به گزارش مشرق، طی روزهای آینده قرار است جدیدترین ماهواره ساخت ایران با نام «ظفر» بوسیله ماهواره بر «سیمرغ» به فضا پرتاب شود. این پرتاب در ادامه روند برنامه فضایی ایران برای دستیابی به مدارهای بالاتر و نیز تامین برخی نیازهای کشور در حوزه های مختلف است.

کشورمان تاکنون چند برنامه پرتاب دیگر را نیز تجربه کرده که برخی از آنها موفق و برخی هم ناموفق بودند.

فارغ از اینکه برنامه پیش رو (پرتاب ماهواره ظفر) موفق یا ناموفق باشد، در گزارشی سعی کردیم مرور کوتاهی بر برنامه های قبلی ایران و نتایج آنها در گذشته داشته باشیم.

بیشتر بخوانید:

دستیابی ایران به مدار «ژئو» با ماهواره‌بر سروش

توضیحات جدید در خصوص ماهواره پارس 1

پیش از آن، ذکر این نکته ضروریست که در برنامه فضایی بسیاری از کشورها -حتی کشورهای پیشرفته با قدمت زیاد در حوزه فضایی- به وفور در کنار موفقیت‌ها، شکست‌های بزرگی نیز دیده می‌شود، شکست هایی که هرکدام از آنها می‌تواند به مثابه پلی برای پیروزی های بعدی باشد.

کشور ما نیز در این حوزه اگر چه در ابتدای کار قرار داد، ولی نمونه های موفقی دیده می‌شود که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت ولی در این مسیر، شکست و عدم موفقیت هایی نیز وجود داشته که البته هیچ کدام از آنها نتوانسته خللی در عزم و ارده متخصصان ایرانی برای فتح فضا ایجاد کند؛ خطاها و شکست هایی که در مسیر یک برنامه علمی، حساس و پیچیده مثل پرتاب های فضایی در همه جای دنیا طبیعی است.

توان نیازهای مهم و گوناگونی با توانمندی های فضاپایه برای کشورها قابل رفع است. این امر سبب شده تا پس از عصر قدرت نمایی فضایی در دوران جنگ سرد، برنامه های فضایی کشورها بر اساس منطق مشخصی در کسب دانش، فناوری و سپس استفاده از خدمات فضاپایه شکل بگیرد.

در زمینه های دفاعی و امنیتی استفاده از فناوری های فضایی، کاربر آن را به سطحی بالاتر از دشمنان و رقبا ارتقاء می دهد. تصاویر ماهواره ای برای هواشناسی، اقلیم شناسی، امورات منابع آب و کشاورزی و معادن و نیز کمک به مدیریت بحران های ناشی از بلایای طبیعی از جمله کاربردهای عمومی صنعت خدمات فضاپایه هستند. ارتباطات، اینترنت و ناوبری از دیگر کاربردهای قابل ذکر این صنعت به شمار می روند. گردش مالی این صنعت در سال های اخیر به 400 میلیارد دلار رسیده است که تنها 100 میلیارد آن به ساخت و پرتاب ماهواره و مابقی به خدمات حاصل از آن مربوط است. در کشور ما نیز سالانه در کمترین حالت، ده ها میلیون دلار صرف خرید خدمات از ماهواره های خارجی می شود.

جمهوری اسلامی ایران نیز برنامه فضایی خود را بر اساس کسب قابلیت رفع نیاز به صورت بومی با اتکا به برخورداری از نخبگان توانمند و سایر منابع موجود تعریف کرد. هرچند که خیلی زود، همکاری های خارجی با مشکلاتی مواجه شد. کسب تجربه اولیه در طراحی و ساخت ماهواره با همکاری روسیه در ماهواره «سینا-1» و ایتالیا در ماهواره «مصباح-1» صورت پذیرفت. هر چند که کاربری ماهواره «سینا-1» پس از پرتاب، به دلایل مختلفی در اختیار ایران قرار نگرفت و ماهواره مصباح نیز اصلاً توسط کشورهای خارجی پرتاب نشد.

در ادامه، بخش های مختلف خصوصاً وزارت علوم، تحقیقات و فناوری و وزارت دفاع و پشتیبانی نیروهای مسلح، با چهار محور اصلی کاوشگرهای فضایی، طراحی و ساخت ماهواره، طراحی و ساخت ماهواره‌بر و توسعه پایگاه ها و ایستگاه های زمینی، برنامه فضایی بومی کشور را به پیش بردند.

در طی تقریباً نزدیک به 20 سالی که از شروع حرکت اولیه کشور در زمینه فضا می گذرد، افت و خیزها، موفقیت ها و شکست ها و حتی جهش ها و توقف هایی در این مسیر بروز کرده است. نکته مهمی که در این گزارش به آن خواهیم پرداخت، صرف نظر از نقش مسائل کلان مدیریتی، دشواری های فنی و درهم تنیده بودن شکست و موفقیت در مسیر برنامه های فضایی در دنیا است. همین مسئله سبب شده تا در این مسیر هر شکستی، به معنای واقعی کلمه، گامی برای موفقیت بعدی باشد. زیرا هر شکست، مجموعه ای از ایرادات را در زنجیره عملیات فضایی به متخصصان نشان می دهد که در آینده از بروز آنها جلوگیری می شود.

شکست ظاهری در فعالیت های فضایی چه از دهه 1950 و رقابت های آمریکا و شوروی سابق و چه در عصر ابررایانه های دیجیتال و شبیه سازهای پرقدرت در همین سال های اخیر در اروپا، آمریکا و روسیه وجود داشته و در آینده نیز وجود خواهد داشت.

کشور ما نیز از این قاعده جدا نبوده و امکان بروز شکست های فضایی خصوصاً با توجه به عدم برخورداری از همکاری شرکت های صاحب تجربه در دنیا وجود دارد همانطور که در گذشته نیز در ایران عدم موفقیت هایی در مسیر برنامه فضایی رخ داده است.

* کاوشگرها

کاوشگرهای فضایی وسائلی هستند که پیش از انجام مأموریت های اصلی و در مراحل پژوهشی به فضا ارسال می شوند. مأموریت آنها به طور معمول جمع آوری اطلاعات محیطی از مدارهای مختلف برای استفاده در مراحل طراحی محموله های پژوهشی و عملیاتی بعدی، آزمایش برخی زیرسامانه ها و فناوری های مختلف در مدارهای پائین و همچنین پیشبرد برنامه های زیستی فضایی است.

کاوشگرهای فضایی ایران که بر مبنای توانمندی های کسب شده در بخشی از برنامه موشکی کشور شکل گرفتند از سال 1385 مأموریت های خود را آغاز کردند. کاوشگر-1 تا 3 براساس راکت های نازعات، کاوشگرهای 4 تا 7 و کاوشگر پیشگام براساس راکت زلزال و کاوشگر پژوهش نیز برمبنای موشک شهاب-2 توسعه یافتند ولی هیچ موشک نظامی بر اساس کاوشگرهای فضایی توسعه نیافت که این نشانه عدم کاربرد نظامی برنامه کاوشگرهای ایرانی است.

در فاصله سالهای 1385 تا بهمن 1391 که پرتاب موفق کاوشگر «پیشگام» حامل میمون صورت گرفت، یک شکست کامل برای کاوشگر-7 و چند عدم موفقیت نسبی در کاوشگرهای دیگر ثبت شده بود و در مجموع یکی از ابعاد موفق برنامه فضایی ایران همین کاوشگرهای فضایی بودند.

کاوشگر «پژوهش» نیز حامل دومین میمون فضایی ایران در بهمن 92 به فضا رفت و پس از آن کاوشگرهای فضایی به یکی از راکدترین بخش های برنامه فضایی کشور تبدیل شدند. در این مسیر، هدف‌گذاری نهایی، پرتاب زیرمداری انسان به فضا بود که برای آن حتی نمونه مقیاس کامل (ماک آپ) سفینه و کپسول حامل انسان نیز طراحی و ساخته شد.

اما در بخش های انجام شده یعنی 9 پرتاب اصلی کاوشگرها، دو موفقیت ناقص و یک مورد شکست گزارش شده است. این با وجود حضور برترین نخبگان علمی و فنی کشور در پژوهشگاه هوافضای وزارت علوم و سازمان صنایع هوافضای وزرات دفاع در این محور از برنامه فضایی کشور بوده و همانطور که ذکر شد، جزء جدایی ناپذیر تحقیقات فضایی، عدم موفقیت و کسب تجربه از آن است. با توجه به عدم ارتباط فنی خاص بین مجموعه فضایی ایران و کشورهای دیگر، می توان گفت درصد موفقیت برنامه کاوشگرهای ایران بسیار درخور تحسین بوده است.

عملکرد صحیح یک موشک با سرعت پروازی چند برابر سرعت صوت، عملکرد صحیح سازوکارها (مکانیزم) متعدد در بخش محموله شامل جدایش، حسگرها، ثبت داده ها، انتقال داده ها، تحمل ارتعاشات با فرکانس های بسیار بالا، بارهای آکوستیکی، تنش های مکانیکی و حرارتی که به تمام اجزاء کاوشگر فضایی وارد می شوند، همه و همه در تمامی اجزاء از صفحات بدنه تا بردهای الکترونیکی باید به درستی پیش بینی و محاسبه شده و راهکار فنی لازم برای عدم بروز مشکل اندیشیده، سپس آزمایش و تأیید شود.

پس از آن باز هم هیچ اطمینان عملی وجود ندارد تا اینکه پرتاب های آزمایشی به تعداد کافی انجام شود که در این فرایند، قابلیت اطمینان به عنوان یک مفهوم مهم مهندسی و صنعتی ایجاد شود. در صورت ایجاد تغییرات عمده در طراحی مثلاً برای اجرای یک مأموریت جدیدتر، بازهم باید فرایندهای آزمایش های زمینی به طور کامل سپری شده و مجدداً آزمایش پروازی صورت پذیرد.

این مقدار جزئیات حساس، سبب می شود تا بعضاً یک اشتباه کوچک یا یک عدم پیش بینی مشکل فنی احتمالی سبب موفقیت ناقص یا عدم موفقیت شود. عدم اطلاع از شرایط محیط فضا نیز در گام های اولیه خود سبب بروز مشکل و نقص می شود.

* ماهواره‌بر

نکته فوق یعنی عدم اطلاع از تمام آنچه در یک مأموریت فضایی به سر هزاران قطعه و ده ها زیرسامانه مختلف یک ماهواره‌بر می آید، سبب ناموفق بودن اولین پرتاب ماهواره‌بر «سفیر» در دهه 1380 شد.

با این وجود متخصصان ایرانی، این ماهواره‌بر -که از حدود 10هزار قطعه تشکیل شده و یک سامانه بسیار پیچیده به شمار می‌رود- را ظرف مدت 6 ماه بررسی، رفع عیب و آماده پرتاب کردند که تزریق موفق ماهواره بومی «امید» در 14 بهمن 1387 را در پی داشت.

ماهواره‌بر «سفیر-1» دارای دو بخش مجزا یا اصطلاحاً دو مرحله و هر مرحله دارای موتور سوخت مایع با تمامی متعلقات به صورت مستقل است. این متعلقات شامل مخازن سوخت و اکسید کننده، لوله های انتقال این دو ماده به موتور، شیرهای کنترلی، شیرهای اطمینان، حسگرهای دما و فشار در بخش های مختلف این مسیر و موتور سوخت مایع شامل توربوپمپ ها، محفظه جانبی، صفحه انژکتور با صدها سوراخ پاشش سوخت، صفحاتی برای کنترل بار آکوستیکی، محفظه احتراق و نازل یا خروجی موتور است. به این انبوه قطعات و پیچیدگی ها، عملگرها و بالک های کنترلی جریان گاز خروجی در انتهای موتور مرحله اول که کنترل کل ماهواره‌بر بر عهده آن است و عملگرهای کنترل کل نازل در مرحله دوم را نیز باید اضافه کرد.

کسب دانش لازم برای طراحی این بخش ها در شرایطی که ایران هیچ گونه سابقه ای در طراحی و ساخت و آزمایش موتورهای راکتی شامل سوخت مایع و جامد نداشته، خود به تنهایی کاری بسیار دشوار بوده است. تلاش های شبانه روزی متخصصانی که در دهه 1370، دوره جوانی خود را می گذراندند و بعضاً فرصت های کار در بهترین شرکت ها و دانشگاه های دنیا را برای به پیش بردن کشور خود رها کرده بودند در کنار کمک های قطره چکانی و بسیار اندک از خارج سبب شد تا به مرور و در طی دهه فوق، نیازمندی های لازم برای کار با موتورهای سوخت مایع در ایران فراهم شود. اما برای برنامه فضایی، نیاز به طراحی موتوری با قدرت کافی وجود داشت.

این موتور پس از ساخت و آزمایش های متعدد زمینی، روی مرحله اول ماهواره‌بر «سفیر» به کارگیری شد. بعدها از کنار هم قرار دادن چهار موتور از این نوع، موتور مرحله اول ماهواره‌بر «سیمرغ» ساخته شد.

اینگونه نیست که با طراحی و شبیه سازی مجموعه فوق و چند آزمایش زمینی، ماهواره‌بر آماده پرتاب باشد. بلکه بعضاً تفاوت شرایط زمین و فضا سبب ایجاد پدیده هایی می شود که اصلاً در آزمایش های زمینی قابل مشاهده نبوده است.

سرعت لازم برای قرار دادن ماهواره در مدار یا به بیان دیگر سرعت فرار از جاذبه زمین، در حدود 7500 متر بر ثانیه یا 27000 کیلومتر بر ساعت است. در این سرعت سرسام آور، کوچکترین اشکال در کار می تواند به نابودی ماهواره‌بر و محموله آن منجر شود. شتاب هایی که باید تمام اجزا متحمل شوند تا به سرعت فوق برسند، باید در طراحی هر قطعه، اتصالات قطعات و زیرسامانه ها مدنظر قرار گرفته و طراحی بر این مبنا صورت پذیرد.

علاوه بر شبیه سازی در نرم افزارهای تخصصی سازه، دینامیک و ارتعاشات و دینامیک سیالات در فرایند طراحی که بعضاً هفته ها به طول می انجامد، پس از ساخت و آزمایش های اولیه، زیرسامانه های مختلف و در نهایت کل ماهواره‌بر در آزمایشگاه های مخصوص تحت بررسی قرار می گیرند. در طی فرایند طراحی، علاوه بر بخش طراحی و تحقیقات صنایع مختلفی درگیر هستند که شامل صنایع موتور، سازه، سوخت، هدایت و کنترل، تجهیزات پرتاب و صنایع ساخت حسگرها است.

یک آزمایشگاه بزرگ در مجموعه صنعت فضایی کشور کار اجرای آزمایش های متعدد مورد نیاز روی ماهواره‌بر و محموله را بر عهده دارد که در اواخر دهه 1380 به صورت رسمی به بهره برداری رسید. در این مجموعه انواع آزمایش های لازم برای کسب بیشترین احتمال موفقیت مأموریت روی ماهواره‌بر و ماهواره به انجام می رسد.

مهمترین آزمایش های انجام شونده در این مجموعه آزمایشگاه شامل موارد زیر است:

• آزمایش استاتیک مربوط به استحکام قطعات در بارگذاری های مختلف
• آزمایش خواص جرم مربوط به یافتن محل دقیق مرکز جرم جسم و ماتریس ممان اینرسی که در محاسبات دینامیکی کاربرد دارد
• آزمایشگاه مودال که به یافتن ماهیت رفتار سازه در اثر بارهای دینامیکی و ارتعاشی مربوط است
• آزمایشگاه تلاطم که رفتار سوخت و اکسیدکننده در داخل مخازن طراحی شده در اثر حرکت ها دینامیکی را که می تواند سبب انحراف در مسیر ماهواره‌بر شود را می سنجد
• آزمایشگاه ارتعاشات که این اثر را روی اجزاء مختلف خصوصاً سامانه های الکترونیکی ارزیابی می کند
• آزمایشگاه شوک که به ارزیابی اثرات شوک های مکانیکی و محیطی وارد شونده بر اجزاء ماهواره‌بر می پردازد
• آزمایشگاه حرارت سازه که بررسی مقاومت اجزاء در برابر بارهای حرارتی وارده در طی مأموریت را بر عهده دارد
• آزمایشگاه جدایش که وظیفه تضمین درست اتفاق افتادن فرایندهای جدایش در طی مأموریت شامل جدایش مراحل مختلف ماهواره‌بر، پوشش محموله و نیز جدایش ماهواره در گام نهایی را بر عهده دارد

پس از اجرای این مراحل بر روی اجزاء ماهواره‌بر و آزمایش‌های مخصوص جداگانه دیگر روی ماهواره، یک سری آزمایش ها و فرایندها برای انطباق ماهواره و ماهواره‌بر نیز به انجام می رسد.

در «سفیر-1» که مونتاژ مراحل آن به صورت افقی در سوله به انجام می رسید، ماهواره نیز در محل مخصوص خود در ناحیه جلویی ماهواره‌بر در همین فرایند قراردهی می شد و سپس کل مجموعه روی خودروی حمل و پرتاب به سکوی پرتاب منتقل می شد.

ماهواره‌بر «سفیر-1» طبق گفته سخنگوی فضایی وزارت دفاع، از 10 مأموریت فضایی که دو مورد آن پیش از پرتاب لغو شد، در 8 مورد پرتاب خود، 4 مأموریت موفق و 4 مأموریت ناموفق داشته است.

در مأموریت‌های موفق ماهواره های امید در 1387، رصد و نوید در 1390 و فجر در 1393 در مدار قرار گرفتند. به نظر می رسد آخرین عدم موفقیت سفیر مربوط به سال 1397 و ماهواره دانشگاه صنعتی شریف به نام «دوستی» بوده است. آخرین مورد لغو پرتاب نیز احتمالاً مربوط به ماهواره «ناهید-1» در تابستان 1398 بوده است.

در ماهواره‌بر «سیمرغ»، پس از فرایندهای مقدماتی مربوط به انطباق که به صورت افقی آزمایش می شود، سه جزء اصلی یعنی مرحله اول، مرحله دوم و بخش محموله، جداگانه به محل پرتاب منتقل شده و در آنجا به صورت عمودی مونتاژ می شوند.

در واقع ابتدا مرحله اول به صورت عمودی در محل پرتاب در داخل برج خدمات قرار گرفته و سپس مرحله دوم و در نهایت بخش محموله روی آن قرار می گیرد. با تأیید نهایی از صحت فرایند مونتاژ مراحل سوختگیری ماهواره‌بر نیز انجام شده و بخش اصلی مأموریت فضایی یعنی پرتاب آغاز می شود.

پایگاه پرتاب امام خمینی(ره) در سمنان شامل یه بخش اصلی است، موضع پرتاب که به آن سایت آذرخش گفته می شود، مرکز فرماندهی و کنترل یا سایت «صدف» و مرکز فنی یا سایت «پردیس». سازه سایت «آذرخش» که خدمات مختلف به ماهواره‌بر را در طی فرایند مونتاژ و سوختگیری بر عهده دارد، با 45 متر ارتفاع و 1100 تن جرم، روی چرخ های فلزی قابلیت حرکت در ریل را دارد تا پیش از پرتاب، از سکو دور شده و در فاصله امن در حدود 80 متری قرار بگیرد. این امر برای جلوگیری از آسیب به این مجموعه در فرایند پرتاب و نیز کاستن از آسیب در صورت وقوع حادثه در پرتابگر است.

ماهواره‌بر «سیمرغ» تاکنون سه پرتاب را پشت سر گذاشته است. پرتاب اول مربوط به آزمایش عملیاتی مجموعه پایگاه فضایی از بخش های فنی، فرماندهی و کنترل، سکوی پرتاب، تأسیسات زیرزمینی نگه داری و انتقال و سوخت و برج خدمات بوده و بنا بر اطلاعات موجود و مصاحبه های مسئولان فضایی کشور، در سال 1395 به انجام رسیده است.

دو پرتاب دیگر مربوط به سال 1396 و 1397 بوده که به گفته مسئولان حامل ماهواره های «طلوع-1» و «پیام» بوده است. این پرتابها نیز در زمره پرتاب های تحقیقاتی برای کسب قابلیت اطمینان از ماهواره‌بر عنوان شده است. هزینه هر پرتاب ماهواره‌بر سیمرغ 3.5 میلیون دلار اعلام شده است.

در ادامه برنامه فضایی کشور، قرار است ماهواره‌بر «سریر» به عنوان گونه توسعه یافته از «سیمرغ» به مراحل آزمایش برسد. سیمرغ دارای ارتفاع 26 متر، قطر مرحله اول 2.4 و مرحله دوم 1.5 متر و جرم کلی 85 تن است. در ماهواره‌بر سریر، ارتفاع به 35 متر افزایش یافته و قطر بدنه نیز تا انتها، 2.4 متر حفظ شده است. این امر علاوه بر ایجاد امکان به کارگیری موتورهای پرقدرت تر در مراحل بالایی سریر، امکان نصب مخازن سوخت و اکسید کننده بزرگتر را نیز فراهم می کند.

ماهواره‌بر سیمرغ هم اکنون امکان حمل محموله 250 کیلوگرمی را به مدار 500 کیلومتری دارد و در طراحی این ماهواره‌بر امکان پرتاب همزمان چند ماهواره نیز دیده شده است.

به گفته سخنگوی فضایی وزارت دفاع، طی یک تا دو سال آینده قرار است پرتاب یک ماهواره اصلی و دو ماهواره مکعبی کوچک توسط سیمرغ آزمایش شود؛ گامی که برای توسعه هرچه بیشتر صنعت فضایی کشور در قالب پرتاب همزمان چند ماهواره به مدار بسیار لازم است. در ماهواره‌بر سریر، فعلاً امکان پرتاب همزمان تا 5 ماهواره پیش بینی شده است.

در ادامه توسعه ماهواره‌برهای مورد نیاز، اخیراً از ماهواره‌بر «سروش» با قطر حدود 4 متر نیز نام برده شده است که توان ارسال محموله به مدار ژئو را دارد. سایر مشخصات سروش اعلام نشده اما به نظر می رسد با توجه به قطر بالای آن احتمالاً ماهواره‌برهای دیگری نیز در مسیر توسعه برنامه فضایی ایران باید وجود داشته باشند که مسئولان سابق برنامه فضایی کشور از آنها نام برده بودند مانند ماهواره‌برهای «سپهر» و «ققنوس».

همچنین اعلام شد که صنعت فضایی وزارت دفاع به دنبال بهره گیری از فناوری موتورهای راکتی سوخت جامد برای کاستن از هزینه های پرتاب است. این موتورهای راکتی می تواند همانند برخی ماهواره‌برهای مطرح در هند و چین در قالب موتور اصلی در مراحل پائین یا به عنوان شتاب دهنده های جداشونده جانبی در کنار موتور اصلی قرار بگیرد.

هم اکنون هزینه ارسال محموله با سیمرغ 15000 دلار بر هر کیلوگرم عنوان شده که وعده کاهش آن تا 10000 دلار بر هر کیلوگرم در آینده داده شده است.

تثبیت قابلیت اطمینان ماهواره‌برها در محدوده بالای 90 درصد، تثبیت سرعت ساخت و آزمایش و آماده عملیات کردن آنها، توسعه سریع پایگاه های پرتاب لازم خصوصاً در جنوب کشور و در نهایت رساندن هزینه ارسال ماهواره به حدود قیمت های جهانی از گام های مهم در توسعه برنامه فضایی کشور چه برای رفع نیاز بومی و چه برای ایجاد بازار یا کسب بخشی از بازار جهانی ارسال محموله به فضا در آینده است که امید می روند با حمایت منطقی مجموعه تصمیم گیران کشور به ثمر برسد.