ایپرون؛ نخستین هواپیمای فضایی کلاس دلتای ویرجین گالکتیک

صنعت گردشگری فضایی سال‌ها است که میان وعده و واقعیت معلق مانده است. وعده‌ای که می‌گوید انسان معمولی می‌تواند بلیتی بخرد، به ارتفاع صد کیلومتری زمین برود، چند دقیقه بی‌وزنی را تجربه کند و بازگردد. شرکت ویرجین گالکتیک روز چهارشنبه ۲۸ اکتبر، نخستین نمونه از نسل تازه هواپیماهای فضایی خود را با نام ایپرون (Apeiron) رونمایی کرد؛ نمونه‌ای که جایگزین وی‌اس‌اس یونیتی، وسیله پیشین این شرکت، می‌شود و به گفته مسئولان آن، مسیر بازگشت ویرجین به بازار پروازهای سرنشین‌دار را هموار می‌کند.

نامی که از فلسفه یونان باستان آمده است

نام ایپرون از واژه‌ای یونانی به معنای «بی‌کران» یا «بی‌مرز» گرفته شده است. این واژه در تاریخ اندیشه جایگاه ویژه‌ای دارد: آناکسیماندر، فیلسوف مکتب میلتوس در سده ششم پیش از میلاد، ایپرون را به عنوان ماده یا اصل نخستین و بی‌کرانِ جهان معرفی کرد؛ سرچشمه‌ای که همه چیز از آن پدید می‌آید و همه چیز به آن بازمی‌گردد. انتخاب این نام از میان ۲۷۶ پیشنهاد کارکنان شرکت و سپس رأی‌گیری عمومی در ۸۳ کشور، تنها یک انتخاب تبلیغاتی نیست؛ نشان‌دهنده تلاش شرکت برای پیوند دادن ایده‌های بنیادین تفکر بشری با فناوری پرواز است.

پرواز زیرمداری چگونه کار می‌کند؟

برای درک اهمیت این وسیله، باید میان دو مفهوم کاملاً متفاوت تفکیک کرد: پرواز زیرمداری و پرواز مداری. رسیدن به مدار زمین به سرعت افقی بسیار بالایی نیاز دارد؛ ماهواره‌ها برای ماندن در مدار پایین زمین باید با سرعتی نزدیک به ۷٫۸ کیلومتر بر ثانیه حرکت کنند. انرژی جنبشی چنین حرکتی برای هر کیلوگرم محموله در حدود ۳۱ مگاژول است. در مقابل، برای بالا رفتن تا ارتفاع صد کیلومتری فقط باید بر میدان گرانش غلبه کرد؛ کاری که به انرژی پتانسیل حدود یک مگاژول بر کیلوگرم نیاز دارد. به عبارت دیگر، پرواز زیرمداری از نظر انرژی چیزی در حدود چند درصد یک پرواز مداری است. همین تفاوت توضیح می‌دهد که چرا بلیت چنین سفر کوتاهی صدها هزار دلار هزینه دارد، نه ده‌ها میلیون دلار.

نکته کلیدی این است که هواپیمای فضایی پس از پایان کار موتور، در مسیری سهمی‌شکل (پارابولیک) حرکت می‌کند. در تمام مدت این مسیر، وسیله و سرنشینان آن در حالت سقوط آزاد هستند؛ و سقوط آزاد، همان چیزی است که ما آن را بی‌وزنی می‌نامیم. بی‌وزنی به معنای نبود گرانش نیست؛ به معنای آن است که زمین و وسیله با شتاب یکسان به سمت پایین می‌روند و در نتیجه نیروی تماس میان بدن مسافر و صندلی از بین می‌رود. در پروازهای این کلاس، این حالت تنها چند دقیقه دوام دارد، زیرا وسیله باید پیش از بازگشت به جو، مسیر خود را کامل کند.

پرتاب هوایی؛ چرا از دل یک هواپیما؟

ویژگی متمایز معماری ویرجین گالکتیک، روش پرتاب است. هواپیمای فضایی به تنهایی از زمین برنمی‌خیزد؛ بلکه زیر بال یک هواپیمای حامل به نام وی‌ام‌اس ایو (VMS Eve) بسته می‌شود و تا ارتفاعی حدود ۱۵ کیلومتر بالا می‌رود، سپس جدا می‌شود و موتور موشکی خود را روشن می‌کند. این روش چند مزیت مهندسی دارد: نخست آنکه بخشی از انرژی و سوخت لازم برای صعود در همان مرحله با موتورهای جت تأمین می‌شود که بازدهی بهتری در جو دارند؛ دوم آنکه وسیله از ارتفاعی شروع می‌کند که هوا رقیق‌تر است و اصطکاک و فشار دینامیکی کمتری بر سازه وارد می‌شود؛ سوم آنکه نقطه پرتاب به موقعیت هواپیمای حامل وابسته است و می‌توان شرایط جوی را بهتر مدیریت کرد. شرکت‌هایی مانند بلواوریجین مسیر متفاوتی را انتخاب کرده‌اند و کپسول خود را به صورت عمودی از زمین پرتاب می‌کنند؛ دو فلسفه مهندسی متفاوت با دو مجموعه محدودیت متفاوت.

مرز فضا و مسئله تعریف

ایپرون مانند نسل پیشین خود برای عبور از مرز کارمن طراحی شده است؛ خطی فرضی در ارتفاع حدود صد کیلومتری که در آن سرعت لازم برای ایجاد نیروی برآ، از سرعت مداری بیشتر می‌شود و بنابراین مفهوم پرواز آیرودینامیکی معنای خود را از دست می‌دهد. این مرز، تعریفی فنی است، اما در عمل به یک مرجع حقوقی و بین‌المللی برای تفکیک «پرواز فضایی» از «پرواز جوی» تبدیل شده است. برخی نهادهای آمریکایی ارتفاع ۸۰ کیلومتر را نیز مرز فضا می‌دانند و همین اختلاف تعریف، گاه در تعیین اینکه چه کسی رسماً «فضانورد» است، نقش داشته است.

از یونیتی تا دلتا؛ درس‌های یک نسل

وی‌اس‌اس یونیتی میان تابستان ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۴ هفت ماموریت زیرمداری انجام داد و سپس پروازهای آن متوقف شد تا منابع شرکت بر توسعه کلاس دلتا متمرکز شود. این انتقال، نمونه‌ای روشن از چرخه عمر فناوری در صنایع نوپا است: یک نمونه اولیه عملیاتی، داده‌های ارزشمندی درباره ارتعاشات، بارهای حرارتی هنگام بازگشت به جو، رفتار سازه در شرایط بی‌وزنی و حتی آسایش مسافران تولید می‌کند، اما برای رسیدن به اقتصادی‌شدن باید طراحی از پایه بازبینی شود. کلاس دلتا با ظرفیت شش سرنشین و هدف انجام تا هشت پرواز در ماه برای هر وسیله طراحی شده است؛ عددی که اگر محقق شود، از نظر نرخ عملیات با استانداردهای هوایی تجاری فاصله کمتری خواهد داشت و به همان اندازه چالش‌های نگهداری، بازرسی و تأمین قطعات را جدی‌تر می‌کند.

اقتصاد پرواز فضایی و آینده

قیمت بلیت این پروازها از حدود ۲۰۰ هزار دلار در سال ۲۰۱۴ به حدود ۸۵۰ هزار دلار رسیده است؛ رقمی که هم نشان‌دهنده تقاضای موجود و هم هزینه‌های واقعی توسعه و عملیات است. بنابر گزارش‌های مالی شرکت، حدود ۶۷۵ نفر هنوز در صف انتظار هستند و بیش از صد نفر مرحله آماده‌سازی اولیه را آغاز کرده‌اند. بازگشت به پرواز سرنشین‌دار برای میانه سال ۲۰۲۷ هدف‌گذاری شده و نمونه دوم کلاس دلتا نیز در حال ساخت است. اما مسئله فراتر از یک کسب‌وکار تفریحی است: آزمایش‌های زیرمداری بستر ارزان و تکرارپذیری برای پژوهش‌های علمی فراهم می‌کنند؛ از بررسی رفتار سیالات در ریزگرانش و رشد بلورهای پروتئینی تا آزمودن سامانه‌های ناوبری و حسگرها پیش از ارسال به مدار. هر پرواز کوتاه، یک آزمایشگاه چند دقیقه‌ای در ارتفاعی است که دسترسی به آن با ماهواره یا ایستگاه فضایی هزینه و زمان بسیار بیشتری می‌طلبد.

در نهایت، ایپرون تنها یک وسیله نقلیه نیست؛ آزمونی برای این پرسش است که آیا سفر به مرز فضا می‌تواند از یک رویداد نادر به یک خدمت تکرارپذیر تبدیل شود یا نه. پاسخ این پرسش نه در رونمایی و نام‌گذاری، بلکه در داده‌های آزمایش‌های پروازی آینده و در قابلیت اطمینان سامانه‌های آن نهفته است.