از مدار پارک تا مدار نهایی؛ مأموریت سامان در فضا

به گزارش روایت فردا برای دستیابی به جهان بیکران علاوه بر ارسال ماهواره ها به فضا، باید مجموعه‌ای از زیرسامانه ها را نیز در مدارهای مختلف قرار داد تا بتوانند از ماهواره‌هایی که به آسمان پرتاب می‌شوند، پشتیبانی کنند که یکی از این زیرسامانه ها، بلوک انتقال مداری سامان است.

این بلوک در واقع یک سفینه فضایی است که برای انتقال مداری در ارتفاع‌های بالا استفاده می‌شود. معمولاً ماهواره‌هایی که در ارتفاع بالا تزریق می‌شوند، ابتدا به یک بلوک انتقال مدار متصل شده و در مدار پایین (مدار پارکینگ) تزریق می‌شوند. سپس توسط همان بلوک، به مدار بالاتر منتقل می‌شوند.

بلوک‌های انتقال مداری انواع مختلفی دارند؛ برخی با سوخت مایع، برخی با سوخت جامد، و اخیراً با پیشران‌های الکتریکی نیز طراحی شده‌اند. بلوک «سامان ۱» از نوع سوخت جامد است. نسخه اول آن در آذرماه سال گذشته پرتاب شد. بخشی از سیستم‌های آن تأیید شد و بخشی دیگر نیاز به اصلاح داشت.

گفتنی است، نمونه دوم این بلوک اکنون ساخته شده و آماده پرتاب است؛ برنامه‌ریزی برای پرتاب آن توسط موشک سیمرغ در حال انجام است. هدف این بلوک، انتقال ماهواره‌هایی با جرم ۵۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم از ارتفاع ۴۰۰ کیلومتر به ارتفاع ۷۰۰۰ کیلومتر است. البته پس از پرتاب بلوک دوم و بررسی ایرادات و انجام آزمایش‌ها، طراحی نهایی آن تکمیل شده و وارد فاز ساخت خواهد شد.

بلوک انتقال مداری سامان چیست؟

در روش تزریق مداری مبتنی بر این فناوری، حامل، بلوک انتقال مداری و ماهواره متصل به آن را در مدار اولیه ای موسوم به مدار پارک قرار داده و بلوک انتقال مداری، ماهواره را از مدار اولیه به مدار نهایی منتقل می کند. همچنین این سامانه قابلیت اصلاح مداری را نیز دارد و می تواند دقت تزریق و همچنین قابلیت اطمینان آن را افزایش دهد.

با توجه به توانایی رو به توسعه کشور در حوزه حامل های ماهواره، یکی از ابزارهای قطعی مورد نیاز برای انجام مأموریت های فضایی چه در حوزه ماهواره ها به منظور قرار دادن ماهواره های مخابراتی در مدار و چه اکتشافات فضایی برای انجام مأموریت های اعماق فضا مانند ماه نشین و مریخ نورد؛ در اختیار داشتن بلوک های انتقال مداری با قابلیت اطمینان بالا و ماژولار است. از این رو، پروژه بلوک انتقال مداری سامان در پژوهشکده سامانه های حمل ونقل فضایی تعریف شد و تاکنون متخصصانی بسیار در این حوزه ماموریتی و تحقیق و توسعه فناوری های مرتبط با آن فعالیت داشته اند.

بلوک انتقال مداری سامان چگونه کار می کند؟

مشخصات فنی

بلوک انتقال مداری سامان کار خود را در مدار دایروی با شیب ۵۵ درجه آغاز خواهد کرد و ماهواره را در مدار بیضوی ۴۰۰ تا ۷۰۰۰ کیلومتری با شیب ۵۸ درجه تحویل خواهد داد.

زیرسیستم ها

بلوک انتقال مداری سامان اولین بلوک مرحله بالای کشور است که تاکنون مراحل مختلفی را در تحقیق و توسعه طی کرده است. تمامی تجهیزات بلوک توسط زیر سیستم سازه و مکانیزم، حمل و نگهداری می شود به منظور صحه گذاری بر طراحی سازهای این بلوک، سه مدل سازه ای، کیفی و پروازی ساخته شده که در آزمون های مربوطه مورد تایید قرار گرفته است.

ایستگاه های زمینی

بخش زمینی پروژه بلوک انتقال مداری سامان شامل ایستگاهای ارسال و دریافت تله کامند و تله متری در باندهای UHF/VHF است که با توجه به TRL بالای این فناوری در کشور، امید است این قسمت به خوبی وظیفه خود را انجام دهد. ایستگاه های زمینی چهار گله در نظر گرفته شده برای این ماموریت در تبریز، مشهد ماهشهر و قشم واقع شده اند که فرایند ساخت و تجهیز آنها رو به تکمیل است.

کامپیوتر پرواز

کامپیوتر پرواز بلوک انتقال مداری سامان که یکی از پیچیده ترین زیر سیستم های این سامانه است، دارای افزونه سرد بوده و وظیفه اجرای نرم افزار، داده برداری از تجهیزات مختلف بلوک، ذخیره داده ها و ارسال آنها به زمین از طریق لینک مخابراتی را برعهده دارد. کامپیوتر پرواز و نرم افزار مربوطه به منظور توانمندسازی بخش خصوصی برون سپاری شده و تحت سخت گیرانه ترین آزمون های محیطی و عملکردی مورد سنجش قرار گرفته است.

جدایش

سیستم های جدایش به طور کلی در دو دسته سرد و گرم قابل تقسیم هستند. در سیستم جدایش گرم از پیچ های انفجاری استفاده می شود که شوک ناشی از آن ها می تواند به محموله آسیب برساند. به علاوه، این سیستم ها ایمنی نسبتا پایینی دارد و می تواند برای فرد نصب کننده و گروه پرتاب مشکل آفرین باشد.

سیستم جدایش سرد نیز به چند صورت وجود دارد که ساده ترین آن ها، جدایش از طریق رها کردن تسمه و پیچیده ترین آنها که توسط پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی توسعه پیدا کرده به سیستم لایت بند (Light Band) معروف است. این سیستم علاوه بر امنیت و راحتی نصب، قابلیت اطمینان بالایی داشته و خطای جداسازی (اعم از سرعت زاویه ای و...) را به حداقل ممکن می رساند. شوک ناشی از این جدایش بسیار کم بوده و قابلیت استفاده روی انواع محموله های حساس را دارد.

کنترل وضعیت

نشانه روی بلوک انتقال مداری و هم چنین پایدارسازی آن جزو موارد اصلی در انتقال مدار است که باید با دقت مناسبی صورت گیرد. بدین منظور، از سنسورهای مختلفی از جمله سنسور ستاره نگر، GPS، IMU استفاده شده است. داده های این سنسورها به منظور کنترل وضعیت استفاده می شود و برای اعمال فرامین کنترلی از تراسترهای گاز سرد استفاده می شود.

مشخصات و شرح الزامات بدین شرح است: نیروی رانش مورد نیاز ۴ نیوتون؛ زمان کلی عملکرد ۸۰۰ ثانیه؛ سامانه پیشرانش گاز سرد؛ عملکرد پایا و پالسی با قابلیت خاموش و روشن شدن مکرر.

در این زیر سیستم علاوه بر انجام آزمون های کارکردی و محیطی بر روی تجهیزات استفاده شده، آزمون های نرم افزار در حلقه و سخت افزار در حلقه به منظور صحه گذاری الگوریتم های تهیه شده انجام شده است.

کنترل حرارت

زیر سیستم کنترل حرارت بلوک انتقال مداری شامل سنسورها و عایق است و با توجه به زمان عملیات و عدم تولید توان، استفاده از هیتر برای این سامانه مناسب نیست. برای این منظور، شبیه سازی های دقیقی از حرارت و تشعشعات در قالب تعامل با دانشگاه صورت گرفته است.

تله متری و تله کامند

به منظور ارسال فرمان و دریافت داده های سلامت بلوک انتقال مداری از باندها UHF/VHF استفاده می شود. این لینک ها همه جهته بوده و برای همین امکان ارتباط گیری آسان و بدون جهت گیری خاص فراهم است. لینک تله متری، وظیفه انتقال داده رو به پایین با سرعت ۲۰kbps را دارد. این اطلاعات پس از دریافت از طریق ایستگاه های زمینی به مرکز کنترل مأموریت به منظور پردازش و تصمیم گیری انتقال پیدا می کنند.

محموله

این بلوک حاصل ماهواره ناوک است که در مدار ۴۰۰ تا ۷۰۰۰ کیلومتری تزریق خواهد شد.

توان

تامین توان الکتریکی بلوک یکی از موارد مهمی است که به دلیل نبود پل خورشیدی برای شارژ باتری ها باید به صورت دقیق محاسبه شده و به میزان کافی، باتری برای تکمیل ماموریت حمل شود. برای این منظور بیش از ۱۲۰۰۰ وات برای مصرف بلوک در نظر گرفته شده که این باتری ها در حال حاضر برای استفاده در مأموریت آماده هستند.

مرکز کنترل ماموریت

برای پروژه بلوک انتقال مداری سامان، یک مرکز کنترل ماموریت مجهز در نظر گرفته شده که امکان استفاده مجدد در سایر پروژه های فضایی را نیز دارد. این مرکز که در پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی واقع شده، به چهار ایستگاه زمینی متصل است و امکان تبادل داده بین بلوک و زمین از طریق آن فراهم است.

پیشرانش

پیشرانش بلوک انتقال مداری سامان به دو بخش تقسیم می شود.

۱) موتور سوخت جامد کروی. ۲) تراسترهای کنترل وضعیت گاز سرد.

برای ورود به مدار نهایی به موتوری قدرتمند با اعمال نیروی بسیار زیاد در زمان کوتاه نیاز خواهد بود که برای این منظور از موتورهای کروی خانواده آرش استفاده شده است. برای بخش کنترل وضعیت نیز از ۱۲ تراستر با تر است کم استفاده شده تا بتوان با دقتی بالا نشانه روی کرده و ماهواره را در مدار مدنظر تزریق کرد.

دستاوردها

اهم دستاوردهای فنی این پروژه عبارت اند از: دستیابی به دانش طراحی موتورهای سوخت جامد فضایی با ضربه ویژه ۲۸۹ ثانیه و نسبت سازه بسیار پایین. دستیابی به فناوری تست موتورهای فضایی در شرایط خلا با استفاده از دیفیوزر خلا، دستیابی به عایق EPDM برای استفاده در پیشران های فضایی، دستیابی به فناوری شکل دهی تیتانیوم گرید ۵ (به عنوان فناوری سطح بالا در دنیا)، دستیابی به فناوری جوشکاری تیتانیوم با استفاده از میکرو پلاسما، دستیابی به دانش کنترل وضعیت سه محوره با استفاده از تراسترهای فضایی، دستیابی به دانش تشخیص خرابی عملکرد سیستم کنترل وضعیت بلوک در شرایط عملیات، دستیابی به فناوری طراحی و ساخت سیستم جدایش لایت بند و دستیابی به فناوری ساخت مخازن تحت فشار کامپوزیتی با لایتر تیتانیومی.

انتهای پیام/