به گزارش گروه دفاع و امنيت مشرق، راکتهاي کاوشگر از جمله وسايلي هستند که امروزه در زمينه تحقيقات فضايي و به کارگيري فناوري‌هاي جديد سهم بسزايي دارند. سادگي اين نوع راکتها سبب شده است تا هزينه ساخت و پرتاب آنها نسبت به ماهواره‌ها کمتر باشد. به همين دليل بسياري از کشورها پيش از دستيابي به فناوري ساخت و پرتاب ماهواره، توانسته اند با به کارگيري راکتهاي کاوش، نقش فعالي در عرصه تحقيقات فضايي ايفا کنند.
راکتهاي کاوشگر، راکتهاي زيرمداري هستند که تا ارتفاعي معين (نقطه اوج مداري) بالا رفته و سپس به زمين بازگردند. حداکثر ارتفاع کاري بيشتر اين راکتها، در محدوده 70 تا 300 کيلومتر است. براي آزمايش در ارتفاع کمتر از 70 کيلومتر از بالن و در ارتفاعات بالاتر از 300 کيلومتر از ماهواره کمک گرفته مي شود.
با توجه به حساسيت و هزينه بر بودن سيستمهاي ماهواره‌يي و تجهيزات فضايي موفقيت انجام پروژه بسيار حائز اهميت است و آزمايشگاه هايي که بتوانند آن محيط را شبيه سازي کنند يا فراهم نبوده و يا اين که بسيار سخت فراهم مي‌شوند بنابراين راکتهاي کاوشگر، آزمايشگاهي است براي رايانه‌ها يا سنسورهايي که قصد استفاده از آنها را بر روي ماهواره دارند.
کاربرد ديگر راکتهاي کاوش، مطالعات علمي خاص در ارتفاعات مذکور در جو است زيرا بالن‌هاي توانايي رسيدن به آن ارتفاع را نداشته و ماهواره‌ها نيز نمي‌توانند به دليل خطر سقوط زير ارتفاع مشخصي کار کنند؛ بنابراين معمولاً مطالعات علمي در اين فاصله از جو را با راکتهاي کاوش انجام مي دهند به طوري مي‌توان سرعت باد، فشار هوا و برخي تستهاي نجومي را با اين نوع راکتها انجام داد.
اين نوع پرتاب ها به علت سادگي هنوز هم در سازمان فضايي آمريکا (ناسا) رايج است و دانشگاه هاي معتبر آمريکا براي آموزش پرسنل و دانشجويان، پرتاب راکت هاي کاوشگر را به تعداد زياد انجام مي‌دهند. در منطقه خاورميانه نيز در کشور پاکستان و هند اين نوع پرتابها رايج است.
يک راکت کاوشگر شامل تجهيزاتي براي ثبت و مخابره اطلاعات از فضا به زمين است و در موارد متعددي از قبيل کاوش‌هاي هواشناسي، مطالعات ستاره شناسي و کيهان شناسي، آزمايش‌هاي علم مواد، آزمايش‌هاي زيست فناوري فضايي و پديده‌هاي علمي خاص مرتبط با علوم فضايي، کاربرد دارند. بعلاوه استفاده از راکتهاي کاوش ، يک روش اقتصادي براي بررسي عملکرد نمونه آزمايشي تجهيزات ماهواره و فضاپيماها، است.
راکتهاي کاوشگر شامل مجموعه‌هاي اصلي موتور، محموله آزمايشگاه فضايي، مجموعه بازيابي، مجموعه جدايش و ايستگاه زميني هستند که براي اهداف تحقيقاتي و آزمايشگاهي مختلف و کاوش در ارتفاعات گوناگون، با طراحي ساده تا بسيار پيچيده و دقيق، ساخته مي شوند. مدت زمان فعاليت آنها در فضا بر اساس نوع مأموريت و ارتفاع پروازي متفاوت است. پس از اتمام سوخت پيشران، مجموعه آزمايشگاهي با استفاده از سيستم جدايش، از موتور جدا شده و بعد از اتمام مدت زمان مأموريت به وسيله چتر فرود آمده و بازيابي مي شود. در طي اين مدت، مجموعه آزمايشگاهي با استفاده از حسگرهاي ويژه‌اي که در آن قرار داده شده است، اندازه گيري ها و آزمايش هاي لازم را اجرا نموده و داده هاي جمع آوري شده را به کمک فرستنده تله متري، به زمين ارسال مي کند. اين داده ها با توجه به ماموريت هاي تعريف شده، شامل پارامترهايي مانند درجه حرارت، فشار محيط و شتاب را مي شود. همچنين با استفاده از دروبين هاي تعبيه شده در محموله، امکان تصويربرداري از تجهيزات مورد آزمايش يا محيط فضا فراهم شده و اين تصاوير به کمک تله متري به زمين ارسال مي شود.
محموله آزمايشگاه فضايي
آزمايشگاه فضايي عبارت است از محموله علمي- پژوهشي که به وسيله يک پرتاب کننده به فضاي ماوراي جو غليظ انتقال مي يابد و ضمن ارسال و مخابره نتايج، در بازگشت به زمين، بازيابي شده و نتايج آزمايش هاي علمي و تحقيقاتي از آن استخراج مي شود. اين محموله از سامانه هاي زير تشکيل شده است:
محموله ثابت
سامانه هاي ثابت محموله، شامل مجموعه اي از حسگرهاي اندازه گيري پارامترهاي مختلف بر مبناي ماموريت تعريف شده براي راکت کاوشگر است. اين حسگرها براي اندازه گيري کميت هايي از قبيل دما، فشار و پارامترهاي مسير مانند شتاب و سرعت زاويه اي به کار مي روند که در هر پرتاب بنا به ماموريت، ارتفاع و شرايط محيطي، انتخاب شده و مدارهاي راه انداز و تجهيزات جانبي آنها طراحي و ساخته مي شود.
سامانه‌هاي پشتيبان
سامانه هاي اندازه گيري به مجموعه اي از سامانه هاي پشتيبان از قبيل سامانه هاي ارتباطي و ارسال اطلاعات، تغذيه، تصويربرداري و بازاريابي نياز دارند. سامانه هاي ارتباطي، وظيفه جمع آوري و ارسال اطلاعات را از حسگرها به ايستگاه زميني به عهده دارند. با استفاده از اين اطلاعات، فرامين به عملگرهاي مختلف ارسال مي شود.
سازه محموله
تمام سامانه هاي ياد شده، در محفظه اي با استحکام و مقاومت حرارتي بالا، به نام «سازه محموله» قرار مي گيرند. تحليل هاي ايروديناميکي براي تخمين ضرايب ايروديناميکي، تعيين توزيع فشار و دما بر روي سطح خارجي سازه محموله و تحليل هاي سازه اي به منظور بررسي اثر بارهاي ايروديناميکي، حرارتي، جرمي، ضربه اي و غيره بر پايداري و يکپارچگي سازه محموله انجام مي گيرد. در زمينه انتقال حرارت نيز هدف، تعيين توزيع درجه حرارت در کل محموله بر اساس عواملي چون توزيع دما روي سطح بيروني و منابع حرارتي داخل شامل تجهيزات محموله است. اين توزيع درجه حرارت، براي تحليل سازه و همچنين برآورد عملکرد اجزاي محموله- که از دماي محيط اثرمي پذيرند- به کار مي رود.
سامانه بازيابي
يکي از اهداف مهم طرح آزمايشگاه فضايي، بازيابي محموله علمي است که پس از پرتاب و جدايش پيشران، به زمين بازمي گردد. براي دستيابي به اين هدف بايد براي هر محموله و با توجه به وزن و ارتفاع پروازي آن، سامانه و مکانيزم بازيابي مناسب طراحي شود. طراحي مکانيزم شامل انتخاب اجزاء و چترهاي آن است که با توجه به نتايج شبيه سازي مرحله بازگشت و با هدف کنترل سرعت محموله در هنگام رسيدن به سطح زمين انجام مي شود.
سامانه جدايش
محموله آزمايشگاه فضايي با استفاده از نيروي پيشران تا ارتفاع مورد نظر پرتاب مي شود و پس از اتمام سوخت، با استفاده از سامانه جدايش از پيشران، جدا مي شود. مسير حرکت پيشران و محموله با استفاده از نرم افزار شبيه ساز پرواز مدلسازي مي شوند تا با انتخاب مناسب پارامترهاي سامانه جدايش و زمان بندي مراحل کاري کاوشگر، از برخورد محموله و پيشران جداشده جلوگيري شود.
سامانه اخذ، ضبط و ارسال اطلاعات
اطلاعاتي که در حين پرواز راکت کاوش به دست مي آيد در داخل محموله ثبت مي شود. بخشي از اين اطلاعات نيز مستقيماً و توسط سامانه هاي تله متري به ايستگاه زميني مخابره مي شود که شامل نتايج اندازه گيري هاي انجام شده به وسيله حسگرها و تصاوير تهيه شده در کل مسير پرواز است. اطلاعات کسب شده در حين انجام آزمايش کدگذاري شده است که با استفاده از نرم افزارهاي ايستگاه زميني تحليل و استفاده از اين داده ها امکان پذير مي شود.
ايستگاه زميني
کنترل تمام مراحل پرواز، از جمله پرتاب و شناسايي مسير پرواز راکت، جدايش موتور و شناسايي محل فرود، و دريافت و ثبت اطلاعات تله متري نياز به تأسيساتي بر روي زمين دارد که مجموعه آنها ايستگاه زميني را تشکيل مي دهد.
طرح آزمايشگاه فضايي شامل « طراحي، ساخت و پرتاب محموله هاي علمي براي راکت هاي کاوشگر» است و از سال 1381 در پژوهشگاه هوافضا در حال اجراست. هدف از پرتاب کاوشگر3 ايجاد آزمايشگاه فضايي زيرمداري براي آزمايش عملکردي و محيطي زيرسامانه هاي فضايي تحت شرايط واقعي پرتاب است که در ادامه پرتاب کاوشگر 1 و 2 در سال هاي 1385 و 1387 انجام شده است.
به گزارش مشرق، اولين محموله آزمايشگاه فضايي، در آذرماه 1385 پرتاب شد. اين محموله به نحوي طراحي شده بود که در حين اوج گيري، اندازه گيري هايي انجام دهد و سپس در بازگشت به زمين بازيابي شده و نتايج اندازه گيري ها و داده برداري ها از آن استخراج شود. اين محموله پس از پرتاب موفقيت نسبي به دست آورد.
به دنبال پرتاب اول، فعاليت هاي مربوط به بهينه سازي عملکرد سامانه ها براي پرتاب بعدي آغاز شد. اين فعاليت ها عمدتاً بر اساس تجارب به دست آمده از پرتاب اول و به منظور بهينه سازي سامانه ها و زيرسامانه ها، عملکرد محموله و ايستگاه زميني انجام گرفت و سرانجام در آذرماه 1387 دومين محموله آزمايشگاه فضايي با موفقيت پرتاب شد. بازيابي محموله و اولين تصويربرداري فضايي توسط يک سامانه فضايي ايراني از دستاوردهاي اين پرتاب بوده است.
محموله آزمايشگر که به جو زمين رفته و بازيابي مي‌شود در واقع قسمت ارزشمند کار بوده و در آن تجهيزاتي از قبيل دوربين، سنسورها و کامپيوتر پروازها قرار دارند.
با سوختن سوخت موتور تنها يک پوسته استوانه يي از آن باقي مي‌ماند و اين بخش در نهايت براي افزايش ارتفاع قابل دستيابي ساير مجموعه، جدا مي‌شود. در ادامه براي بازگشت محموله به زمين سرعت آن به تدريج کاهش مي‌يابد و ابتدا پره کاهنده سرعت باز شده، سپس چتر ترمزي و در نهايت چتر اصلي باز مي‌شود تا راکت با سرعت مناسب به زمين برسد.
وزن محموله حدود 150 کيلوگرم و تمامي اجزاي راکت کاوش2 ساخت داخل بوده است به طوري که در طراحي و ساخت اجزا، محققان پژوهشگاه هوافضا شرکت داشته اند و در ساخت اجزاي ديگر آن از بخشهاي خصوصي و دولتي توانمند داخلي استفاده شد. به اين ترتيب در طراحي، ساخت و حتي تستهاي قبل از پرتاب هيچ طرف خارجي حتي در حد مشاوره در اين پروژه وجود نداشته است.
کل مراحل پرتاب کاوشگر2 در 10 دقيقه انجام شده است که محموله نيز پس از اين زمان به زمين رسيده است.
محموله سوم آزمايشگاه فضايي که در کاوشگر3 قرار داده شده بود، علاوه بر زيرسامانه هاي ارسال داده و تصوير، رايانه پرواز، سنجش محيطي، جدايش و بازيابي شامل نخستين محموله زيستي نيز بود. اين کاوشگر توانست نخستين محموله زيستي را با هدف مطالعات زيستي پايه و فراهم کردن زمينه مطالعات پيشرفته تر در آينده، به فضا بفرستد. هدف از کاوشگر3، پرتاب يک محفظه زيستي، ارتقاي سامانه هاي الکترونيکي و تله متري داده ها وسامانه سنجش محيطي بود. در اين راکت، سامانه هاي الکترونيکي محموله بر اساس شواهد پرتاب هاي قبلي، بهينه سازي شده اند. سازه اين راکت نيز همانند نمونه پيشين آن، بر اساس تئوري مجموعه هاي مستقل طراحي شد و به نحوي که براي ايجاد محموله اي با قابليت هاي مختلف، مجموعه هاي مستقل با ماموريت مشخص به يکديگر مونتاژ مي شوند. بنابراين گسترش محموله علمي براي انجام تحقيقات مختلف امکان پذير است.
با يکپارچه سازي محموله کاوشگر3 و انجام آزمايش هاي پيش از پرتاب، و پس از اتصال محموله به موتور پرتاب کننده و استقرار ايستگاه هاي زميني، مجموعه کاوشگر3 آماده پرتاب شد. در اين پرتاب تصاوير ارسالي و نتايج اندازه گيري شده هم زمان براي کارشناسان مستقر در ايستگاه زميني سيار و ثابت ارسال مي شود. تصاوير ارسال شده نشان مي دهد که محموله تا لايه هاي فوقاني جو بالا رفته است و به نحوي که انحناي کره زمين در فيلم ها آشکار است. با رسيدن محموله به نقطه اوج، فرايند بازگشت محموله به جو آغاز شد و پس از دقايقي، محموله به وسيله سامانه بازيابي خود به زمين بازگشت و منطقه فرود آن شناسايي شد. تمام عمليات محموله از ايستگاه هاي زميني ثابت و سيار مستقر در سايت پرتاب کنترل و مراقبت مي شد. شايان ذکر است که ايستگاه هاي ياد شده توسط پژوهشگران و کارشناسان پژوهشگاه هوافضا طراحي و ساخته شده است.
محموله سوم از زيرسامانه هاي سازه، محفظه زيستي، ارسال داده، ارسال تصوير، رايانه پرواز، سنجش محيطي، بازيابي و جدايش تشکيل شده بود.
به گزارش مشرق، سامانه هاي الکترونيکي و الکتريکي، مکانيکي و ايروديناميکي کاوشگر3 کارکردي موفقيت آميز داشتند و تمامي مراحل و رويدادهايي که در طول مسير پيش بيني شده بود مانند جدايش موتور، رسيدن به نقطه اوج، بازگشت به جو، ارسال منظم داده و تصوير از محموله پرتابي و دريافت آنها در ايستگاه زميني، با موفقيت به انجام رسيد.
از ابتداي اکتشاف فضا و تحقيقات فضايي در جهان، انسان ها موفقيت هاي خود را مديون مطالعه بر روي موجودات زنده بوده اند. بنابر اين ايجاد مراکز تحقيقات زيست شناسي فضايي و فرستادن موجوداتي کوچک به فضا، گام هاي آغازين اين راه است که مي تواند به شکل گيري تحقيقات زيست فضايي در ايران کمک کند. از اهداف محفظه زيستي کاوشگر3 آماده سازي و سازگاري موجود زنده براي کاهش استرس هاي وارد شده به آن، ثبت علائم حياتي در مسير پرتاب و انجام مجموعه آزمايش هاي سلولي شامل سلول هاي بنيادي و سوماتيک(بدني) و بررسي اثرات ناشي از استرس پرتاب و بر شکل و عملکرد رده هاي سلولي مختلف است. کاوشگر3 با فرستادن محفظه زيستي بر اساس ضوابط و استانداردهاي مربوطه، زمينه جديدي از فعاليت هاي علمي را در عرصه فناوري فضايي کشور ايجاد کرده است.
استفاده از راکت هاي کاوشگر، به منظور مطالعات زيستي در برنامه هاي تحقيقاتي بخش زيست فضايي کشور حائز اهميت بسياري است. از اين رو، با توجه به رويکرد کشور به تخقيقات زيستي در فضا و به پشتوانه موفقيت هاي کسب شده در زمينه فناوري فضايي، لازم است که براي رسيدن به اين مهم گام هاي سنجيده اي برداشته شود.
مهمترين اهداف پروژه پرتاب محفظه زيستي به شرح زير است:
• مطالعه تأثير فضا بر مودات زيستي: بررسي امکان حيات، مطالعه و ثبت عملکرد رفتاري در موجودات زنده
• مطالعه تأثير فضا بر ساختار هاي زيستي: بررسي ميزان رشد و مرگ و مير 5 رده مختلف سلولي
• ايجاد بستر و آمادگي لازم براي تخقيقات پيشرفته زيستي در مطالعات اينده
دستاوردها
پرتاب و بازيابي سومين محموله آزمايشگاه فضايي پژوهشگاه هوافضا توسط کاوشگر 3، در نتيجه انجام پرتاب هاي قبلي و کسب تجربه و دانش بهينه سازي از اين طريق بوده است. فناوري پرتاب راکت هاي کاوش که در بسياري از کشورهاي صاحب فناوري، طي ساليان متمادي و صرف ميليون ها دلار هزينه به دست مي آيد، در ايران و از طريق پژوهشگاه هوافضا و با انجام دو پرتاب حاصل شده است. دستيابي به چنين موفقيتي نتيجه ايجاد زيرساخت هاي منسجم مطابق علوم نوين بوده است. دستاوردهاي پرتاب محموله آزمايشگاه فضايي در کاوشگر 3 عبارتند از:
• ارسال اولين محموله زيستي با يک سامانه فضايي ايراني
• ثبت تصوير از فضا توسط يک سامانه فضايي ايراني
• ايجاد دانش فني بازيابي محموله هاي علمي با سرعت هاي مافوق صوت
• دستيابي به فناوري طراحي و ساخت سازه هاي ماژولار با پروفايل بهينه ايروديناميکي
• ايجاد فناوري تله متري داده و تصوير بر خط بلادرنگ در شرايط سخت(20g)
• توسعه فناوري تغذيه مدارهاي الکترونيکي براي مدت زمان و شرايط سخت پرواز
از ديگر دستاوردهاي پرتاب کاوشگر3 مي توان به موارد زير اشاره کرد:
• تدوين و صحه گذاري نرم افزار شبيه سازي پرواز( پرتاب، جدايش، پرواز در خلأ و بازيابي)
• سيستم نظارت بر فعاليت هاي طرح
• بسته بندي و حمل و نقل محموله
• به کارگيري سيستم تأييد طراحي و اطمينان از عملکرد
• مستند سازي
• کارگروهي موفق محققان دانشگاهي در يک پروژه علمي- فناوري
فيلم هاي به دست آمده از محموله علمي در اين پرتاب و ارسال داده و تصوير برخط، از محموله در حال پرواز، در نوع خود بي نظير است. پژوهشگاه هوافضا اميدوار است با ادامه فعاليت هاي طراحي و ساخت محموله هاي راکت کاوشگر بتواند در ارتقاي پژوهش هاي علوم و فناوري فضايي سهم عمده اي داشته باشد و در اين راه همچون گذشته، از همکاري تمامي پژوهشگران و دانشمندان و امکانات کشور بهره مند گردد. پژوهشگاه هوافضا تلاش مي کند به عنوان يک مرکز علمي و پژوهشي، در پروژه‌هاي ملي ديگر و فعاليت هاي علمي و صلح آميز در عرصه بين المللي نيز نقش بسزايي داشه باشند.