پرتاب فالکون ۹ و بازگشت بیست‌وششمین پرواز یک تقویت‌کننده

پرتابی در سحرگاه کالیفرنیا

در ساعت ۳:۲۵ بامداد به وقت ساحل شرقی آمریکا (۰۷:۲۵ به وقت گرینویچ)، یک موشک فالکون ۹ (Falcon 9) شرکت اسپیس‌ایکس از سکوی پرتاب ۴E در پایگاه نیروی فضایی واندنبرگ در کالیفرنیا به آسمان رفت. این پرتاب، بیست‌وهفت ماهواره از گروه ۱۵-۱۶ منظومه استارلینک (Starlink Group 15-16) را به مدار پایین زمین (Low Earth Orbit) رساند و تقویت‌کننده مرحله اول آن نیز با موفقیت بر سکوی شناور فرود نشست.

آنچه این مأموریت را از یک پرتاب معمولی جدا می‌کند، سابقه تقویت‌کننده آن است. تقویت‌کننده با شماره سریال B1082 در این پرواز بیست‌ویکمین مأموریت استارلینک خود و بیست‌وششمین پرواز کلی را تجربه کرد. پیش‌تر نیز در مأموریت‌هایی مانند USSF-62، پرتاب بیستم ماهواره‌های وان‌وب، NROL-145 و ترانسپورتر-۱۸ به کار رفته بود.

چگونه یک موشک دوباره به زمین می‌نشیند

حدود دو دقیقه و نیم پس از برخاستن، موتورهای تقویت‌کننده خاموش شدند و این بخش از موشک بدنه اصلی را رها کرد. در همین لحظه، مسیر خود را برای فرود بر سکوی شناور «آف کورس آی استیل لاو یو» (Of Course I Still Love You) در اقیانوس آرام تنظیم کرد. این سکو در واقع یک کشتی رباتیک است که موتورهای خود را برای حفظ موقعیت دقیق در میان موج‌ها به کار می‌گیرد.

فرود در زمان ۸ دقیقه و ۲۳ ثانیه پس از پرتاب انجام شد؛ یعنی چند ثانیه پیش از آنکه مرحله دوم فالکون ۹ نخستین احتراق (burn) موتور خود را کامل کند. برای انجام این کار، تقویت‌کننده از سه سامانه کلیدی بهره می‌برد: باله‌های شبکه‌ای (grid fins) که در جو رقیق برای کنترل جهت پرواز باز می‌شوند، پایه‌های فرود که پیش از نشستن باز می‌شوند، و رانش معکوس (retro-propulsion) که با روشن کردن مجدد موتورها سرعت سقوط را کاهش می‌دهد. همه این‌ها در حالی رخ می‌دهد که تقویت‌کننده با سرعت مافوق صوت وارد جو می‌شود و دمای سطح آن به شدت بالا می‌رود.

مدار پایین زمین و اهمیت دایره‌سازی مسیر

مرحله دوم فالکون ۹ حدود ۵۳ دقیقه پس از برخاستن، موتور خود را برای بار دوم روشن کرد. این احتراق تنها سه ثانیه طول کشید، اما نقشی حیاتی داشت: تبدیل مسیر بیضی‌شکل پرتاب به یک مدار دایره‌ای. به این کار دایره‌سازی مدار (circularization) گفته می‌شود.

برای درک این موضوع، بیندیشید که توپی را با نیرو پرتاب می‌کنید؛ مسیر آن یک قوس بیضی است که در نهایت به زمین می‌رسد. اگر توپ را با سرعت کافی و در ارتفاع مناسب پرتاب کنید، انحنای مسیر آن با انحنای سطح زمین هم‌خوان می‌شود و توپ عملاً هرگز به زمین نمی‌رسد. این همان چیزی است که «مدار» نامیده می‌شود. سرعت لازم برای ماندن در مدار پایین زمین حدود ۷.۶ کیلومتر بر ثانیه است؛ یعنی نزدیک به ۲۷ هزار کیلومتر بر ساعت. ماهواره‌های استارلینک در ارتفاعی حدود پانصد کیلومتری زمین قرار می‌گیرند، جایی که زمان رفت‌وبرگشت سیگنال بسیار کوتاه‌تر از ماهواره‌های زمین‌آهنگ است و همین امر اینترنت ماهواره‌ای را برای کاربردهای همزمان مانند تماس تصویری امکان‌پذیر می‌کند.

منظومه‌ای با بیش از یازده هزار ماهواره

شبکه استارلینک اسپیس‌ایکس اکنون بیش از یازده هزار فضاپیمای فعال را در بر می‌گیرد. این عدد، مقیاس مهندسی این پروژه را نشان می‌دهد: ساختن یک ماهواره کار دشواری نیست، اما ساختن، پرتاب، هدایت و نگهداری هزاران ماهواره به‌صورت هماهنگ، مسئله‌ای کاملاً متفاوت است. هر ماهواره باید بتواند موقعیت خود را حفظ کند، از برخورد با دیگر اجرام بپرهیزد و در پایان عمر مفید خود به شکلی کنترل‌شده از مدار خارج شود.

با این حال، آهنگ افزودن ماهواره‌های جدید به مدار کمی کند شده است. دلیل اصلی این slowdown، تغییر تمرکز اسپیس‌ایکس به موشک بزرگ‌تر و قدرتمندتر استارشیپ (Starship) است. فرایند بازنشستگی فالکون ۹ رسماً آغاز شده و بخشی از آن، پایان دادن به پرتاب‌های استارلینک از ایالت فلوریدا در سال جاری بوده است.

چرا فرود روی دریا و نه روی خشکی

پرسشی که ممکن است برای دانشجوی علاقه‌مند پیش بیاید این است که چرا تقویت‌کننده روی یک کشتی در میان اقیانوس فرود می‌آید و نه روی خشکی. پاسخ در محدودیت‌های سوخت و فیزیک پرواز نهفته است. پرتاب از پایگاه واندنبرگ در کالیفرنیا در جهت مکمل انجام می‌شود و مسیر پرواز بر فراز اقیانوس آرام قرار دارد. بازگرداندن تقویت‌کننده به ساحل، مصرف سوخت زیادی می‌طلبد و ظرفیت حمل بار مفید ماهواره را کاهش می‌دهد. سکوی شناور به موشک اجازه می‌دهد که پس از جدایش، مستقیماً در نقطه‌ای پایین‌تر از مسیر پرواز فرود بیاید و در مصرف سوخت صرفه‌جویی شود.

بازگشت‌پذیری و اقتصاد پرتاب‌های فضایی

مهم‌ترین دستاورد فنی فالکون ۹، قابلیت استفاده مجدد (reusability) است. پیش از این، هر موشک تنها یک بار استفاده می‌شد و پس از آن به‌عنوان زباله در دریا فرومی‌رفت. اما وقتی یک تقویت‌کننده بتواند بیست‌وشش بار پرواز کند، هزینه ساخت آن میان چند مأموریت تقسیم می‌شود و قیمت هر کیلوگرم بار مفید در مدار به‌شدت کاهش می‌یابد. همین کاهش هزینه است که پروژه‌هایی مانند منظومه‌های بزرگ مخابراتی را از نظر اقتصادی امکان‌پذیر کرده است.

البته استفاده مجدد تنها به فرود محدود نمی‌شود. میان هر دو پرواز، تقویت‌کننده باید بازرسی، تمیزکاری و در صورت نیاز تعمیر شود؛ مجموعه‌ای از فرایندها که خود یک صنعت کامل به شمار می‌آید.

نگاهی به آینده

مأموریت اخیر، صد و هفدهمین پرتاب فالکون ۹ در سال جاری میلادی بود و حدود سه‌چهارم آن‌ها به منظومه استارلینک اختصاص داشت. این آمار نشان می‌دهد که پرتاب ماهواره دیگر یک رویداد نادر و خبرساز نیست، بلکه به فعالیتی روزمره و صنعتی تبدیل شده است.

با این حال، گسترش سریع منظومه‌های ماهواره‌ای پرسش‌های مهمی را نیز پیش می‌آورد. از یک سو، خطر برخورد و تولید پسماند فضایی (space debris) که می‌تواند برای دهه‌ها مدار زمین را ناامن کند، و از سوی دیگر، تأثیر نور ماهواره‌ها بر رصدهای نجومی. در سال‌های آینده، توسعه فناوری فضایی بدون پاسخ به این پرسش‌ها ممکن نخواهد بود.