در حال ورود به عرصه پرتابهای فضایی هستند مانند اسپانیا، برزیل، آرژانتین و بازیگران متعددی هم در کمتر از یک دهه اخیر از کشورهای کوچکی مانند نیوزلند تا شرکتهای خصوصی در کشورهای مطرح دنیا به عرصه پرتابهای فضایی وارد شدهاند به یک الزام جدی تبدیل شده که امید میرود با حمایت تمام و کمال از کل برنامه فضایی و خصوصاً ماهوارهبر ذوالجناح هر چه سریعتر صورت پذیرد.”قدرت ماهوارهبرهای ایرانی چندبرابر شد”