المركبة الفضائية والسوبر الثقيل: نظام النقل المستعمر للمريخ من SpaceX

منظر جوي لـ SpaceX

منظر جوي للنموذج الأولي لـ Starship Mk1 من SpaceX ، شوهد أثناء تحديث المركبة الفضائية Elon Musk في جنوب تكساس في 28 سبتمبر 2019. (رصيد الصورة: SpaceX)



Starship و Super Heavy هما أكبر وأهم قطع إيلون ماسك خطة كبرى ل سبيس اكس ، شركته الخاصة للرحلات الفضائية.



شدد ماسك مرارًا وتكرارًا على أنه أسس SpaceX في عام 2002 في المقام الأول لمساعدة البشرية على استعمار المريخ. قال رجل الأعمال الملياردير إنه من الأهمية بمكان أن نصبح نوعًا متعدد الكواكب ، مشيرًا إلى كل من احتمالية الانقراض المنخفضة للغاية والإثارة التي سيوفرها استكشاف الفضاء الهادف لمليارات الأشخاص حول العالم.

تحاول SpaceX الآن بنشاط تحويل حلم الخيال العلمي هذا إلى حقيقة. تعمل الشركة على تطوير مركبة فضائية تحمل 100 راكب تسمى Starship وصاروخًا عملاقًا يُعرف باسم Super Heavy ، ويشكلان معًا نظام النقل الذي يعتقد ماسك أنه سيجعل مستوطنة المريخ في متناول اليد في النهاية.



قال ماسك في سبتمبر 2019 ، خلال تحديث البث الشبكي حول هندسة Starship-Super Heavy: 'هذا هو أسرع طريق للوصول إلى مدينة مكتفية ذاتيًا على سطح المريخ'.

متعلق ب: المركبة الفضائية SpaceX والصواريخ فائقة الثقل بالصور

الرؤية الأصلية

أصبحت هذه التحديثات تقليدًا سنويًا متوقعًا للغاية ؛ يقدم ماسك واحدة كل سبتمبر منذ عام 2016.



خلال هذا العرض التقديمي الأول ، وضع الفكرة الأساسية: مركبة فضائية كبيرة وصاروخ ضخم ، وكلاهما سيكون قابلاً لإعادة الاستخدام بشكل كامل وسريع. سيطلق الصاروخ المركبة الفضائية إلى مدار حول الأرض ، ثم يعود إلى الأرض من أجل هبوط رأسي ودفع.

في هذه الأثناء ، سوف تشق سفينة الفضاء طريقها الخاص من مدار الأرض إلى المريخ (أو القمر ، أو أي وجهة أخرى مرغوبة). سوف تهبط المركبة في مثل هذه العوالم الغريبة وتقلع منها أيضًا ، دون الحاجة إلى أي مركبة هبوط أو مركبات صعود إضافية. (هناك حاجة إلى الصاروخ المنفصل فقط للخروج من الجاذبية الأرضية الكبيرة بشكل جيد).

لذلك فإن إعادة التزود بالوقود للسفينة هي مفتاح رؤية ماسك. على سبيل المثال ، سوف تحتاج المركبات الفضائية القادمة من المريخ أو القمر إلى تصدُّرها فوق تلك العوالم ، باستخدام وقود دافع مُنتَج محليًا.



في عام 2016 ، أطلق ماسك على هذه العمارة اسم نظام النقل بين الكواكب (ITS). كان الاسم جديدًا ، حيث أشار الملياردير سابقًا إلى مفهومه المتصور (على الرغم من أنه أكثر غموضًا) باسم Mars Colonial Transporter.

فنان

ليس من المفترض أن تكون بنية أنظمة النقل الذكية (ITS) خاصة بالمريخ ؛ قال ماسك إن النظام يمكن أن يساعد في إنشاء قاعدة على القمر.(رصيد الصورة: SpaceX)

قال ماسك في ذلك الوقت إن نظام النقل الدولي سيبلغ ارتفاعه 400 قدم (122 مترًا) عند تكديسه. سيساهم الصاروخ بمعظم هذا الارتفاع ، حيث يبلغ ارتفاعه 254 قدمًا (77 مترًا) إلى 162 قدمًا (49 مترًا). سيكون هناك بعض التداخل بين السيارتين أثناء التكديس ، وهو ما يفسر سبب عدم ارتفاع إجمالي الارتفاع عن 416 قدمًا.

سيتم تشغيل كلتا السيارتين بواسطة محرك رابتور من الجيل التالي من SpaceX ، وهو أقوى من محرك Merlin الذي يدفع الشركة فالكون 9 وصواريخ فالكون الثقيلة. ستحتوي سفينة ITS على تسعة رابتورز ، وسيضم الداعم الذي يبلغ عرضه 40 قدمًا (12 مترًا) 42 قدمًا ضخمة ، مما يسمح للصاروخ بإنتاج 13033 طنًا من الدفع عند الإقلاع - أي 3.6 مرات أكثر من صاروخ القمر Saturn V التابع لناسا كان قادرًا على التوليد ، قال ماسك. (للمقارنة ، فالكون 9 لديها تسعة محركات من المرحلة الأولى و فالكون هيفي بها 27 محرك).

متعلق ب: شاهد الصور المذهلة لإطلاق سبيس إكس فالكون هيفي في الليلة الأولى

ولن يكون هناك مجرد سفينة ورافعة واحدة لأنظمة النقل الذكية. قال ماسك إن الخطة النهائية تتضمن إرسال 1000 أو أكثر من سفن الفضاء المليئة بالناس إلى المريخ كل 26 شهرًا ، مما يساعد على إنشاء مدينة تضم مليون شخص على الكوكب الأحمر في غضون 50 إلى 100 عام. (تتوافق الأرض والمريخ بشكل إيجابي مع المهام بين الكواكب مرة واحدة فقط كل 26 شهرًا).

لم يضع المسك خططًا لبناء هذه المدينة. سيحدث ذلك بشكل طبيعي مع وصول المزيد والمزيد من الناس إلى المريخ ، كما قال ، مقارنًا أنظمة النقل الذكية بالسكك الحديدية العابرة للقارات التي ساعدت على فتح الغرب الأمريكي للاستيطان من الشرق والغرب الأوسط في القرن التاسع عشر.

وهؤلاء الرواد لن يكونوا فقط من أصحاب الثراء الفاحش ، إذا سارت الأمور وفقًا للخطة. قال ماسك إن قابلية إعادة استخدام أنظمة النقل الذكية يمكن أن تؤدي في النهاية إلى خفض سعر رحلة المريخ بما يكفي لجعلها في متناول أعداد كبيرة من الناس.

قال ماسك خلال العرض التقديمي لعام 2016: 'تسمح الهندسة المعمارية بتكلفة أقل من 200 ألف دولار لكل تذكرة'. 'نعتقد أن تكلفة الانتقال إلى المريخ في النهاية يمكن أن تنخفض إلى أقل من 100000 دولار.'

تعديلات التصميم

ظلت هذه الرؤية الشاملة ثابتة على مدى السنوات الثلاث الماضية ، لكن Musk قام بتعديل التصميم واسم النظام مرارًا وتكرارًا.

في عام 2017 ، على سبيل المثال ، أعلن أن ITS أصبحت الآن BFR ، والتي ترمز إلى 'Big Falcon Rocket' (أو 'Big F *** ing Rocket ؛' استدعى ممثلو SpaceX كلا المتغيرين). كان BFR أقصر وأقل نحافة وأقل قوة من التصميم السابق ، حيث يبلغ ارتفاعه 348 قدمًا (106 مترًا) وعرضه 30 قدمًا (9 أمتار) عند تكديسه ويضم 31 محركات رابتور `` فقط '' على الداعم وستة على متن سفينة الفضاء.

لكن التغيير الأكبر يتعلق باستخدام ثنائي سفينة الفضاء والصاروخ. أعلن ماسك أن سبيس إكس خططت في النهاية لاستخدام BFR لجميع احتياجات رحلاتها الفضائية ، من إطلاق الأقمار الصناعية إلى نقل الأشخاص من وإلى المريخ إلى تنظيف النفايات الفضائية في مدار الأرض. وبناءً عليه ، سيتم التخلص التدريجي من طائرتَي Falcon 9 و Falcon Heavy على المدى الطويل ، وكذلك سيتم إيقاف كلٍّ من طواقم الطائرات وشحنها. كبسولة سبيس إكس دراجون .

قال ماسك في ذلك الوقت إن توسيع دور BFR بهذه الطريقة سيجعل النظام في متناول الجميع لتطويره وتصنيعه.

إذا تمكنا من القيام بذلك ، فيمكن تطبيق جميع الموارد المستخدمة في Falcon 9 و Heavy و Dragon على هذا النظام. قال في سبتمبر 2017: 'هذا أمر أساسي حقًا. نعتقد أنه يمكننا القيام بذلك من خلال الإيرادات التي نحصل عليها من إطلاق الأقمار الصناعية وخدمة المحطة الفضائية'.

متعلق ب: شاهد تطور صواريخ SpaceX بالصور

ثم شهد تصميم BFR طفرة في النمو كادت أن تعيد النظام إلى ارتفاعه الأصلي. في سبتمبر 2018 ، أخبرنا ماسك أن ثنائي سفينة الفضاء الصاروخية سيقفان الآن 387 قدمًا (118 مترًا) ارتفاعًا عند التكديس . وأضاف ماسك أن سفينة BFR ستحتوي أيضًا على سبعة رابتورز بدلاً من ستة ، وستحتوي السيارة الآن على أربعة زعانف متحركة - اثنتان بالقرب من أنفها واثنتان أكبر بالقرب من الذيل.

ستساعد هذه الزعانف السفينة على المناورة في طريقها إلى الهبوط الآمن في عوالم ذات أغلفة جوية مهمة ، مثل المريخ والأرض. قال ماسك إن الزعنفتين الخلفيتين ستعملان أيضًا كمنصات هبوط ، وكذلك الساق المصممة لتبدو وكأنها زعنفة.

وبالتالي ، فإن الشكل الجمالي العام للسفينة يشبه الصاروخ الذي استخدمته شخصية الرسوم المتحركة تان تان في مغامرة 1954 'المستكشفون على القمر'. وهذا الشهي يرضي المسك.

قال في ذلك الوقت: 'أنا أحب تصميم صاروخ تان تان ، لذلك أردت نوعًا ما أن أحيزه تجاه ذلك'. 'إذا كنت في شك ، اذهب مع تان تان.'

ظهرت أخبار كبيرة أخرى من تحديث سبتمبر 2018 أيضًا: وقعت SpaceX أول عميل BFR لها. حجز الملياردير الياباني يوساكو مايزاوا رحلة ذهابًا وإيابًا على القمر في BFR ، مع موعد إطلاق مستهدف عام 2023. وقال مايزاوا إنه يعتزم اصطحاب حفنة من الفنانين معه في المهمة ، والتي يسميها دير مون. لم تكشف سبيس إكس ولا مايزاوا عن تكلفة الرحلة.

متعلق ب: كيف ستعمل أول رحلة ركاب لسبيس إكس حول القمر مع يوساكو مايزاوا

بعد شهرين ، لم يعد BFR أكثر: أخبرنا Musk أن النظام ستسمى الآن المركبة الفضائية . سيكون هذا أيضًا اسم سفينة الفضاء ، في حين أن الصاروخ الضخم سيطلق عليه اسم Super Heavy.

في تلك المرحلة ، كان سبيس إكس لا يزال يخطط لبناء مركبة ستارشيب من ألياف الكربون. لكن في يناير 2019 ، أعلن ماسك أنه يتحول إلى الفولاذ المقاوم للصدأ. قال ماسك إن الفولاذ أثقل قليلاً من ألياف الكربون ولكنه يتمتع بخصائص حرارية رائعة وهو أرخص بكثير. ومنذ ذلك الحين ، أطلق على مفتاح المواد أفضل قرار تصميم تم اتخاذه حتى الآن في مشروع ITS / BFR / Starship.

في مايو 2019 ، قال ماسك إن الخطة الحالية تتطلب ستة رابتورز على مركبة ستارشيب بدلاً من سبعة. وبعد بضعة أشهر ، قام بالتغريد بأن Super Heavy سوف تفعل الآن الرياضة 35 رابتورز بدلا من 31.

يقودنا ذلك إلى آخر تحديث للتصميم ، والذي قدمه ماسك في 28 سبتمبر 2019 ، من منشأة سبيس إكس بجنوب تكساس ، بالقرب من قرية بوكا تشيكا الصغيرة. لم يعلن الملياردير عن أي تغييرات كبيرة ، على الرغم من وجود المزيد من أخبار المحرك: سيكون لدى Super Heavy الآن مساحة لـ 37 رابتور ، على الرغم من أنه لن يتم ملء كل هذه الخانات في كل رحلة. قال ماسك إن كل مهمة ستتطلب على الأرجح 24 رابتورز على الداعم.

قدر ماسك سابقًا التكلفة الإجمالية لتطوير مشروع Starship بما يتراوح بين 2 مليار دولار و 10 مليارات دولار. في 28 سبتمبر ، قال إنه يعتقد الآن أن سعر SpaceX سيكون بالقرب من الطرف الأدنى من هذا النطاق - 'ربما يكون أقرب إلى اثنين أو ثلاثة [مليار] مما هو عليه في 10 ،' قال ماسك لشبكة CNN Business خلال مقابلة بعد وقت قصير من تحديث التصميم.

سبيس اكس

يُطلق الداعم الصاروخي Super Heavy الخاص بـ SpaceX مركبة الفضاء بين الكواكب Starship في هذا الصورة الثابتة من الرسوم المتحركة لـ SpaceX.(رصيد الصورة: SpaceX)

رحلات تجريبية جارية

كان تحديث سبتمبر 2019 أكثر دراماتيكية من تلك التي كانت في السنوات السابقة ، لأن ماسك كان لديه مساعدة بصرية لافتة للنظر في مكان قريب - نموذج أولي بطول 165 قدمًا (50 مترًا) من المركبة الفضائية يسمى Mk1.

قامت شركة سبيس إكس بالفعل ببناء نموذج أولي لمركبة ستارشيب وطيرانه - وهي مركبة قصيرة ذات محرك واحد يطلق عليها اسم Starhopper ، وقد نجحت في رحلتين تجريبيتين قصيرتين وغير مقيدين في بوكا تشيكا قبل أن يتم تقاعد في أواخر أغسطس .

لكن Mk1 هو خطوة كبيرة إلى الأمام. إنها أول مركبة اختبار المركبة الفضائية بالحجم الكامل ، ومن المقرر أن تطير عالياً قريبًا. خلال عرضه التقديمي ، قال ماسك إن سبيس إكس تهدف إلى قيادة مركبة Mk1 ثلاثية المحركات في مهمة اختبار غير مأهولة في أكتوبر أو نوفمبر ، والتي ستنقل المركبة إلى ارتفاع حوالي 12 ميلاً (20 كم).

تقوم SpaceX ببناء مركبة مماثلة تسمى Mk2 في منشآتها في فلوريدا ، على اعتبار أن بعض المنافسة داخل الشركات ستحسن تصميم مركبة Starship النهائية. والمزيد من التكرارات لسفينة الفضاء يجب أن تضرب السماء في وقت قصير أيضًا.

خلال العرض التقديمي لشهر سبتمبر 2019 ، قال ماسك إن سبيس إكس تريد إطلاق رحلة تجريبية مدارية مع ستارشيب في أقل من ستة أشهر - لذلك ، بحلول أوائل ربيع عام 2020. من المرجح أن تكون المركبة التي تطير في تلك المهمة غير المأهولة هي Starship Mk4 أو Mk5 ، هو قال.

متعلق ب: لماذا انزعجت ناسا من صاروخ إيلون ماسك العملاق

وأضاف ماسك أنه إذا استمرت حملات التطوير والاختبار على ما يرام ، فيمكن للناس البدء في الطيران على متن Starship لأول مرة في العام المقبل. (بالمناسبة ، يمكن أن تحدث أولى مهام المركبة الفضائية التشغيلية في أقرب وقت ممكن بحلول عام 2021 ، كما قال ممثلو الشركة. وستكون هذه الرحلات التجارية المبكرة غير مأهولة وربما أقمار صناعية للاتصالات العلوية).

هناك قدر لا بأس به من العمل الذي يتعين القيام به في غضون ذلك ، بالطبع ، ولا يتعلق الأمر كله بتحسين تصميم الزعانف. على سبيل المثال ، هناك مشكلة غير مهمة تتمثل في إبقاء ركاب Starship سعداء وصحيين أثناء رحلاتهم إلى القمر والمريخ وما وراءهما.

نحن نعرف القليل عن نظام دعم الحياة في Starship. لكن ماسك قال خلال تحديث سبتمبر 2019 إنه يتصور نظامًا 'متجددًا' ، يقوم بإعادة تدوير بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ، ومعالجة هذا الغاز الأخير لتوفير الأكسجين. ولا يعتقد أن تطبيق هذه التقنية سيكون بهذه الصعوبة.

قال: 'لا أعتقد أنه من الصعب فعل ذلك فعلاً'. بالنسبة للمركبة الفضائية نفسها ، فإن نظام دعم الحياة واضح ومباشر.

يشتهر المسك بجداوله الزمنية 'الطموحة' ، لذا فإن التواريخ المستهدفة أعلاه بعيدة كل البعد عن كونها ثابتة. لكن الأشياء الكبيرة تحدث بالتأكيد في مشروع Starship ؛ ابقوا متابعين!

مصادر إضافية:

  • يأخذنا إيلون ماسك داخل النموذج الأولي Mk1 من المركبة الفضائية SpaceX (فيديو)
  • اقرأ المزيد عن المركبة الفضائية SpaceX على موقعها صفحة الويب الرسمية .
  • اقرأ المزيد عن صاروخ فالكون هيفي الخاص بشركة سبيس إكس صفحة الويب الرسمية .

كتاب مايك وول عن البحث عن حياة فضائية ، في الخارج (جراند سنترال للنشر ، 2018 ؛ يتضح من كارل تيت ) ، خارج الآن. تابعوه على تويتر تضمين التغريدة .