راکت ولکان؛ مشخصات فنی و ظرفیت حمل بار

راکت ولکان، که به طور کامل ولکان سنتور نامیده می‌شود، یک راکت سنگین‌بر آمریکایی است که توسط شرکت اتحاد پرتاب‌های متحد (ULA) توسعه یافته تا جایگزین موشک‌های اطلس V و دلتا IV شود. این راکت با دو موتور BE-4 شرکت بلو اوریجین در مرحله اول و مرحله بالایی سنتور V، قابلیت حمل بارهای سنگین به مدارهای مختلف را دارد و برای مأموریت‌های ملی امنیتی، تجاری و علمی طراحی شده است. ولکان با قطر ۵.۴ متر و ارتفاع ۶۱.۲ متر، در چهار پیکربندی (با ۰، ۲، ۴ یا ۶ بوستر جامد GEM 63XL) عرضه می‌شود و ظرفیت حمل بار تا ۲۷.۲ تن به مدار پایین زمین را دارد.

ولکان با اولین پرتاب موفق در ژانویه ۲۰۲۴ و گواهی NSSL در مارس ۲۰۲۵، اکنون بخشی از ناوگان ULA است و نقش کلیدی در برنامه‌های آرتمیس ناسا و مأموریت‌های ماه و مریخ ایفا می‌کند. این راکت با همکاری بلو اوریجین و ULA، نمادی از پیشرفت فناوری پرتاب فضایی آمریکا است و با هدف کاهش هزینه‌ها و افزایش قابلیت اطمینان، رقابت سختی با فالکون ۹ اسپیس‌ایکس دارد.

مشخصات راکت ولکان

راکت ولکان سنتور با ارتفاع ۶۱.۲ متر و قطر ۵.۴ متر در مرحله اول، وزن پرتاب حدود ۱.۳ میلیون کیلوگرم دارد. مرحله اول با دو موتور BE-4 (هر کدام ۲۵۰۰ کیلونیوتن رانش در سطح دریا) کار می‌کند و تا ۶ بوستر جامد GEM 63XL (هر کدام ۲۰۴۴ کیلونیوتن رانش) برای افزایش قدرت استفاده می‌شود. مرحله بالایی سنتور V با قطر ۵.۴ متر و طول ۱۱.۷ متر، دو موتور RL10C (هر کدام ۱۰۶ کیلونیوتن رانش در خلأ) دارد و از هیدروژن مایع و اکسیژن مایع استفاده می‌کند.

ظرفیت حمل بار راکت ولکان به مدار پایین زمین ۲۷.۲ تن (با ۶ بوستر) و به مدار انتقال ژئوسنکرونوس ۶.۵ تن است. راکت با سیستم هدایت سنتور و قابلیت حمل بارهای چندگانه (مانند ABC برای کیوب‌ست‌ها)، برای مأموریت‌های پیچیده مناسب است.

پروژه ولکان در سال ۲۰۱۴ توسط ULA برای جایگزینی اطلس V و دلتا IV آغاز شد، به دلیل تحریم‌های روسیه علیه موتور RD-180 اطلس V. در سپتامبر ۲۰۱۴، ULA با بلو اوریجین برای توسعه موتور BE-4 قرارداد بست و در ۲۰۱۵، راکت را به عنوان NGLS معرفی کرد. در ۲۰۱۶، طراحی اولیه تأیید شد و سنتور III به سنتور V تغییر یافت. در ۲۰۱۷، ULA ۷۵ درصد بودجه را خصوصی تأمین کرد و در ۲۰۱۸، ۹۶۷ میلیون دلار از نیروی هوایی برای نمونه اولیه دریافت کرد. تأخیرها به دلیل مشکلات BE-4 رخ داد، اما اولین پرتاب در ژانویه ۲۰۲۴ موفقیت‌آمیز بود.

اهداف طراحی و توسعه ولکان

اهداف طراحی ولکان، ایجاد راکتی با هزینه کمتر (نصف اطلس V)، قابلیت حمل بار بالاتر (تا ۲۷.۲ تن به LEO) و انعطاف‌پذیری برای مأموریت‌های NSSL، تجاری و علمی است. توسعه با تمرکز بر فناوری آمریکایی (بدون RD-180) و همکاری با بلو اوریجین برای BE-4، خودکفایی را هدف قرار داد. ولکان برای پرتاب‌های قطبی و ژئوسنکرونوس با دقت بالا طراحی شد و با سنتور V، استقامت بالایی برای مدارهای پیچیده دارد. اهداف دیگر شامل کاهش هزینه به ۱۰۰ میلیون دلار برای نسخه پایه و ۱۳۰ میلیون برای سنگین، و قابلیت حمل بارهای چندگانه است. توسعه ولکان، ULA را برای رقابت با اسپیس‌ایکس آماده کرد و در برنامه آرتمیس ناسا نقش دارد.

نقش شرکت ULA در ساخت راکت ولکان

شرکت ULA، که از ۲۰۰۶ توسط بوئینگ و لاکهید مارتین اداره می‌شود، نقش اصلی در ساخت ولکان دارد و طراحی، مونتاژ و عملیات پرتاب را بر عهده گرفته است. ULA مرحله اول را در دکاتور آلاباما می‌سازد و سنتور V را در دنور کلرادو. شرکت با بودجه ۹۶۷ میلیون دلاری نیروی هوایی، نمونه اولیه را توسعه داد و با ۷۵ درصد بودجه خصوصی، هزینه‌ها را کاهش داد.

ULA با نورثروپ گرومن برای GEM 63XL و آئروجت راکتدین برای RL10 همکاری کرد. نقش ULA در گواهی NSSL در مارس ۲۰۲۵، ولکان را برای ۷۰ مأموریت آینده آماده کرد و شرکت را به رهبر پرتاب‌های ملی امنیتی تبدیل نمود.

بررسی موتورهای BE-4

موتورهای BE-4، ساخته بلو اوریجین، قلب تپنده مرحله اول ولکان هستند و دو موتور هر کدام ۲۵۰۰ کیلونیوتن رانش در سطح دریا و ۲۷۰۰ در خلأ تولید می‌کنند. این موتورها از متان مایع و اکسیژن مایع استفاده می‌کنند و با چرخه احتراق غنی از اکسیژن، کارایی ۳۶۰ ثانیه در سطح و ۳۴۵ در خلأ دارند. BE-4 با ارتفاع ۳.۶ متر و وزن ۱۸۰۰ کیلوگرم، اولین موتور متان‌محور آمریکایی است. توسعه BE-4 از ۲۰۱۱ با ۳۵۰ تست ثابت آغاز شد و در ۲۰۲۱ به ULA تحویل شد. این موتورها، ولکان را به راکتی با قدرت ۵۵۰ هزار پوند رانش تبدیل کردند و برای ۲۵ پرتاب سالانه آماده‌اند.

مرحله بالایی سنتور V، با قطر ۵.۴ متر و طول ۱۱.۷ متر، از فولاد ضدزنگ فشاری پایدار ساخته شده و دو موتور RL10C با ۱۰۶ کیلونیوتن رانش هر کدام دارد. این مرحله از هیدروژن مایع و اکسیژن مایع استفاده می‌کند و با خاصیت ضربه ۴۵۱ ثانیه، استقامت بالایی برای مدارهای ژئوسنکرونوس و فراتر دارد. سنتور V، که از سنتور III اطلس V تکامل یافته، با آویونیک سنتور، هدایت و کنترل را مدیریت می‌کند. طراحی آن برای حمل بارهای چندگانه (تا ۲۴ کیوب‌ست) و نسخه LEO بهینه‌شده در ۲۰۲۵ است. سنتور V، ولکان را برای مأموریت‌های پیچیده آماده می‌کند.

ساختار سوخت و پیشرانه‌ها

ساختار سوخت ولکان شامل متان مایع (LNG) و اکسیژن مایع برای مرحله اول (با دو BE-4) و هیدروژن مایع و اکسیژن مایع برای سنتور V است. مرحله اول ۱.۱ میلیون کیلوگرم سوخت حمل می‌کند و با ۶ GEM 63XL (هر کدام ۲۰۴۴ کیلونیوتن رانش) تقویت می‌شود. پیشرانه‌ها با چرخه احتراق غنی از اکسیژن BE-4 و RL10C سنتور V، کارایی بالایی دارند. سوخت متان، تمیزتر از RP-1 اطلس V است و تولید داخلی را تضمین می‌کند. پیشرانه‌ها ولکان را به راکتی با برد نامحدود برای مدارهای GEO تبدیل می‌کنند.

مقایسه ولکان با اطلس V و دلتا IV

ولکان با اطلس V (ظرفیت ۱۸.۸ تن به LEO) و دلتا IV هوی (۲۸.۸ تن به LEO) مقایسه می‌شود؛ ولکان با ۲۷.۲ تن، نزدیک دلتا IV است اما با هزینه ۱۳۰ میلیون دلار (در برابر ۱۸۰ میلیون اطلس V و ۳۵۰ میلیون دلتا IV هوی)، ارزان‌تر است. اطلس V با RD-180 روسی، وابستگی خارجی دارد، اما ولکان با BE-4 آمریکایی، خودکفاست. دلتا IV هوی سه هسته داشت، اما ولکان با سنتور V، دقت بالاتری برای مدارهای GEO دارد. ولکان هر دو را جایگزین می‌کند و با ۳۸ پرتاب سالانه، کارآمدتر است.

مقایسه با اسپیس‌ایکس فالکون 9

ولکان با فالکون ۹ (ظرفیت ۲۲.۸ تن به LEO) مقایسه می‌شود؛ ولکان ۲۷.۲ تن حمل می‌کند، اما فالکون ۹ با قابلیت بازاستفاده (هزینه ۶۲ میلیون دلار)، ارزان‌تر از ولکان (۱۳۰ میلیون) است. فالکون ۹ ۳۵۲ پرتاب با ۹۹.۱۸ درصد موفقیت دارد، در حالی که ولکان تازه گواهی NSSL گرفته. فالکون ۹ برای LEO بهینه است، اما ولکان با سنتور V، برای GEO (۶.۵ تن) و مأموریت‌های آرتمیس مناسب‌تر است.

اولین پرتاب‌های آزمایشی راکت ولکان

اولین پرتاب آزمایشی ولکان (Cert-1) در ۸ ژانویه ۲۰۲۴ با VC2S و Peregrine لندر ناسا موفقیت‌آمیز بود و سنتور V را به مدار ماه فرستاد. دومین پرتاب (Cert-2) در ۴ اکتبر ۲۰۲۴ با VC2S، با مشکل نازل GEM 63XL روبه‌رو شد، اما مدار قابل قبول رسید و در مارس ۲۰۲۵ گواهی NSSL گرفت. این پرتاب‌ها، ولکان را برای ۹ پرتاب در ۲۰۲۵ آماده کردند.

پرتاب‌های موفق ولکان شامل USSF-106 در ۱۲ اوت ۲۰۲۵ با VC4S و ماهواره NTS-3 نیروی فضایی بود که به GEO رسید. Cert-2 در ۲۰۲۴، با وجود مشکل، موفقیت‌آمیز بود. مأموریت‌های آینده شامل Kuiper 3 در سپتامبر ۲۰۲۵، DRACO Demo (USSF 25) در ۲۰۲۵، و Dream Chaser Cargo F1 در ۲۰۲۵ است.

نقش ولکان در پروژه‌های ماه و مریخ

ولکان نقش محوری در برنامه آرتمیس ناسا دارد، با پرتاب لندرهای CLPS (مانند Peregrine در Cert-1) و ماهواره‌های ارتباطی برای Gateway. سنتور V، با استقامت بالا، برای مدارهای ماه و مریخ بهینه است و ظرفیت ۶.۵ تن به GTO، آن را برای مأموریت‌های دور مناسب می‌کند. در ۲۰۲۵، ولکان Dream Chaser را به ISS می‌فرستد و در ۲۰۲۶، لندرهای آرتمیس III را پشتیبانی می‌کند.

برای مریخ، ولکان با حمل ربات‌ها و تجهیزات نمونه‌برداری در مأموریت‌های مشترک ناسا-ESA، نقش خواهد داشت. ULA ۲۶ مأموریت NSSL برای آرتمیس و مریخ تا ۲۰۳۰ رزرو کرده و ولکان را به ستون فقرات اکتشافات فضایی تبدیل کرده است. این راکت با انعطاف‌پذیری، برای پرتاب‌های چندگانه در مأموریت‌های بین‌سیاره‌ای حیاتی است.

شراکت بلو اوریجین و ULA

شراکت بلو اوریجین و ULA در سپتامبر ۲۰۱۴ با قرارداد توسعه BE-4 آغاز شد، که جایگزین RD-180 اطلس V شد. بلو اوریجین، با سرمایه‌گذاری ۵۰۰ میلیون دلار، موتورها را تا ۲۰۲۱ تحویل داد و ۳۵۰ تست ثابت تا ۲۰۲۳ انجام شد. ULA، با مدیریت مونتاژ و تست‌های زمینی، BE-4 را در ولکان ادغام کرد و با تأمین ۷۵ درصد بودجه خصوصی، هزینه‌ها را کاهش داد.

این شراکت، با تحویل ۲۵ جفت BE-4 سالانه، ولکان را برای پرتاب‌های منظم آماده کرد. بلو اوریجین از BE-4 در نیو گلن نیز استفاده می‌کند، که همکاری را تقویت کرد. مشکلات نازل در ۲۰۲۰ حل شد و شراکت، ULA را به خودکفایی فناوری رساند، که برای رقابت با اسپیس‌ایکس و تأمین قراردادهای NSSL ضروری بود.

ارتقای سنتور V به RL10E در اواخر ۲۰۲۵، ظرفیت را به ۲۹ تن به LEO می‌رساند و سیستم SMART (بازاستفاده موتورها) در ۲۰۲۶ تست می‌شود، که هزینه‌ها را به ۸۰ میلیون دلار کاهش می‌دهد. ولکان با نرخ موفقیت ۱۰۰ درصد تا کنون، در کیپ کاناورال SLC-41 مستقر است و با هدف ۲۵ پرتاب سالانه تا ۲۰۲۸، ULA را به رقیبی قدرتمند در برابر اسپیس‌ایکس و بوئینگ تبدیل کرده است. مشکلات اولیه BE-4 و نازل GEM 63XL حل شده و ولکان برای مأموریت‌های آرتمیس، مریخ و Kuiper آماده است.