جنرال لواء

طريقة جديدة غير مكلفة لاستكشاف الفضاء: إطلاق أقمار صناعية متحركة من بالونات وصواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد


مع تزايد الطلب على عمليات إطلاق الأقمار الصناعية الخاصة والمتنقلة وعند الطلب ، طورت شركة الفضاء الجوي Stofiel Aerospace نظام إطلاق قائم على البالون قادر على إطلاق قمر صناعي بسعر رخيص ومن أي مكان يسمح بالطيران تقريبًا.

تدعي الشركة أنها تستطيع إطلاق أقمار صناعية 25٪ أرخص من أي شخص آخر.

لكن تصميمها ليس أرخص فحسب ، بل يتطلب أيضًا هندسة أقل ويمكن إطلاقها من أي ركن من أركان العالم تقريبًا - بما في ذلك من ساحات الانتظار - إذا سمحت إدارة الطيران الفيدرالية بذلك ، كما يقول بريان ستوفيل ، الرئيس التنفيذي لشركة Stofiel Aerospace.

يعتمد نظام الإطلاق على مجموعة من الحلول المبتكرة ، وإن لم تكن جذابة بالضرورة ، والتي تقدم أرخص الخيارات لاستكشاف الفضاء.

يمكن لنظام صاروخ Hermes الصلب فقط الدفع ، والخنق ، والمتجه باستخدام نظام فوهة مركب بالكامل. # newsace # nextfrontier # isdc # losangeles نقوم بتعديل الهياكل الداخلية لتحقيق ذلك من خلال التفاعل المباشر مع التدفق. ليست دراجة هوائية ولكن توربين. # طيران pic.twitter.com / CrVVVlOMIB

- Stofiel Aerospace (StofielAero) 18 مايو 2018

"نحن نستخدم 70٪ وقود أقل، وربما هناك 20٪ هندسة أقل. لذا فإن المدخرات ليست مجرد توفير للوقود.

تطوير نظام إطلاق أقمار صناعية متنقل رخيص

في الوقت الحالي ، تمضي الشركة ربع الطريق نحو تحقيق هدفها المتمثل في إكمال الإطلاق الناجح والمدار والعودة لمركبة فضائية.

"لقد تم اكتشاف الصواريخ. لقد حصلنا [أيضًا] على طائرة بدون طيار - أرتميس - برزت. نحن الآن ننتقل إلى نظام التوجيه وكل شيء آخر ".

أرتميس هي طائرة بدون طيار يتم إسقاطها من البالون ، وهي مصممة لإعادة البيانات حول الرحلة والجو العلوي. لا يزال نظام الملاحة ومركبة العودة ، Hyperion ، قيد التطوير. لكن Stofiel يدعي أنه لن يمر وقت طويل حتى تصبح كل التكنولوجيا جاهزة لإطلاق قمر صناعي في مدار أرضي منخفض.

تقول Stofiel ، وهي خطة طموحة لشركة أقل من عقد من الزمان: "سنكون في المدار بحلول ديسمبر 2019".

بمجرد الوصول إلى المدار ، ستتقدم Stofiel Aerospace إلى ما بعد البحث والتطوير للبدء في تقديم الخدمات العامة والتسليم المنتظم إلى الفضاء.

إطلاق الأقمار الصناعية على Rockoon

يساعد صاروخ هيرميس الصخري - وهو صاروخ يتم إطلاقه بواسطة منطاد ، في نقل شركة Stofiel Aerospace إلى ما وراء الأفق وإلى المدار.

الصخر هو صاروخ يعمل بالوقود الصلب ولا يُطلق من الأرض ، بل يُحمل عالياً في الغلاف الجوي بواسطة بالون مملوء بالغاز. ثم ، عند الوصول إلى الارتفاع ، تنفصل عن البالون قبل أن تشتعل وتنطلق نحو النجوم.

في الصورة أعلاه ، واحدة من أوائل الصخور في العالم تنطلق نحو الفضاء.

تم تصميم كل نظام إطلاق قمر صناعي خصيصًا وفقًا لمواصفات الحمولة. يتم شحن نظام توصيل الأقمار الصناعية ، المسمى بنظام إطلاق Boreas ، في صندوق يحتوي على بالون ، وصاروخ Hermes مطبوع ثلاثي الأبعاد ، واختيارياً نظام Hyperion ، وهو نظام إرجاع قمر صناعي صغير. أثناء العمل ، يتم ملء البالون ورفع الصاروخ 30 كيلومترا في الغلاف الجوي. ثم ينفصل الصاروخ قبل الاشتعال ويأخذ به إلى مدار أرضي منخفض حوله 230 كيلومترا فوق.

3D Printing Hermes Rocket - مخصص حسب الطلب

تم إطلاق صاروخ هيرميس عالياً فوق سطح الأرض ، ولا يحتاج إلى الطاقة من خلال طبقات الغلاف الجوي السفلية والأكثر سمكًا - وهو أحد أكبر العوائق التي تحول دون رحلة الفضاء.

أعلى مستوى في الغلاف الجوي ، هناك مقاومة أقل للهواء ، وبالتالي ، يجب أن يقاوم الصاروخ ضغطًا أقل. تخضع هياكل الصواريخ لقوة أقل بكثير وبالتالي يمكن تصميمها بمواد أخف ، مما يؤدي إلى توفير المزيد من الوقود والوقت.

على الرغم من أن لعبة Rockoon ليست استراتيجية جديدة في حد ذاتها ، إلا أن Stofiel Aerospace قامت بدمجها جنبًا إلى جنب مع بعض التقنيات الرئيسية الأخرى لتقديم حل جديد تمامًا لرحلات فضائية أرخص وأكثر سهولة.

جنبا إلى جنب مع Rockoon ، تقوم Stofiel Aerospace بدمج تقنية أساسية أخرى مما يقلل من أوقات الإنتاج وتكلفة محركات صاروخ Hermes.

التكنولوجيا المعنية - استراتيجية طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة تتضمن طباعة بلاستيكية قديمة مع طلاء جديد للوقاية من الحرارة. يُنشئ النظام الحل الأرخص والأكثر فعالية لاستكشاف الفضاء حتى الآن.

أجزاء صاروخ الطباعة ثلاثية الأبعاد من البلاستيك

تصنع فوهات الصواريخ التقليدية من معادن مثل سبائك النحاس والصلب ، وهي مواد يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً وتصنيعها في أجزاء صاروخية باهظة الثمن. علاوة على ذلك ، فهي تتطلب المزيد من الهندسة وأنظمة التبريد المعقدة في كثير من الأحيان لمنعها من الذوبان أثناء الصعود الطويل عبر الغلاف الجوي.

من ناحية أخرى ، يعد البلاستيك رخيصًا وسهل التشكيل - خاصة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. لكن بالطبع ، البيئة التي يجب أن يتحملها محرك الصاروخ تتجاوز بكثير حدود أي بلاستيك غير مساعد.

ومع ذلك ، عند معالجته بالطريقة الصحيحة ، يمكن تحويل البلاستيك إلى مادة فائقة القدرة على تحمل آلاف الدرجات - وإطلاق قمر صناعي. لا تحتوي الصواريخ البلاستيكية على أجزاء معدنية ويمكن إنتاجها وتصنيعها بكميات كبيرة وفقًا لمواصفات الحمولة. ولكن بدون طلاء الواقي الحراري المبتكر ، سيكون المحرك عديم الفائدة.

طلاء هيرميس للدرع الحراري

طور المهندسون وراء Stofiel Aerospace طلاء خاص يحول فوهات الصواريخ البلاستيكية ثلاثية الأبعاد إلى مادة خزفية صلبة قادرة على تحمل درجات حرارة تزيد عن 4000 درجة مئوية. يحدث التحول عندما تطلق الصواريخ ، مما يؤدي إلى رد فعل بين المواد.

"الطلاء الحراري المملوك يسمح ببلاستيك PLA ، الذي يذوب عادةً 200 درجة مئوية، للبقاء على قيد الحياة في دورة تشغيلية مركبة للصاروخ والصمود + 4000 درجة مئوية"تدعي شركة Stofiel Aerospace.

عندما تنتهي الصواريخ من إطلاقها ، لم يعد ما تبقى من البلاستيك ، بل مادة خزفية صلبة.

تستخدم Hermes عملية تصنيع قابلة للتخصيص تمامًا # طباعة قوالب هيكلية إيجابية لمركب Hephaestus الحراري # طلاء سيراميك. يذهب هذا نحو الإنتاج الضخم لنظام مداري خفيف الوزن يمكن بناؤه حسب الطلب في غضون أيام. # صباحات

- Stofiel Aerospace (StofielAero) ١٤ مايو ٢٠١٨

التفاعل بين البلاستيك والوقاية الحرارية هو أيضًا ماص للحرارة ، وهو تفاعل يمتص الطاقة. أثناء التحول ، يتم امتصاص الطاقة الحرارية من داخل غرفة الاحتراق من خلال تفاعل الطلاء البلاستيكي والحرارة ، مما يقلل من درجات حرارة التشغيل الإجمالية.

"ما قمنا بتطويره هو صاروخ يمكننا توسيع نطاقه إلى الحمولة. يمكننا إطلاقه على الهاتف المحمول ويمكننا إنتاجه بكميات كبيرة ".

إن الإطلاق بالقرب من الفضاء يعني أيضًا أن الصواريخ لن تحترق لفترة طويلة ، مما يقلل بشكل أكبر من كمية الهندسة المطلوبة للتطوير. في مثل هذه الارتفاعات العالية ، يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى -50° درجة مئوية ، التبريد المسبق وبالتالي حماية الصاروخ من الحرارة الشديدة للعادم.

يتم أيضًا استعادة الطاقة من ثاني أكسيد الكربون ، وهو منتج ثانوي للتفاعل ، في نظام الدفع.

"ما قمنا بتطويره هو صاروخ يمكننا توسيع نطاقه إلى الحمولة. يمكننا إطلاقه على الهاتف المحمول ويمكننا إنتاجه بكميات كبيرة ". قال بريان ستوفيل ، الرئيس التنفيذي ومؤسس شركة Stofiel Aerospace لـ IE.

نظام الإطلاق Boreas

تشكل فوهة صواريخ Rockoon و 3 D البلاستيكية المعالجة بطبقة خاصة مقاومة للحرارة جزأين من نظام Boreas Launch System - وهو نظام إطلاق قمر صناعي صغير من ثلاثة أجزاء.

الجزء الثالث هو هايبريون - مركبة عودة ساتلية صغيرة.

من المعروف أن إعادة الحمولة إلى الأرض أمر صعب. إن الاحتكاك الناتج عن سقوط الأجسام الكبيرة أو السريعة عبر الغلاف الجوي يكفي لحرق معظم المركبات الفضائية قبل وقت طويل من وصولها إلى الأرض.

في حين أن بعض الأقمار الصناعية مصممة للاحتراق عند إعادة الدخول ، قد يكون من المفيد في بعض الأحيان إعادة المعدات باهظة الثمن والعينات البيولوجية سليمة لدراستها على الأرض.

"إذا أراد مختبر بيولوجي إجراء تجربته مباشرة في مختبره ، فإننا نطير فوق ساحة انتظار السيارات وننشر مظلة ونُسقط الطائرة بدون طيار في ساحة انتظار السيارات. نحن نتحدث عن 5-10 دقائق من المدار إلى المختبر. وهذا حقًا يغير العلوم التي يمكنهم القيام بها ".

أنظمة الأقمار الصناعية الأخرى أكثر تعقيدًا

سبيس إكس ، شركة رائدة في مجال إطلاق الأقمار الصناعية ، لديها القدرة على إعادة الحمولات عن طريق إنزال كبسولة الفضاء القابلة لإعادة الاستخدام على صنادل في وسط المحيط. لكن مركبة الإرجاع باهظة الثمن وتتطلب العديد من الطبقات الهندسية الإضافية لدمج تصميم قابل لإعادة الاستخدام.

غالبًا ما تغطس مركبات إعادة الدخول الأخرى عبر الغلاف الجوي المحترق والإبطاء قبل سحب المظلة. ومع ذلك ، فإن عمليات الإنزال قاسية ، وتتجاوز أحيانًا 10 جرامات - 10 أضعاف الجاذبية الطبيعية للأرض.

في الوقت الحالي ، يعد إرجاع الحمولات بالمظلات إلى الأرض الطريقة الأكثر كفاءة وفعالية لإعادة المعدات والعينات. ولكن قد يكون الهبوط غير متوقع إلى حد ما ويمكن أن يفجر عدة كيلومترات خارج المسار ، مما يجبر معظم المركبات الفضائية العائدة على الهبوط في مواقع مقفرة - عادة في وسط المحيط أو في صحراء كازاخستان - وهو مصدر إزعاج كبير للعلماء الذين يحاولون استعادة المواد الحساسة. الحمولات.

لكن نظام Boreas Launch لا يعاني من نفس القيود.

"يمكننا توسيع نطاق [صاروخ] إلى حمولة واحدة تختلف عن معظم الصواريخ حاليًا حيث تكون حمولة ثانوية على صاروخ كبير. لديك حمولة 30 رطلاً ، أنا أصنع صاروخًا يطير 30 رطلاً "

عودة الحمولات والأقمار الصناعية مع مركبة الإرجاع Hyperion Satellite

تعالج Stofiel Aerospace مشكلة الهبوط عن بُعد والخشنة لمركبات العودة الأخرى بمركبة مبتكرة خاصة بها - تُعتبر Hyperion - وهي نظام إرجاع قمر صناعي صغير. يمكن استخدام Hyperion لوضع قمر صناعي في مدار منفصل بدقة ، ولكن يمكن أيضًا استخدامه لإعادة الحمولات القيمة بأمان إلى الأرض.

سيتمكن صاروخ هيرميس الفردي من حمل ثلاث مركبات فضائية من طراز هايبريون ، يحتوي كل منها على العديد من الأقمار الصناعية الأصغر.

مع القدرة على تغيير درجة صوتها ، يمكن لمركبة العودة Hyperion تعديل رحلتها ويمكنها الاستفادة من القفز في الغلاف الجوي. كما يوحي الاسم ، يسافر Hyperion بسرعة كافية وهو خفيف بدرجة كافية للتخطي من حافة الغلاف الجوي. تسمح درجة التحكم له بالتنقل بدقة فوق الأرض قبل البدء في الهبوط والهبوط.

بشكل مثير للإعجاب ، يمكن لمركبة العودة Hyperion أن تدخل الغلاف الجوي للأرض وتهبط في أقل من 1 جم - وهو إنجاز هائل سيسمح للعلماء باستعادة بيانات أكثر حساسية من أي وقت مضى.

في النهاية ، يود Stofiel أن يرى نظام التسليم يعيد حمولة من القمر الصناعي إلى الباب الأمامي للشركة في دقائق معدودة.

تطوير نظام إطلاق الأقمار الصناعية من خلال التعلم من خلال التجربة والخطأ

وفقًا لستوفيل ، تتمحور الشركة حول النماذج الأولية والتجريب الميداني. بدلاً من التعجيل بإتقان تقنيات الفضاء وتعقيدها باستمرار ، تتعلم الشركة وتتقدم من خلال التعلم من خلال الفشل ، وتسريع النماذج الأولية والتصميم بشكل كبير.

"التعقيد في الصناعة هو ما يجعل رحلة الفضاء صعبة. يقول ستوفيل: نحن نفهم كيفية القيام برحلة فضائية. ويضيف "الصناعة منحازة للتعقيد."

يقترح ستوفيل أن العلماء يميلون بشكل طبيعي نحو الحلول المعقدة. في كثير من الأحيان ، يبالغ المهندسون في تعقيد التصميمات حيث يتم اقتراح حلول جديدة ومتكاملة ، مما يؤدي غالبًا إلى المزيد من نقاط الفشل.

العالم أولا !!! فشل صاروخ هيرميس في الاشتعال ... ميت MK3O على المنصة. جاري تحليل الفشل وسيتم إجراء محاولة قراءة بعد # ISDCpic.twitter.com / RNujY9UFnA

- Stofiel Aerospace (StofielAero) 18 مايو 2018

من ناحية أخرى ، يعيش Stofiel Aerospace من خلال نهج "فشل سريعًا ، يفشل كثيرًا" للتعلم من التجارب الميدانية والفشل بدلاً من الدراسة الصارمة والتصميم النظري. حلهم جذري ، لكنه أثبت أنه أكثر نجاحًا في وقت أقرب بكثير مما كان متوقعًا ، بما في ذلك Stofiel نفسه.

"نحن نعيش من"تفشل بسرعة ، تفشل كثيرا " طريقة التطوير. نعتقد أن هذه الطريقة علم جيد وعمل جيد ". وأوضح ستوفيل.

أين الشركة الآن

أكملت Stofiel Aerospace بالفعل العديد من الإنجازات المهمة ، بما في ذلك تطوير صاروخ بلاستيكي عملي مطبوع ثلاثي الأبعاد. لكنهم مستمرون في التقدم - ولديهم خطط كبيرة للمستقبل القريب.

"نحن على بعد شهر ونصف من كسر خط كارمن - حافة الفضاء - بسرعة 4000 ميل في الساعة."

قريباً ، ستكسر الشركة حاجز الفضاء ، وتضعها في المرحلة النهائية من التطوير قبل طرح خدماتها للجمهور.

فوائد نظام الإطلاق Rockoon

"نود أن نرى 1000 مهمة في السنة - 3 في اليوم ".

يمكن لصاروخ هيرميس ، إلى جانب طريقة توصيل البالون ، توصيل حمولة من 15 إلى 250 كجم إلى مدار أرضي منخفض بتكلفة منخفضة نحن20000 دولار للكيلوغرام, $5000 أرخص من أي حل آخر متوفر في السوق.

بدأت الفكرة بسرعة ، ووفقًا لستوفيل نفسه ، ستبدأ الشركة في إجراء عمليات تسليم منتظمة في ديسمبر 2019.

"نود أن نرى 1000 مهمة في السنة - 3 في اليوم ". سعيد ستوفيل.

الحل القبيح لإطلاق الأقمار الصناعية عند الطلب

إن امتلاك القدرة على إطلاق نظام الأقمار الصناعية في بضع ساعات فقط يفتح فرصًا لا نهاية لها للجهود الإنسانية.

يمكن تركيب أنظمة إطلاق الأقمار الصناعية المتنقلة في مراكز وسط المدينة بالقرب من المناطق المعرضة للخطر في وضع الاستعداد وجاهزة للتضخم والإطلاق في غضون لحظات. في غضون ساعتين ، يمكن أن يصل القمر الصناعي المخصص ويعيش فوق منطقة منكوبة مع القدرة على توفير التصوير الحراري في مناطق حرائق الغابات ، ووصلات الاتصال الخاصة بالزلازل والكوارث الأخرى ، بالإضافة إلى توفير صور حية للمساعدة في الإغاثة والإنقاذ. الناس على الأرض.

إن ربط صاروخ صغير بمنطاد طقس هائل ليس حلاً ساحرًا. لكنه حل لا ينبغي إغفاله.

"هناك الكثير من الفرص التي نرى أنها لم يتم استغلالها لأن لا أحد يستطيع تقديم خدمة عند الطلب."

الحل رخيص وفعال وفعال ، مما يجعله خدمة إطلاق أقمار صناعية أكثر عملية للأقمار الصناعية الصغيرة إلى المتوسطة الحجم والحمولات الأخرى.

خدمة إطلاق الأقمار الصناعية المتنقلة الأكثر تكلفة حتى الآن

يقدم حل Stofiel's rockoon لإطلاق القمر الصناعي واحدة من أكثر خدمات إطلاق الأقمار الصناعية المحمولة كفاءةً وبأسعار معقولة حتى الآن ، إن لم يكن كذلك.

إنهم رواد في إطلاق الأقمار الصناعية المتنقلة وجعلها أكثر سهولة للاستخدام المدني.

"إنها ليست مجيدة. لا توجد تلك الإثارة الجنسية من "لدي صاروخ كبير" ".
يقول ستوفيل. لكن الحل يعمل ، وسرعان ما ستكون الطريقة الأسرع والأرخص والأكثر فاعلية لإطلاق قمر صناعي.

قريباً ، ستلتزم الشركة بشعارها -

"أحضر لنا حمولة يوم الاثنين ، سيكون في المدار بحلول يوم الجمعة."


شاهد الفيديو: كيف كانت طريق إيران لإطلاق أول الأقمار الاصطناعية إلى الفضاء (سبتمبر 2021).