موشک غول‌پیکر SLS؛ سفر فضایی به اعماق فضا

موشک Space Launch System (SLS)، ساخته‌شده توسط ناسا، قدرتمندترین موشک تاریخ بشر است که برای مأموریت‌های عمیق فضایی، به‌ویژه در برنامه آرتمیس، طراحی شده است. این موشک با توانایی ارسال فضاپیمای اوریون، فضانوردان، و بارهای سنگین به ماه و فراتر از آن، نقش کلیدی در بازگشت انسان به ماه و آماده‌سازی برای مأموریت‌های مریخ ایفا می‌کند. SLS با بهره‌گیری از فناوری‌های شاتل فضایی و طراحی نوآورانه، نقطه عطفی در اکتشافات فضایی است.

موشک SLS چیست؟

Space Launch System (SLS) یک موشک فوق سنگین است که توسط ناسا برای مأموریت‌های سرنشین‌دار و رباتیک به مقاصد دوردست مانند ماه و مریخ توسعه یافته است. SLS تنها موشکی است که می‌تواند فضاپیمای اوریون، فضانوردان، و بارهای بزرگ را در یک پرتاب مستقیماً به ماه ارسال کند. این موشک در پیکربندی‌های مختلف (Block 1، Block 1B، و Block 2) طراحی شده که هر کدام ظرفیت‌های متفاوتی دارند. SLS در نوامبر 2022 با موفقیت مأموریت بدون سرنشین آرتمیس 1 را انجام داد و راه را برای مأموریت‌های سرنشین‌دار هموار کرد.

آشنایی با جزئیات فنی SLS؛ قدرتمندترین موشک ساخته‌شده توسط بشر

موشک SLS در پیکربندی Block 1 ارتفاعی 98 متری (بلندتر از مجسمه آزادی) و وزن 2.6 میلیون کیلوگرم دارد. این موشک 8.8 میلیون پوند رانش تولید می‌کند که 15% بیشتر از موشک ساترن V است. هسته اصلی آن با قطر 8.4 متر، 730,000 گالن هیدروژن و اکسیژن مایع را ذخیره می‌کند. دو بوستر جامد پنج‌قسمتی، 75% رانش اولیه را تأمین می‌کنند. مرحله بالایی موقت (ICPS) در Block 1 و مرحله بالایی اکتشافی (EUS) در Block 1B و Block 2، برای تزریق به مدارهای دوردست استفاده می‌شوند.

اهداف ساخت

هدف اصلی موشک SLS فراهم کردن توانایی پرتاب برای مأموریت‌های عمیق فضایی، از جمله بازگشت انسان به ماه در برنامه آرتمیس و آماده‌سازی برای مأموریت‌های مریخ است. این موشک برای ارسال فضانوردان، تجهیزات سنگین، و ماژول‌های ایستگاه فضایی به مدار ماه و فراتر طراحی شده است. SLS همچنین از مأموریت‌های علمی رباتیک به مقاصدی مانند مریخ، زحل، و مشتری پشتیبانی می‌کند. طراحی قابل‌توسعه آن امکان انجام مأموریت‌های متنوع با پیچیدگی کمتر را فراهم می‌کند.

بررسی مراحل پرتاب موشک SLS از زمین تا مدار

پرتاب SLS شامل چندین مرحله است: پس از ignition، چهار موتور RS-25 و دو بوستر جامد موشک را از سکوی 39B در مرکز فضایی کندی بلند می‌کنند. حدود 2 دقیقه پس از پرتاب، بوسترها جدا شده و هسته اصلی تا 8 دقیقه ادامه می‌دهد. سپس هسته اصلی جدا شده و مرحله بالایی ICPS یا EUS روشن می‌شود تا فضاپیما را به مدار زمین یا تزریق بین‌ماه (TLI) هدایت کند. در آرتمیس 1، ICPS اوریون را به مدار ماه رساند. این فرآیند دقیق با شبیه‌سازی‌های گسترده آزمایش شده است.

ظرفیت حمل بار و رانش موتورهای SLS

SLS Block 1 می‌تواند 27 تن (59,500 پوند) به تزریق بین‌ماه و 95 تن به مدار پایین زمین (LEO) حمل کند. Block 1B با EUS ظرفیت را به 38 تن (84,000 پوند) برای TLI و Block 2 به 46 تن (101,400 پوند) افزایش می‌دهد. رانش 8.8 میلیون پوندی در Block 1 و 9.4 میلیون پوندی در Block 2 توسط چهار موتور RS-25 و بوسترهای جامد تأمین می‌شود. هر بوستر 1.6 میلیون پوند سوخت مصرف و 6 تن در ثانیه می‌سوزاند.

مقایسه با موشک‌های تاریخی و مدرن

موشک SLS در مقایسه با ساترن V (7.5 میلیون پوند رانش، 48.6 تن به TLI) قدرت و ظرفیت بیشتری دارد. در برابر فالکون هوی اسپیس‌اکس (5.1 میلیون پوند رانش، 27 تن به TLI)، SLS بار بیشتری حمل می‌کند اما گران‌تر است. استارشیپ اسپیس‌اکس با 17 میلیون پوند رانش و ظرفیت 150 تن به LEO، قابل‌استفاده مجدد است، درحالی‌که SLS یک‌بارمصرف است. موشک SLS برای مأموریت‌های خاص ناسا بهینه شده، درحالی‌که استارشیپ برای کاربردهای گسترده‌تر طراحی شده است.

ساختار کلی مراحل اول و دوم SLS

مرحله اول (هسته اصلی) با قطر 8.4 متر، شامل مخازن هیدروژن و اکسیژن مایع و چهار موتور RS-25 است. دو بوستر جامد پنج‌قسمتی به آن متصل‌اند. مرحله دوم در Block 1 شامل ICPS با یک موتور RL10B-2 است که برای مأموریت‌های اولیه استفاده می‌شود. در Block 1B و Block 2، EUS با چهار موتور RL10C-3 (قابل‌ارتقا به RL10C-X) جایگزین ICPS می‌شود. EUS ظرفیت حمل بار را 40% افزایش می‌دهد. تمام مراحل توسط فناوری‌های پیشرفته جوشکاری در Michoud Assembly Facility ساخته می‌شوند.

موتورهای RS-25؛ قلب پیشران موشک

موتورهای RS-25، که از شاتل فضایی به‌ارث برده شده‌اند، قلب موشک SLS هستند. هر موتور 512,000 پوند رانش تولید کرده و با هیدروژن و اکسیژن مایع کار می‌کند. 16 موتور بازسازی‌شده از شاتل برای چهار پرتاب اولیه استفاده می‌شوند، و Aerojet Rocketdyne موتورهای جدید با کنترل‌کننده‌های پیشرفته تولید می‌کند. آزمایش‌های Green Run در سال 2021 عملکرد آنها را در شرایط پرواز تأیید کرد. این موتورها تا 113% توان نامی کار می‌کنند.

استفاده مجدد از فناوری‌های شاتل فضایی

موشک SLS از فناوری‌های شاتل فضایی مانند موتورهای RS-25، بوسترهای جامد (با یک بخش اضافی)، و طراحی مخزن خارجی بهره می‌برد. این رویکرد هزینه و زمان توسعه را کاهش داد، اما بوسترها برخلاف شاتل یک‌بارمصرف هستند. استفاده از فناوری‌های آزمایش‌شده، قابلیت اطمینان را افزایش داد، اما محدودیت‌هایی مانند تعداد بوسترهای موجود (برای 8 پرتاب) ایجاد کرد. برنامه BOLE برای توسعه بوسترهای جدید در Block 2 این مشکل را حل می‌کند.

سامانه‌های کنترلی و ناوبری پیشرفته در SLS

SLS از سامانه‌های اویونیک پیشرفته، توسعه‌یافته در مرکز مارشال ناسا، برای کنترل و ناوبری استفاده می‌کند. این سیستم‌ها شامل کامپیوترهای پرواز، حسگرها، و نرم‌افزارهایی هستند که مسیر موشک را با دقت بالا تنظیم می‌کنند. موتورهای RS-25 قابلیت تنظیم جهت (gimballing) دارند تا موشک را در مسیر نگه دارند. آزمایش‌های Green Run و شبیه‌سازی‌ها، عملکرد این سیستم‌ها را تأیید کردند. این فناوری‌ها امکان پرتاب‌های ایمن و دقیق به مقاصد دوردست را فراهم می‌کنند.

پرتاب آزمایشی آرتمیس 1؛ موفقیت تاریخی موشک SLS

آرتمیس 1 در 16 نوامبر 2022 با موفقیت از مرکز فضایی کندی پرتاب شد. این مأموریت بدون سرنشین، فضاپیمای اوریون را به مدار ماه فرستاد و عملکرد SLS را تأیید کرد. موشک 8.8 میلیون پوند رانش تولید کرد و اوریون را به فاصله 280,000 مایلی از زمین رساند. علی‌رغم تأخیرهای اولیه به دلیل مشکلات فنی، این پرتاب SLS را به‌عنوان قدرتمندترین موشک عملیاتی جهان معرفی کرد.

برنامه‌های آتی ناسا برای SLS

ناسا برای آرتمیس 2 (2026، سرنشین‌دار)، آرتمیس 3 (2027، فرود ماه)، و آرتمیس 4 (2029، با EUS) برنامه‌ریزی کرده است. پس از آرتمیس 4، عملیات به Deep Space Transport LLC (بوئینگ و نورثروپ گرامن) منتقل می‌شود. Block 2 برای مأموریت‌های مریخ و سیارات خارجی در دهه 2030 توسعه می‌یابد. بااین‌حال، پیشنهاد بودجه 2026 دولت ترامپ برای لغو SLS پس از آرتمیس 3، آینده آن را نامشخص کرده است.

چگونگی آمادگی سکوی پرتاب برای SLS

سکوی پرتاب 39B در مرکز فضایی کندی برای موشک SLS بازسازی شد. این سکو با Mobile Launcher 1 (ML-1) و خزنده‌های حمل‌ونقل، موشک را از Vehicle Assembly Building به محل پرتاب منتقل می‌کند. آزمایش‌های لباس مرطوب (wet dress rehearsal) مسیر پرتاب را شبیه‌سازی کردند. Mobile Launcher 2 برای Block 1B در حال ساخت است، اما هزینه‌های آن (2.5 میلیارد دلار) و تأخیر تا 2029 چالش‌هایی ایجاد کرده است.

مزایای طراحی چندمرحله‌ای در SLS

طراحی چندمرحله‌ای SLS امکان جداسازی بخش‌های مصرف‌شده (بوسترها و هسته اصلی) را فراهم می‌کند، که وزن را کاهش داده و کارایی را افزایش می‌دهد. بوسترها رانش اولیه را تأمین می‌کنند، هسته اصلی به مدار زمین می‌رسد، و مرحله بالایی تزریق به مقاصد دوردست را انجام می‌دهد. این طراحی، که توسط تحلیل‌های Vehicle Analysis Branch ناسا بهینه شده، برای مأموریت‌های سنگین و دوردست ضروری است.

مأموریت‌های سرنشین‌دار فراتر از ماه

SLS برای مأموریت‌های سرنشین‌دار به مریخ و سیارات خارجی طراحی شده است. Block 1B و Block 2 با EUS می‌توانند ماژول‌های اقامتی، مریخ‌نورد و تجهیزات سنگین را به مدار مریخ ارسال کنند. مفهوم Mars Base Camp لاکهید مارتین، که از اوریون و SLS استفاده می‌کند، یک پایگاه مداری برای مریخ پیشنهاد می‌دهد. این مأموریت‌ها به فناوری‌های پیشرفته مانند پیشران هسته‌ای نیاز دارند.

سیستم‌های ایمنی و بازیابی در طراحی SLS

موشک SLS شامل سیستم‌های ایمنی مانند Launch Abort System (LAS) برای اوریون است که توسط نورثروپ گرامن ساخته شده و در مواقع اضطراری کپسول را جدا می‌کند. تحلیل‌های Vehicle Analysis Branch ناسا از برخورد قطعات جدا شده جلوگیری می‌کند. برخلاف شاتل، بوسترها و هسته اصلی SLS بازیابی نمی‌شوند، اما طراحی آنها ایمنی پرتاب را تضمین می‌کند. آزمایش‌های گسترده، ایمنی را تأیید کرده‌اند.

همکاری ناسا با شرکت بوئینگ و لاکهید در توسعه موشک SLS

بوئینگ مراحل اصلی و اویونیک SLS را در Michoud Assembly Facility می‌سازد، درحالی‌که لاکهید مارتین فضاپیمای اوریون را توسعه داده است. United Launch Alliance (مشترک بوئینگ و لاکهید) ICPS را تأمین می‌کند. این همکاری‌ها از تخصص شاتل فضایی بهره می‌برند، اما مشکلات مدیریتی بوئینگ تأخیرهایی ایجاد کرده است. نورثروپ گرامن نیز بوسترها را تولید می‌کند.

هزینه‌بر بودن SLS؛ فرصت یا چالش؟

هزینه موشک SLS، حدود 4 میلیارد دلار به‌ازای هر پرتاب، و بودجه توسعه 18 میلیارد دلاری تا 2017، انتقادهایی را برانگیخته است. بودجه 2026 دولت ترامپ SLS را «بسیار گران» خوانده و پیشنهاد لغو آن را داده است. بااین‌حال، حامیان معتقدند توانایی منحصربه‌فرد SLS برای مأموریت‌های سنگین، هزینه‌ها را توجیه می‌کند. انتقال به سیستم‌های تجاری ارزان‌تر ممکن است جایگزین شود، اما قابلیت‌های SLS بی‌رقیب است.

تفاوت‌های کلیدی میان SLS و استارشیپ اسپیس‌اکس

SLS یک‌بارمصرف است و برای مأموریت‌های خاص ناسا با ظرفیت 46 تن به TLI طراحی شده، درحالی‌که استارشیپ قابل‌استفاده مجدد است و 150 تن به LEO حمل می‌کند. SLS از فناوری‌های آزمایش‌شده شاتل استفاده می‌کند، اما استارشیپ با موتورهای رپتور و طراحی نوآورانه ارزان‌تر است. SLS برای آرتمیس بهینه شده، اما استارشیپ کاربردهای گسترده‌تری دارد.

نقش SLS در گسترش ایستگاه‌های فضایی در مدار ماه

موشک SLS برای ارسال ماژول‌های Lunar Gateway، مانند HALO و Lunar I-Hab، به مدار ماه طراحی شده است. در آرتمیس 4، Block 1B ماژول Lunar I-Hab را به Gateway تحویل می‌دهد. این ایستگاه به‌عنوان پایگاه عملیاتی برای مأموریت‌های ماه و مریخ عمل می‌کند. توانایی SLS در حمل بارهای بزرگ، ساخت Gateway را ممکن کرده است.

چشم‌انداز ناسا برای پرواز به مریخ با کمک SLS

ناسا مریخ را به‌عنوان هدف نهایی برنامه Moon to Mars می‌بیند. SLS Block 2 می‌تواند ماژول‌های اقامتی، روورها، و تجهیزات را به مدار مریخ ارسال کند. مفاهیمی مانند Mars Base Camp از SLS برای ایجاد پایگاه مداری استفاده می‌کنند. بااین‌حال، مأموریت‌های مریخ به پیشران‌های هسته‌ای و زیرساخت‌های بیشتری نیاز دارند که SLS می‌تواند حمل کند.

قابلیت‌های در حمل تجهیزات علمی و رباتیک

SLS می‌تواند تلسکوپ‌های بزرگ، کاوشگرهای سنگین، و تجهیزات علمی را به مقاصدی مانند ماه، مریخ، و سیارات خارجی ارسال کند. در آرتمیس 1، SLS چندین CubeSat را برای آزمایش‌های علمی به فضای عمیق فرستاد. Block 1B و Block 2 با ظرفیت بیشتر، مأموریت‌هایی مانند کاوش قمرهای زحل یا مشتری را ممکن می‌کنند.

موشک SLS ستون فقرات برنامه آرتمیس است که هدف آن بازگشت انسان به ماه و ایجاد حضور پایدار است. این موشک اوریون، فضانوردان، و ماژول‌های Gateway را به مدار ماه می‌رساند. آرتمیس 2 اولین مأموریت سرنشین‌دار و آرتمیس 3 اولین فرود زن و فرد رنگین‌پوست را ممکن می‌کند. موفقیت آرتمیس 1 نشان داد که SLS آماده تحقق این اهداف است.

منبع: ابرار صنعتی