پای جت‌های فانتوم به ماموریت‌های فضایی باز می‌شود؟ / خلاقیت جالب شرکت فضایی آمریکایی در پرتاب ماهواره با جت‌های جنگی

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، صنعت فضایی در دهه‌های اخیر شاهد نوآوری‌های متعددی بوده است، اما استفاده از جنگنده‌های نظامی بازنشسته برای پرتاب ماهواره‌های کوچک به مدار پایین زمین (LEO) رویکردی غیرمنتظره و خلاقانه است.

شرکت استارفایترز اینترنشنال، مستقر در مرکز فضایی کندی، با بهره‌گیری از جت‌های اف-۴ فانتوم II، در حال بازتعریف دسترسی سریع و انعطاف‌پذیر به فضا برای ماهواره‌های کوچک و خدمات زیرمداری است. این شرکت اخیرا اف 4 فانتوم های نیروی هوایی کره جنوبی که اخیراً از خدمت خارج شده اند را به منظور ایجاد سکوی هوایی پرتاب ماهواره های زیرمداری خریداری کرده است.

مراسم خروج از خدمت اف 4 فانتوم در کره جنوبی

در ادامه  به بررسی فنی چگونگی استفاده از جنگنده‌ها برای پرتاب‌های فضایی، معرفی دو جنگنده بستر پرتاب های فضایی  و تحلیل ابعاد این رویکرد نوآورانه می‌پردازیم:

نگاهی به شرکت فضایی استارفایترز

استارفایترز اینترنشنال، شرکتی با نزدیک به سه دهه سابقه، در ابتدا با ناوگان جت‌های اف-۱۰۴ استارفایتر برای نمایش‌های هوایی و فعالیت‌های تحقیق و توسعه شناخته شد. این شرکت از سال ۲۰۰۷ در مرکز فضایی کندی مستقر شده و از باند پرواز شاتل، یکی از بزرگ‌ترین باند‌های جهان، بهره می‌برد. در حال حاضر، استارفایترز در حال احداث یک مرکز جدید به مساحت ۱۵۰،۰۰۰ فوت مربع در میدلند، تگزاس است تا ظرفیت‌های خود را برای عملیات پرتاب فضایی گسترش دهد. محدودیت‌های اف-۱۰۴ در حمل بار‌های سنگین‌تر، این شرکت را به استفاده از اف-۴ فانتوم سوق داده است، که توانایی‌های بیشتری برای مأموریت‌های فضایی ارائه می‌دهد.

 مقایسه اف-۱۰۴ استارفایتر و اف-۴ فانتوم در ماموریت های فضایی

جت‌های اف-۱۰۴ استارفایتر و اف-۴ فانتوم II، هر دو از نماد‌های فناوری نظامی دوران جنگ سرد، برای اهداف متفاوتی طراحی شده‌اند. اف-۱۰۴، ملقب به "موشک با سرنشین"، یک جنگنده تک‌موتوره با طراحی آیرودینامیک باریک و بال‌های کوچک است که برای رهگیری سریع و صعود به استراتوسفر با سرعت ماخ ۲ (حدود ۲،۴۵۰ کیلومتر بر ساعت) بهینه شده بود.

این هواپیما با حداکثر وزن برخاست حدود ۱۳،۱۷۰ کیلوگرم و ظرفیت حمل بار محدود (حدود ۱،۸۰۰ کیلوگرم)، برای مأموریت‌های کوتاه‌مدت مناسب است، اما برای حمل وسایل پرتاب فضایی سنگین‌تر ناکافی است. در مقابل، اف-۴ فانتوم II، یک جنگنده دو موتوره چندمنظوره، با حداکثر وزن برخاست ۲۸،۰۳۰ کیلوگرم و ظرفیت حمل بار تا ۸،۴۸۰ کیلوگرم، انعطاف‌پذیری بیشتری دارد.

 اف-۴ با برد عملیاتی حدود ۲،۶۰۰ کیلومتر و توانایی پرواز در ارتفاعات بالا (تا ۱۸،۳۰۰ متر)، برای حمل محموله‌های سنگین‌تر و پشتیبانی از مأموریت‌های پیچیده‌تر، مانند پرتاب‌های فضایی، مناسب‌تر است. طراحی مقاوم و موتور‌های قدرتمند جنرال الکتریک J۷۹ اف-۴، آن را به پلتفرمی ایده‌آل برای این کاربرد تبدیل کرده است.

 چرایی پرتاب ماهواره با جنگنده‌ها

استفاده از جنگنده‌ها برای پرتاب ماهواره، روشی است که به پرتاب‌های هواپایه (air-launch) معروف است. در این روش، یک هواپیما (در اینجا اف-۴ فانتوم) به‌عنوان پلتفرم پرتاب عمل می‌کند و وسیله پرتاب (launch vehicle) حامل ماهواره را به ارتفاع بالا (معمولاً بین ۱۰،۰۰۰ تا ۱۲،۰۰۰ متر) می‌برد، جایی که شرایط جوی و مقاومت هوا کمتر است. این رویکرد چندین مزیت فنی دارد:

۱. کاهش نیاز به سوخت: پرتاب از ارتفاع بالا، نیاز به سوخت موشک برای عبور از لایه‌های متراکم جو را کاهش می‌دهد، زیرا وسیله پرتاب در ارتفاعی شروع به کار می‌کند که فشار هوا به‌طور قابل‌توجهی کمتر است. این امر کارایی سوخت را افزایش داده و امکان حمل محموله‌های سنگین‌تر را فراهم می‌کند.

۲. انعطاف‌پذیری در انتخاب مدار: برخلاف پرتاب‌های زمینی که به مکان‌های ثابت پرتاب وابسته هستند، جنگنده‌ها می‌توانند از باند‌های مختلف پرواز کنند و مسیر پرواز را برای رسیدن به مدار‌های خاص تنظیم کنند. این انعطاف‌پذیری برای ماهواره‌های کوچک که نیاز به مدار‌های خاص دارند، حیاتی است.

۳. سرعت در پرتاب: پرتاب‌های هواپایه امکان آماده‌سازی و اجرای سریع‌تر را فراهم می‌کنند، که برای مشتریان با نیاز‌های فوری، مانند پرتاب ماهواره‌های ارتباطی یا نظارتی، مزیت بزرگی است.

 فرآیند پرتاب ماهواره ها

فرآیند پرتاب ماهواره با اف-۴ فانتوم به‌صورت زیر است:

- نصب وسیله پرتاب: وسیله پرتاب، که معمولاً یک موشک کوچک با سوخت جامد یا مایع است، به زیر بال یا بدنه اف-۴ متصل می‌شود. این موشک حامل ماهواره‌ای با وزن چند صد کیلوگرم است که برای قرارگیری در مدار پایین زمین (ارتفاع ۱۶۰ تا ۲،۰۰۰ کیلومتر) طراحی شده است.

- پرواز به ارتفاع پرتاب: اف-۴ با استفاده از موتور‌های قدرتمند خود به ارتفاع عملیاتی (معمولاً ۱۰،۰۰۰ تا ۱۲،۰۰۰ متر) صعود می‌کند. سرعت هواپیما در این مرحله ممکن است به ماخ ۱.۵ تا ۲ (۱،۸۴۰ تا ۲،۴۵۰ کیلومتر بر ساعت) برسد، که به موشک اولیه شتاب اضافی می‌دهد.

- رها کردن موشک: در ارتفاع و سرعت بهینه، موشک از هواپیما جدا می‌شود. این جداسازی معمولاً با مکانیزم‌های مکانیکی یا هیدرولیکی انجام می‌شود و موشک پس از چند ثانیه تأخیر، موتور خود را روشن می‌کند تا از هواپیما فاصله بگیرد.

- ورود به مدار: موشک با استفاده از موتور‌های خود به سمت مدار پایین زمین حرکت می‌کند و ماهواره را در مدار مورد نظر قرار می‌دهد. این فرآیند معمولاً چند دقیقه طول می‌کشد و به دقت بالایی در هدایت و کنترل نیاز دارد.

نقش هواپیما‌های پشتیبانی

هواپیما‌های پشتیبانی مانند دی‌سی-۹ و ام‌دی-۸۰ در عملیات پرتاب نقش مکمل دارند. این هواپیما‌ها برای حمل تجهیزات، قطعات یدکی، سوخت موشک، یا حتی پرسنل پشتیبانی به تأسیسات عملیاتی، مانند مرکز جدید در میدلند، تگزاس، استفاده می‌شوند. همچنین، آنها می‌توانند به‌عنوان پلتفرم‌های نظارتی برای رصد پرتاب‌ها یا جمع‌آوری داده‌های پروازی عمل کنند.

مزایای فنی پرتاب هواپایه

۱. کارایی آیرودینامیکی: پرتاب در ارتفاع بالا، جایی که چگالی هوا کمتر است، مقاومت آیرودینامیکی را کاهش می‌دهد و راندمان موشک را بهبود می‌بخشد.

۲. کاهش زیرساخت‌های زمینی: برخلاف پرتاب‌های زمینی که نیازمند پایگاه‌های پرتاب پیچیده هستند، پرتاب هواپایه تنها به یک باند پرواز استاندارد نیاز دارد.

۳. پاسخگویی سریع: این روش امکان پرتاب‌های فوری را فراهم می‌کند، که برای مأموریت‌های اضطراری یا ماهواره‌های با زمان‌بندی حساس مناسب است.

۴. هزینه کمتر: استفاده از هواپیما‌های بازنشسته مانند اف-۴، هزینه‌های توسعه پلتفرم‌های جدید را حذف می‌کند و مقرون‌به‌صرفه است.

چالش‌های فنی در عملیات پرتاب ماهواره

- نگهداری هواپیما‌های قدیمی: اف-۴ها، با وجود طراحی مقاوم، هواپیما‌هایی قدیمی هستند که نیاز به بازسازی، تعمیر و نگهداری تخصصی دارند. این امر شامل بررسی موتورها، سیستم‌های اویونیک و سازه بدنه است.

سازگاری با موشک‌ها: اتصال وسایل پرتاب به اف-۴ نیازمند طراحی و آزمایش دقیق نقاط اتصال (hardpoints) و سیستم‌های جداسازی است تا ایمنی و دقت پرتاب تضمین شود.همچنین لزوم تطبیق محفظه های پرتاب ماهواره  با کامپیوتر تسلیحاتی  جنگنده ها است که البته به دلیل تعامل شرکت ها با سازنده ها از جمله بویینگ( خریدار جنرال داینامیکس تولید کننده اف4) چالش قابل حلی است.

- محدودیت‌های بار: اگرچه اف-۴ توانایی حمل بار‌های سنگین‌تر از اف-۱۰۴ را دارد، اما همچنان برای ماهواره‌های بسیار بزرگ مناسب نیست و به ماهواره‌های کوچک (تا چند صد کیلوگرم) محدود است. اما ایده مشابه با جنگنده های سنگین تر مثل میگ 31 میتواند نقش محوری جدیدی در صنعت هوایی ایجاد کند.

- رعایت مقررات: عملیات پرتاب باید با استاندارد‌های هوانوردی فدرال (FAA) و مقررات بین‌المللی تجارت تسلیحات (ITAR) مطابقت داشته باشد، که پیچیدگی‌های قانونی و فنی را افزایش می‌دهد. البته قوانین بین المللی در این زمینه ساکت هستند.

نگاهی به آینده این طرح در صنعت فضایی

بازار ماهواره‌های کوچک در سال‌های اخیر به دلیل کاربرد‌های گسترده در ارتباطات، مشاهده زمین، و تحقیقات علمی رشد چشمگیری داشته است. تقاضا برای پرتاب‌های سریع و انعطاف‌پذیر، به‌ویژه برای مشتریان با نیاز‌های خاص، رو به افزایش است. رویکرد استارفایترز با استفاده از جنگنده‌ها می‌تواند جایگاهی منحصر‌به‌فرد در این بازار ایجاد کند، به‌ویژه در رقابت با شرکت‌هایی مانند اسپیس‌ایکس و راکت‌لب که بر پرتاب‌های زمینی متمرکز هستند.

اف 4 های کره ای که توسط این شرکت خریداری شده اند

استفاده از جت‌های اف-۴ فانتوم برای پرتاب‌های فضایی، ابتکاری خلاقانه از سوی استارفایترز اینترنشنال است که پتانسیل تغییر قواعد دسترسی به فضا را دارد. این روش با بهره‌گیری از قابلیت‌های فنی اف-۴، مانند ظرفیت حمل بار بالا و انعطاف‌پذیری پروازی، امکان پرتاب‌های سریع و مقرون‌به‌صرفه را برای ماهواره‌های کوچک فراهم می‌کند. با وجود چالش‌های فنی و لجستیکی، موفقیت این رویکرد می‌تواند الگویی جدید برای پرتاب‌های هواپایه ارائه دهد و در کاهش هزینه ها موثر باشد. این مسله نشان دهنده ظرفیت بالای سرمایه گذاری روی صنعت هوایی است که پلتفرم هایی قدیمی تر مانند اف 4 فانتوم همچنان هم در ماموریت های مختلف کارآمدی بالایی دارند.