شرکت آمریکایی Longshot Space با طرحی متفاوت از تمام روشهای رایج فضایی قصد دارد با ساخت یک توپ فضایی ۱۰ کیلومتری، ماهوارهها را با سرعتی نزدیک به ۲۳ ماخ به مدار پایین زمین (LEO) شلیک کند.
به گزارش سرویس هوافضای جهانی مگ، این شرکت عنوان کرد که هدف آن کاهش شدید هزینههای پرتاب است؛ موضوعی که در دهه آینده میتواند قواعد صنعت فضایی را دگرگون کند. شرکت Longshot تاکنون یک نمونه آزمایشی کوچک ساخته و آزمایشهای موفقی با سرعتهای چندماخی انجام داده است.
مایک گریس، مدیرعامل و بنیانگذار Longshot این پروژه را با پرسشی رادیکال آغاز کرد: «چطور میتوانیم در ده سال آینده، هزینه پرتاب را به شکلی اساسی پایین بیاوریم؟» این پرسش مبنای شکلگیری ایدهای شد که بسیاری آن را ناممکن میدانستند، که پرتاب محموله به مدار بدون استفاده از موشک بود. گریس معتقد است که جهان نمیتواند برای گسترش زیرساختهای فضایی تنها به پرتابگرهای سنتی تکیه کند و باید به سراغ راهکارهای متفاوت رفت.
بخوانید: نقشههای ماهوارهای به آیفون و اپل واچ میآیند
پرتاب اجسام با توپ قدمتی صدهاساله دارد، اما ایده شلیک اشیا یا انسانها به فضا از طریق یک توپ عظیم، نخستینبار در سال ۱۸۶۵ با رمان سفر به ماه نوشته ژول ورن مطرح شد. در آن داستان، توپ غولپیکری با نام Columbiad، یک کپسول فضایی را از جایی شبیه Cape Canaveral امروزی به سمت ماه شلیک میکرد. در دنیای واقعی نیز تلاشهایی انجام شد. در دهه ۱۹۶۰، دانشمند کانادایی Gerald Bull با اجرای پروژه HARP توانست پرتابهای را تا ارتفاع ۱۸۰ کیلومتر، بالاتر از خط کارمان ارسال کند. با وجود موفقیت در ارتفاع، سرعت افقی کافی برای رسیدن به مدار وجود نداشت. بهترین شلیکهای او تنها به حدود 6 ماخ رسیدند، که فاصله بسیار زیادی از سرعت لازم برای رسیدن به مدار داشت.
اکنون شرکت Longshot میخواهد همان ایدهها را با فناوریهای نوین و در مقیاسی بزرگتر احیا کند. در سرعت ۲۳ ماخ، هوا دیگر هوا نیست؛ به پلاسما تبدیل میشود و سطح جسم را در کمتر از یک ثانیه تا دمای ۱۶۵۰ درجه سانتیگراد گرم میکند. این پدیده میتواند هر مدار الکترونیکی یا قطعه ظریفی را نابود کند. اما گریس راهحل را «جرم» میداند. او بیان کرد که اگر قرار است محمولهای ظریف را به چنین سرعتی رساند، باید آن را در یک لایه ضخیم محافظتی قرار داد تا تمام انرژی و حرارت ابتدا این لایه را تبخیر کند و محموله اصلی سالم بماند. به گفته او، اگر قرار باشد یک جسم ۴۵۰ کیلوگرمی پرتاب شود، باید حدود ۱۳۶۰ کیلوگرم ماده محافظ اطراف آن قرار گیرد. هرچه جرم محموله بزرگتر باشد، نسبت سطح به حجم بهبود مییابد و محافظ کمتری میسوزد.
پیشنهادی: آزمایش موفق سیستم خودمختار فضایی روی ماهواره InnoCube
طراحی توپ فضایی ۱۰ کیلومتری Longshot شباهت زیادی به یک پوکه عظیم شاتگان دارد. محموله در بخش جلویی یک وسیله گوهایشکل قرار میگیرد که انتهای آن یک دامن بزرگ برای گرفتن ضربه گازهای پرفشار نصب شده است. در طول لوله، دهها مخزن گاز پرفشار نصب شده است که هنگام عبور وسیله، دیسکهای انفجاری آنها پاره میشود و موجی مورب از گاز، ضربهای آنی به محموله وارد میکند. این روش که Shock-Impingement Thrust نام دارد، امکان افزایش مداوم سرعت را فراهم میکند. به گفته گریس، هر مجموعه از این مخازن مانند یک مرحله شتابدهنده عمل میکند و دهها موج ضربهای پشت سر هم میتوانند محموله را از سرعتهای چندماخی به بیش از 20 ماخ برسانند. پیش از حرکت محموله نیز فضای داخل لوله خلأ میشود تا مقاومت اولیه تقریباً حذف شود.
مهمترین مزیت توپ فضایی به طول ۱۰ کیلومتر، کاهش شتاب لحظهای و کاهش فشار g است. توپهای کوچک در لحظه شلیک، g-load بسیار بالایی ایجاد میکنند؛ چیزی که هیچ محموله الکترونیکی قادر به تحمل آن نیست. اما در یک لوله ۱۰ کیلومتری، شتاب به تدریج افزایش مییابد. گریس توضیح داد که نسخه ۱۰ کیلومتری Longshot میتواند فشار شتاب را از ۳۰ هزار جی در نمونههای کوچک به حدود ۵۰۰ جی کاهش دهد. نسخه کارخانهای رؤیایی او، به نام Pappa Bear، با طول ۳۰ تا ۴۰ کیلومتر میتواند فشار را حتی به ۱۰۰ تا ۱۵۰ جی برساند؛ مقداری که برای تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی قابل تحمل است. البته این فناوری برای انسان هرگز مناسب نخواهد بود.
گریس عنوان کرد که الهام اصلی را از یک سخنرانی Google TechTalk در سال ۲۰۰۹ گرفته است. در آن سخنرانی، Dr John Hunter درباره پروژه Quicklaunch صحبت کرده بود؛ طرحی که شامل یک لوله پرتاب هیدروژنی غولآسا بود، که قرار بود در عمق دریا نصب شود. Hunter پیشتر نیز روی پروژه SHARP کار کرده بود. گریس معتقد است که بسیاری از ایدههای کارآمد در حوزه هوافضا از دهه ۱۹۳۰ تاکنون توسعه یافتهاند و تنها نیاز به تلفیق با فناوریهای جدید دارند. او بیان کرد که تلاش ندارد چیز کاملاً جدیدی اختراع کند؛ بلکه ایدههای قدیمی را با راهکارهای مدرن بازطراحی میکند.
پروازهای فضایی امروز حتی با وجود بهرهوری بالای موشکهای Falcon 9 همچنان گران هستند. هزینه پرتاب هر کیلو با Falcon 9 حدود ۳۰۰۰ دلار و با Starship حدود ۵۰۰ دلار خواهد بود. اما گریس تصریح کرد که Longshot میتواند این عدد را به ۱۰ دلار برای هر کیلوگرم برساند؛ رقمی که اگر محقق شود، انقلابی در صنعت فضایی ایجاد میکند. با توجه به اینکه تمام زیرساختها روی زمین قرار دارد، راهاندازی هر پرتاب به زمان کمتری نیاز دارد. گریس اعلام کرد که توپ فضایی میتواند روزانه دهها پرتاب انجام دهد و محمولهها را پشت سر هم به مدار ارسال کند.
شرکت Longshot تاکنون یک توپ ۱۵ سانتیمتری در اوکلند ساخته، که بیش از ۱۰۰ بار آزمایش شده و سرعت Mach 4.2 را تجربه کرده است. این نمونه کوچک به دلیل ابعاد محدود، g-load بسیار زیادی تولید میکند، که حدود ۳۰ هزار جی است. نسخه بزرگتر، توپ ۷۶ سانتیمتری به طول ۳۶ متر است، که در محوطه دریایی Alameda ساخته شده و دارای سه مجموعه مخزن گاز مرحلهای است. این توپ هنوز شلیک نشده، چرا که شرکت منتظر مجوزهای شهری است. اما گریس بیان کرد که به احتمال زیاد این سازه در حال حاضر «طولانیترین توپ عملیاتی دنیا» به حساب میآید؛ اگرچه هنوز عملیاتی نشده است.
شرکت Longshot قصد دارد نسخه عملیاتی ۴۸۸ متری با ۲۰ مرحله فشار را در شهر Tonopah در ایالت نوادا بسازد. این منطقه بیابانی، فضای کافی و محدودیتهای کمتری دارد. گریس گفت: «ما میتوانیم در خلیج سانفرانسیسکو آزمایش کنیم، اما کار اصلی را در نوادا انجام خواهیم داد.»
یکی از مهمترین پشتوانههای Longshot، همکاری با شرکت Impulse Space است؛ شرکتی که قصد دارد یدککشهای مداری برای انتقال ماهوارهها طراحی کند. این شرکت میتواند محمولههایی را که با توپ فضایی ۱۰ کیلومتری به مدار پایین رسیدهاند، به مدارهای مقصد منتقل کند. این همکاری باعث میشود که شرکتهای ماهوارهای نیازی به نصب موتورهای بزرگ و سیستمهای هدایت گرانقیمت نداشته باشند و وزن بیشتری را به محموله علمی و کاربردی اختصاص دهند.
شرکت Longshot توانسته است توجه سرمایهگذاران مهمی مانند سم آلتمن، مدیرعامل OpenAI را جلب کند. حتی نیروی هوایی آمریکا نیز برای توسعه فناوری پرتاب مرحلهای و شتابگیری موج ضربه کمک مالی کرده است. این حمایتها باعث شده است که بسیاری از ناظران صنعت، پروژه Longshot را جدیتر از آنچه در ظاهر به نظر میرسد ارزیابی کنند.
پروژه Longshot Space هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، اما اگر این فناوری بتواند به سرعتهای نزدیک ۲۳ ماخ برسد و محموله را با فشار g قابلقبول به مدار برساند، صنعت پرتاب فضایی با انقلابی بزرگ روبهرو خواهد شد. کاهش هزینهها از هزاران دلار به ۱۰ دلار برای هر کیلوگرم، تعداد پرتابهای روزانه بالا و حذف بخش زیادی از پیچیدگیهای موشکهای چندمرحلهای، تصویری متفاوت از آینده پرتابهای فضایی ترسیم میکند. اما تا رسیدن به این آینده، Longshot باید چالشهای مهندسی، ایمنی، مجوزهای دولتی و الزامات محیطزیستی فراوانی را پشت سر بگذارد. اگر این فناوری به نتیجه نرسد، گریس با طنز تلخی بیان کرد که «جایگزین آن فروش کاربردهای دفاعی به Raytheon است.» اما اگر نتیجه دهد، Longshot میتواند یکی از بزرگترین جهشهای بشر را در کاهش هزینه دسترسی به فضا رقم بزند.
