موشک چند بار مصرف اسپیس ایکس تا چه اندازه هزینه‌‌ی سفرهای فضایی را کاهش می‌دهد؟

 در هفته‌ای که گذشت، اسپیس ایکس برای اولین بار موفق شد تا موشک فالکون ۹ خود را با موفقیت پس از پرتاب و قرار دادن ۱۱ ماهواره در مدار، روی زمین بنشاند. ایلان ماسک، موسس و مدیرعامل اسپیس ایکس، سودای سفر به مریخ و کلونی سازی در سیاره‌ی سرخ را در سر می‌پروراند و استفاده از موشک‌های چند بار مصرف راهی است که با استفاده از آن می‌توان هزینه‌ی سفرهای فضایی را به میزان قابل توجهی کاهش داد. اما استفاده از موشک‌های چند بار مصرف تا چه اندازه می‌تواند در میزان هزینه‌ی سفرهای فضایی تاثیر گذار باشد؟

همانطور که اشاره کردیم، اسپیس ایکس، استفاده از موشک‌های چند بار مصرف را به عنوان راه‌حلی برای کاهش هزینه‌ی سفرهای فضایی انجام شده توسط شرکت‌های خصوص فعال در این حوزه ارائه کرده است. در حال حاضر شرکت‌هایی که در حوزه‌ی تحقیقات فضایی فعالیت می‌کنند، سالیانه چند صد میلیون دلار برای ساخت موشک‌ها هزینه صرف می‌کنند که پس از پرتاب دیگر نمی‌توان از آن‌ موشک‌ها استفاده کرد. برای درک بهتر این موضوع باید بدانیم که ساخت هر دستگاه فالکون ۹ بیش از ۶۰ میلیون دلار و تامین سوخت مورد استفاده در این موشک برای هر پرتاب نیز ۲۰۰٫۰۰۰ دلار روی دست اسپیس ایکس می‌گذارد. ایلان ماسک با ارائه‌ی این آمار مدعی شده که استفاده از موشک‌های چند بار مصرف می‌توان در طولانی مدت هزینه‌های صرف شده توسط کمپانی‌هایی نظیر اسپیس ایکس را به مراتب کاهش دهد. به بیان بهتر پس از ساخت موشک و پرتاب آن برای اولین بار، تنها کافی است تا موشک سوخت گیری کرده و پس از آن آماده پرتاب دوباره است.

اما فرآیند دوباره به همین سادگی نیست. متخصصان اسپیس ایکس پس از بازگشت موشک باید از این موضوع که آیا فالکون ۹ قابلیت پرتاب مجدد را دارا است، آگاه شوند. موشک اسپیس ایکس در طول پرواز خود تغییرات شدید دما را تجربه می‌کند. همچنین باید به فشارها و لرزش‌های وارد شده از طرف جریان‌های بادی اشاره کرد که در طول پرواز وارد این موشک می‌شوند. همه‌ی این موارد باعث می‌شود تا موشک پس از نشست در زمین نیاز به کنترل و حتی تعمیر در برخی از قطعات داشته باشد. باز کردن موتور موشک و انجام تعمیرات روی آن خود یک فرآیند هزینه‌بر و همچنین طولانی است. در صورتی که پروسه در تمام پرتاب‌ها نیاز باشد، پس اسپیس ایکس قادر نیست تا بصورت مداوم موشک‌های خود را پس از هر بار نشست مورد استفاده قرار دهد.

ناسا پیش از این سیستمی مشابه آنچه که اسپیس ایکس در پی آن است را مورد استفاده قرار داده است. شاتل‌های فضایی مورد استفاده توسط آژانس فضایی ایالات متحده‌ی آمریکا هرچند به اندازه‌ی طرح اسپیس ایکس مقرون به صرفه‌ نبود، اما لزوم بازنگری پس از استفاده را ایجاد می‌کرد. شاتل‌ها با استفاده از یک تانکر بزرگ قابل افزایش و دو راکت با قابلیت چند مرحله‌ای به فضا پرتاب می‌شدند، اما در مسیر بازگشت، خود شاتل‌ها بودند که در نهایت همچون یک هواپیما روی باند می‌نشستند. هزینه‌ی بالای تعمیرات باعث شد تا ناسا نهایتا تصمیم به کنار گذاشتن این طرح شود.

 طراحی شاتل به گونه‌ای بود که امکان استفاده از تمام ماژول‌های سخت‌افزاری جز تانکر را در پرواز‌های بعدی ممکن می‌کرد. وین هیل، یکی از مهندسان پیشین ناسا در این مورد چنین اظهار نظر می‌کند:

متاسفانه این طراحی برای ناسا آنچنان که باید خوب و مقرون به صرفه نبود. شاتل یک وسیله‌ی بسیار پیچیده بود که پرواز مجدد آن مستلزم برنامه‌ی نوسازی گسترده‌ای بود تا پس از آن شاتل مجددا توانایی پرواز را به دست بیاورد.

موتور‌های مورد استفاده در شاتل باید پس از انجام چندین پرواز بصورت کامل تعویض می‌شدند. همچنین پس از هر پرواز شاتل نیازمند تعمیرات زیادی بود تا مجددا آماده شود. راکت‌های شاتل نیز پس از اینکه این فضاپیما را به فضا برده و از آن جدا می‌شدند، نیازمند تعمیرات زیادی بودند، چراکه راکت‌ها پس از جدا شدن به سمت زمین حرکت کرده و مهندسان ناسا مجبور بودند پس از پیدا کردن راکت‌ها از اقیانوس، آن‌ها را تعمیر کنند. ضمنا تانکر جدیدی نیز باید برای پرواز بعدی آماده شود. تمام فرآیند بازسازی باعث می‌شد تا ناسا هزینه‌ای بین ۴۵۰ میلیون تا ۱.۵ میلیارد دلار را برای هر بار پرتاب شاتل، صرف کند.

همین تغییرات دمایی باعث می‌شود تا مساله‌ی طراحی موشک بسیار مهم‌تر از پیش جلوه کند. به احتمال زیاد اسپیس ایکس از فلز و در برخی قسمت‌ها مواد کامپوزیتی در ساخت موشک خود استفاده می‌کند تا موشک بتواند در برابر تغییرات شدید دما از خود مقاومت بالایی نشان دهد.

همانطور که اشاره کردیم، فالکون ۹ در طول پرواز فشارهای بالایی را از طرف گاز‌های موجود در اتمسفر در اثر سرعت بالای حرکت به خود می‌بیند. در اولین مرحله‌ی پرواز سرعت این موشک به بیش از ۵.۵ تا ۷.۵ ماخ می‌رسد. با افزایش ارتفاع فشارهای وارد شده به وسیله‌ی نقلیه افزایش یافته و باعث آسیب دیدن بدنه و شماری از ماژول‌های داخلی می‌شوند. پولوس می‌گوید:

فشارهای وارد شده در اتمسفر باعث می‌شود تا فشار زیادی به موشک وارد شود.

اسپیس ایکس تجربه‌ی استفاده از یک موشک را برای چندین بار ممکن می‌کند. این کمپانی موشک فالکون ۸ را تنها هشت بار به فضا پرتاب کرده و تنها یک مورد از این پرتاب‌ها با نشست موفقیت آمیز آن همراه بوده است. همچنین باید به این نکته نیز اشاره کرد که حداکثر ارتفاعی که فاکلون ۹ به آن دست یافته، ۷۵۰ کیلومتری سطح زمین است، از این رو تمام تجربیات موجود برای نتیجه‌گیری در مورد مقاومت و پایداری فالکون ۹ اسپیس ایکس کافی نیست.

متخصصان اسپیس ایکس معتقدند که استفاده‌ی مجدد از فالکون‌های این کمپانی نیاز به تعمیرات زیادی ندارد و در نتیجه‌ی هزینه‌ی زیادی تحمیل نخواهد شد. در صورتی که این موضوع اثبات شود، در این صورت می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از فالکون برای سفرهای ادامه دار به فضا منطقی است.

برای تخمین آسیب‌های وارد شده، اسپیس ایکس در حال انجام تحقیقاتی است تا میزان آسیب‌های وارد شده و هزینه ی تحمیل شده را محاسبه کند. پولوس به این نکته اشاره کرده هزینه ی بازسازی موشک کارکرده به هیچ وجه نزدیک به هزینه‌ی ساخت یک موشک جدید نیست. پولوس به این موضوع اشاره کرده که می‌توان با هزینه‌‌ای بسیار محدود که تقریبا نیم میلیون دلار برآورد می‌شود، موشک را به اندازه‌ی استاندارهای پرواز دوباره برگرداند. با توجه به هزینه‌ی محدود، می‌توان نتیجه گرفت که صرف نیم میلیون دلار در برابر هزینه‌ی ۶۰ میلیون دلاری بسیار بهتر است.

نظر شما در این خصوص چیست؟ آیا اسپیس ایکس می‌تواند به هدف نهایی خود که استفاده از موشک‌های چندبار مصرف برای سفر به فضا است و مخصوصا سیاره‌‌ی سرخ دست یابد؟