فضاپیمای استارلاینر که با نام رسمی CST-100 Starliner شناخته میشود، کپسول فضایی نسل جدید است که توسط شرکت بوئینگ در همکاری با سازمان فضایی ناسا توسعه یافته است. استارلاینر برای حمل سرنشین و بار به مدار پایین زمین، به ویژه ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS)، طراحی شده و شامل یک کپسول سرنشیندار قابل استفاده مجدد و یک ماژول خدماتی یکبار مصرف است. استارلاینر کمی بزرگتر از کپسول فرماندهی آپولو یا کرو دراگون اسپیسایکس است، اما کوچکتر از کپسول اوریون. فضاپیما استارلاینر بوئینگ بر پایه تجربیات بوئینگ از برنامههای آپولو، شاتل فضایی و ایستگاه فضایی بینالمللی ساخته شده و هدف آن فراهم کردن دسترسی ایمن، قابل اعتماد و اقتصادی به فضا است.
نام CST-100 از عبارت Crew Space Transportation گرفته شده و عدد ۱۰۰ به خط کارمان، مرز غیررسمی فضا در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری زمین، اشاره دارد. استارلاینر با موشک اطلس V از مجتمع پرتاب ۴۱ در ایستگاه نیروی فضایی کیپ کاناورال پرتاب میشود و قابلیت فرود روی زمین خشک با کمک چترها و کیسههای هوا را دارد، که این ویژگی آن را از بسیاری کپسولهای قبلی متمایز میکند.
معرفی پروژه CST-100 Starliner
پروژه CST-100 Starliner در سال ۲۰۱۰ میلادی توسط شرکت بوئینگ به عنوان پیشنهادی برای برنامه توسعه سرنشین تجاری ناسا CCDev معرفی شد. بوئینگ در دور اول این برنامه، ۱۸ میلیون دلار بودجه دریافت کرد تا طراحی اولیه را پیش ببرد. این پروژه بخشی از تلاش ناسا برای پایان وابستگی به فضاپیماهای روسی سایوز پس از بازنشستگی شاتل فضایی در سال ۲۰۱۱ بود.
در سالهای بعدی، بوئینگ بودجههای بیشتری دریافت کرد: ۹۲.۳ میلیون دلار در دور دوم CCDev، ۴۶۰ میلیون دلار در برنامه CCiCap و سپس در سپتامبر ۲۰۱۴، قرارداد اصلی به ارزش ۴.۲ میلیارد دلار برای تکمیل و گواهینامهداری استارلاینر اعطا شد. این قرارداد شامل آزمایشهای بدون سرنشین و با سرنشین، و حداقل شش ماموریت عملیاتی به ایستگاه فضایی بود. توسعه استارلاینر بر پایه فناوریهای اثباتشده بوئینگ، مانند ساختار بدون جوش و سیستمهای پیشرانه پیشرفته، تمرکز دارد.
اولین آزمایش مداری بدون سرنشین (OFT-1) در دسامبر ۲۰۱۹ انجام شد، اما به دلیل مشکلات نرمافزاری، به ایستگاه فضایی نرسید. آزمایش دوم (OFT-2) در می ۲۰۲۲ موفق بود و استارلاینر به ایستگاه متصل شد. آزمایش پرواز سرنشیندار (Crew Flight Test) در ژوئن ۲۰۲۴ با دو فضانورد ناسا انجام گرفت، اما مشکلات پیشرانه و نشت هلیوم باعث بازگشت بدون سرنشین کپسول در سپتامبر ۲۰۲۴ شد. تا دسامبر ۲۰۲۵، قرارداد ناسا با بوئینگ برای حداکثر سه ماموریت سرنشیندار اصلاح شده است. ماموریت بعدی (Starliner-1) به عنوان پرواز بدون سرنشین برای حمل بار برنامهریزی شده است.
نقش بوئینگ در برنامه Commercial Crew ناسا
شرکت بوئینگ یکی از دو پیمانکار اصلی برنامه Commercial Crew Program (CCP) ناسا است که از سال ۲۰۱۰ آغاز شد. این برنامه با هدف توسعه سیستمهای حمل سرنشین تجاری آمریکایی برای ایستگاه فضایی بینالمللی طراحی شد تا ناسا بتواند تمرکز خود را بر ماموریتهای عمیق فضایی مانند آرتمیس بگذارد. بوئینگ در کنار اسپیسایکس انتخاب شد و مسئولیت توسعه استارلاینر را بر عهده گرفت.
نقش بوئینگ فراهم کردن یک سیستم پشتیبان برای کرو دراگون اسپیسایکس است، که این پشتیبانی دوگانه برای ایمنی و پایداری دسترسی به ایستگاه فضایی ضروری است. بوئینگ تجربیات گسترده خود از برنامههای آپولو (ساخت موشک ساترن V)، شاتل فضایی و ایستگاه فضایی را در این پروژه به کار گرفته. تا سال ۲۰۲۵، بوئینگ بیش از بودجه اولیه هزینه کرده، اما ناسا همچنان بر گواهینامهداری سیستم در سال ۲۰۲۶ تأکید دارد. این همکاری شامل آموزش سرنشین، برنامهریزی ماموریت، یکپارچهسازی پرتاب و عملیات بازیابی است.
اهداف اصلی طراحی استارلاینر
اهداف اصلی طراحی استارلاینر بوئینگ بر پایه ایمنی، قابلیت اطمینان، اثربخشی و پایداری تمرکز دارد. این فضاپیما برای حمل حداکثر هفت سرنشین یا ترکیبی از سرنشین و بار طراحی شده، اما در ماموریتهای ناسا معمولاً چهار سرنشین حمل میکند. قابلیت استفاده مجدد کپسول تا ۱۰ بار با دوره بازگشت ششماهه، یکی از اهداف کلیدی برای کاهش هزینههاست.
سیستم پرواز کاملاً خودکار با امکان کنترل دستی پشتیبان، فرود روی زمین خشک برای دسترسی سریعتر، و ساختار بدون جوش برای استحکام بیشتر از دیگر اهداف هستند. استارلاینر همچنین برای ماندگاری تا هفت ماه در مدار و اتصال به ایستگاه فضایی طراحی شده. هدف نهایی، فراهم کردن دسترسی پایدار به مدار پایین زمین برای تحقیقات علمی ناسا و شرکای بینالمللی است.
ساختار کلی کپسول فضایی استارلاینر بوئینگ
استارلاینر از دو بخش اصلی تشکیل شده: کپسول سرنشیندار (Crew Module) که قابل استفاده مجدد است و ماژول خدماتی (Service Module) که یکبار مصرف است. کپسول دارای شکل مخروطی شبیه آپولو با قطر پایه ۴.۵۶ متر و ارتفاع کلی (با ماژول خدماتی) حدود ۵ متر است. ساختار کپسول بدون جوش و چرخاندهشده (spun-formed) برای کاهش وزن و افزایش استحکام ساخته شده.
ماژول خدماتی شامل پنلهای خورشیدی (برای تولید بیش از ۲.۹ کیلووات برق)، مخازن پیشرانه، رادیاتورها و موتورهای مانور مداری (OMAC) با نیروی ۱۵۰۰ پوند هر کدام است. سیستم پیشرانه شامل ۲۸ موتور کنترل واکنش (RCS) با نیروی ۸۵ پوند، ۲۰ موتور OMAC و چهار موتور فرار پرتاب است. سپر حرارتی از مواد فرسایشی سبک بوئینگ ساخته شده و سیستم فرود شامل چترها و کیسههای هوا برای فرود نرم روی زمین است. سیستم ناوبری VESTA برای ردیابی خودکار و اتصال مستقل به ایستگاه استفاده میشود.
ظرفیت حمل سرنشین و بار
استارلاینر بوئینگ ظرفیت حمل حداکثر هفت سرنشین را دارد، اما در ماموریتهای ناسا به ایستگاه فضایی، معمولاً چهار سرنشین همراه با بار علمی زمانحساس حمل میکند. حجم داخلی کپسول حدود ۱۱ متر مکعب است و قابلیت حمل ترکیبی سرنشین و بار را فراهم میکند.
در آزمایش پرواز سرنشیندار ۲۰۲۴، حدود ۳۴۵ کیلوگرم بار (شامل تجهیزات ایستگاه) حمل شد و در بازگشت، قابلیت آوردن حدود ۳۴۰ کیلوگرم بار را دارد. برای ماموریتهای بدون سرنشین، ظرفیت بار بیشتر است، مانند بیش از ۲۰۰ کیلوگرم غذا و تجهیزات در آزمایشهای قبلی. این ظرفیت اجازه میدهد استارلاینر نقش مهمی در تأمین ایستگاه فضایی و بازگشت نمونههای علمی ایفا کند.
طراحی کابین فضانوردان
کابین فضاپیمای استارلاینر بوئینگ که حجم داخلی آن حدود ۱۱ متر مکعب است، با تمرکز بر راحتی، ایمنی و کارایی فضانوردان طراحی شده است. کابین که قطر پایه آن ۴.۵۶ متر دارد، ظرفیت پذیرش حداکثر هفت سرنشین را فراهم میکند، اما در ماموریتهای ناسا معمولاً چهار فضانورد را حمل مینماید. طراحی داخلی کابین ترکیبی از فناوری پیشرفته و عناصر کلاسیک است و شامل صندلیهای قابل تنظیم با بیش از پنج میلیون ترکیب ممکن میشود که با استفاده از قطعات چاپ سهبعدی سفارشی برای هر فضانورد ساخته میشوند.
صندلیها بر پایه ساختار فلزی با درجهای چاپ سهبعدی طراحی شدهاند تا برای افراد با قدهای متفاوت، از کمتر از ۱.۵ متر تا بیش از ۱.۸ متر، مناسب باشند. نورپردازی داخلی با رنگ آبی آسمانی بوئینگ (Boeing Sky Blue) و استفاده از LED، فضایی آرام و مدرن ایجاد میکند. کابین مجهز به اینترنت بیسیم و تبلتهای لمسی برای رابط کاربری است، اما کنترلهای فیزیکی و دکمهها نقش اصلی را ایفا میکنند تا حس سنتی کابین خلبانان هواپیما را حفظ نمایند. دیوارها با ولکروی مناسب پوشیده شدهاند تا تجهیزات را ثابت نگه دارند، اما با دقت طراحی شده تا خطر آتشسوزی کاهش یابد.
کنترلهای دستی بالای صندلیهای جلو قرار دارند و فضانوردان میتوانند در مواقع اضطراری، کنترل کامل را به دست بگیرند. پنجرهها دید وسیعی به بیرون ارائه میدهند و سیستم تهویه مطبوع با کانالهای چاپ سهبعدی، جریان هوا را بهینه میکند. این طراحی که با همکاری مستقیم فضانوردان انجام شده، محیطی امن و کارآمد برای ماموریتهای طولانی فراهم میآورد.
سیستمهای پشتیبانی حیات در Starliner
سیستم Environmental Control and Life Support System یا ECLSS در استارلاینر توسط شرکت Collins Aerospace توسعه یافته و محیطی مشابه زمین را برای فضانوردان ایجاد میکند. این سیستم پیشرفته شامل کنترل دما، رطوبت، کیفیت هوا، فشار کابین و مدیریت پسماند است و قابلیت بازیابی آب را نیز دارد.
ECLSS هوا را بازیافت میکند، دیاکسید کربن را حذف نموده و اکسیژن تازه تولید میکند تا فضانوردان در طول ماموریت تا هفت ماه در مدار، در شرایط ایمن بمانند. سیستم کنترل حرارتی با رادیاتورها و مبدلهای حرارتی، دمای داخلی را حدود ۲۱ درجه سلسیوس نگه میدارد. مدیریت پسماند شامل توالت و سیستمهای بهداشتی است که برای راحتی در شرایط بیوزنی طراحی شدهاند.
سیستم بر پایه تجربیات بیش از ۵۰ ساله Collins Aerospace در برنامههای فضایی ناسا ساخته شده و پشتیبانی چندگانه دارد تا در صورت نقص، ایمنی حفظ شود. در ماموریتهای ناسا، ECLSS نه تنها برای سرنشینان، بلکه برای تأمین برق نیز استفاده میشود. این فناوری استارلاینر را به یک پلتفرم قابل اعتماد برای تحقیقات علمی در ایستگاه فضایی تبدیل کرده است.
پرتاب استارلاینر با موشک Atlas V
فضاپیمای استارلاینر با موشک اطلس V شرکت United Launch Alliance (ULA) پرتاب میشود که یکی از قابل اعتمادترین پرتابگرهای جهان با نرخ موفقیت ۱۰۰ درصد است. پیکربندی ویژه برای استارلاینر، N22 نام دارد و شامل مرحله بالایی Centaur با دو موتور، بدون fairing بار، دو تقویتکننده جامد (SRB) و aeroskirt برای بهبود آیرودینامیک است.
پرتاب از مجتمع ۴۱ در ایستگاه نیروی فضایی کیپ کاناورال انجام میشود. اطلس V با سیستم تشخیص اضطراری (Emergency Detection System) برای ایمنی سرنشینان مجهز شده و در صورت مشکل، استارلاینر را جدا میکند. مرحله اول با موتور RD-180 روسی کار میکند و Centaur با موتورهای RL10، فضاپیما را به مدار زیرمداری میرساند. سپس موتورهای استارلاینر، مدار را نهایی میکنند.
اتصال استارلاینر به ایستگاه فضایی بینالمللی
اتصال استارلاینر به ایستگاه فضایی بینالمللی (ISS) به طور کامل خودکار انجام میشود و از سیستم NASA Docking System (NDS) استفاده میکند. این فرآیند که قرار ملاقات نام دارد، حدود ۲۴ تا ۲۶ ساعت پس از پرتاب آغاز میشود و استارلاینر با استفاده از سنسور VESTA (Vision-based Electro-optical Sensor Tracking Assembly)، موقعیت خود را نسبت به ایستگاه تعیین میکند.
بازگشت استارلاینر به زمین یکی از نوآورانهترین ویژگیهای آن است و اولین کپسول آمریکایی سرنشیندار است که روی زمین خشک فرود میآید. پس از جدایش از ISS، ماژول خدماتی جدا شده و در اتمسفر میسوزد. کپسول با سپر حرارتی کاهنده پیشرفته، گرمای ورود مجدد را تحمل میکند و دمای داخلی را حدود ۲۱ درجه نگه میدارد.
در ارتفاع حدود ۳۰ هزار فوت، سپر حرارتی جلو جدا میشود و دو چتر drogue و سپس سه چتر اصلی باز میشوند تا سرعت را به حدود ۴ مایل در ساعت کاهش دهند. در ارتفاع پایین، سپر پایه جدا شده و شش کیسه هوا با گاز نیتروژن و اکسیژن پر میشوند تا ضربه فرود را جذب کنند. فرود در مکانهایی مانند White Sands در نیومکزیکو، Willcox در آریزونا یا Dugway در یوتا انجام میشود و تیمهای بازیابی سریعاً به کپسول میرسند. در ماموریتهای آزمایشی، این سیستم با موفقیت آزمایش شده و ایمنی بالایی نشان داده است.
