فرود بر آینده: گام‌ بلند شرکت اسپیس‌ایکس در فتح «اقتصاد» فضا

بامداد شنبه، بیستم فروردین‌ماه‌ به وقت تهران، شرکت خصوصی SpaceX سرانجام موفق شد که پس از چهار تلاش نافرجامی که طی ۱۵ماه گذشته به‌منظور فرود آوردن مرحله اول موشک غول‌آسای «فالکون ۹» بر سطح آب انجام داده بود، عاقبت آن را به‌آهستگی بر روی سکوی شناور بی‌سرنشینی در اقیانوس آرام فرود بیاورد – عملیاتی که SpaceX در اوایل دی‌ماه سال گذشته، نخستین بار بر روی خشکی هم به ثمر رسانده بود. این فرودها به خودی خود سکّوی پرتابی‌ست برای تحقّق هرچه‌سریع‌تر رؤیایی که تمام شرکت‌های فضایی خصوصی به پیروی از آن تأسیس شده‌اند: افزایش بازده سرمایه با کاستن از هزینه‌های ناگزیر تحمیلی از جانب سیاست‌های سنّتی بخش فضا.

مأموریت اخیر موشک ۶۸ متری فالکون ۹، در اصل انتقال یک محموله ترابری «دراگون» (حامل ادوات علمی، سخت‌افزار، و همچنین مایحتاج زیستی شش فضانورد ساکن ایستگاه فضایی) برای هشتمین بار به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) بود. این نخستین ملاقات دراگون با ISS از اواسط تابستان سال گذشته و شکست عملیات مشابهی است که در جریان آن موشک حامل یک کپسول دراگون، ثانیه‌هایی پس از پرتاب، منفجر شده بود.

اما مأموریت اخیر نه‌ فقط در انتقال محموله به ایستگاه موفق بود، بلکه با فرود موفق مرحله نخست موشک بر روی شناوری در اقیانوس آرام، رؤیای دیرین ایلان ماسک، مدیر SpaceX (و همچنین مدیر و مؤسس شرکت خودروسازی تسلاموتورز، و از مؤسسین شرکت PayPal) را هم عاقبت محقّق ساخت (فیلم فرود مرحله اول موشک). حال می‌توان با صرف هزینه بس کمتری نسبت به ساخت مجدد موشک (که بالغ بر ۶۰ میلیون دلار هزینه در بر دارد)، آن را دوباره سوخت‌گیری، و برای مأموریتی دیگر روانه فضا کرد (اقدامی که تنها کمتر از ۲۰۰ هزار دلار هزینه خواهد برد).

در اوایل زمستان سال گذشته SpaceX موفق شده بود که برای نخستین بار مرحله اول یکی از موشک‌های فالکون ۹ خود را، پس از انتقال ۱۱ ماهواره مخابراتی ORBCOMM به مدار کم‌ارتفاع زمین، با موفقیت (از طریق نیروهای پیشران موتورهای اصلی، که این‌بار در نقش «ترمز» عمل می‌کردند) در یکی از سکوهای پرتاب بلااستفاده پایگاه فضایی کیپ‌کاناورال ناسا در فلوریدا فرود بیاورد (فیلم فرود). سپس همین مرحله از موشک، کمتر از یک ماه بعد، برای پرتاب ماهواره تحقیقاتی Jason-3 (وابسته به ناسا) با موفقیت استفاده شد. اما فرود مجدد آن، که این‌بار بر روی سکوی شناوری در اقیانوس آرام پیش‌بینی شده بود، با شکستن یکی از چهار پایه نگه‌دارنده موشک و برهم خوردن تعادل آن پس از فرود، به شکست انجامید (فیلم شکست عملیات).

این سومین شکست SpaceX در فرود آوردن مرحله نخست فالکون ۹ بر روی یک سکوی شناور به شمار می‌رفت؛ اما پیگیری‌های مستمر مهندسین شرکت عاقبت نتیجه داد و در اوایل هفته جاری، طلسم این شکست‌های پیاپی شکسته شد.

داستان فرود

موشک‌های فضایی به منظور انتقال محموله‌های مستقر در کلاهک‌شان به فضا، عملیات پرتاب را طی دو یا چند مرحله به ثمر می‌رسانند. طی این مراحل (که هرکدام توسّط یک «مرحله» از موشک به ثمر می‌رسد)، ابتدا مرحله نخست موشک، بخش اعظم سرعت کافی را برای فرار از جاذبه سطحی زمین به کلاهک می‌دهد و با اتمام سوختش جدا می‌شود تا جرم اضافی آن، مانع طی مسیر موشک نشود. استقرار نهایی محموله در یک «مدار» به گرد زمین، عملیاتی‌ست که سپس با فعال‌سازی مرحله دوم موشک به ثمر می‌رسد (در خصوص محموله‌هایی که می‌بایست از مدار زمین خارج شوند، مرحله سوّمی هم به این زنجیره اضافه می‌شود).

اما در این بین، مرحله اول موشک همچون یک زباله غول‌آسا، سقوط آزادی به سرعت تقریبی ۲۴ هزار و ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت را در پهنه‌های دورافتاده زمین (اعم از پهنه‌های کویری یا اقیانوسی) تجربه می‌کند و در نبود هیچ‌گونه تمهیدی برای کاهش این سرعت، عملاً نابود می‌شود. (فقط در جریان مأموریت‌های شاتل – از سال ۱۹۸۱ تا ۲۰۱۱ – بوده که دو موشک جانبی سوخت جامد، به‌واسطه صرفه‌جویی در هزینه‌ها با چتر نجات در اقیانوس اطلس فرود می‌آمدند و برای شرکت در مأموریت‌های بعدی سوخت‌گیری می‌شدند). هر قدمی که در راه بازیابی مراحل مختلف یک موشکِ «یک‌بارمصرف» انجام بپذیرد، نقطه عطفی در تحول اقتصاد فضا خواهد بود؛ چراکه بخش اعظم هزینه‌ها به بازتولید موتورهای موشک اختصاص دارد.

مرحله نخست موشک فالکون ۹ هم با نیروی ۹ موتور سوخت مایع از نوع «مِرلین» تغذیه می‌شود؛ و در مرحله دوم، با تنها یک موتور از این نوع. لذا بازیابی مرحله اول موشک، علاوه بر آنکه دشواری‌های بازیابی مرحله دوم (به ویژه شامل بازگرداندن آن از بیرون جو زمین به درون جو) را ندارد، بلکه از لحاظ اقتصادی هم به مراتب به‌صرفه‌تر است. به‌علاوه، بازیابی مرحله اول موشک بر سطح اقیانوس (نسبت به سطح خشکی) می‌تواند صرفه اقتصادی بیشتری در پی داشته باشد؛ چراکه منحنی سقوط آزاد این مرحله از موشک، از پی اتمام عملیات آن (چیزی در حدود ۷۰ ثانیه پس از پرتاب)، به سطح اقیانوس آرام ختم می‌شود؛ به‌طوریکه تصحیح این مسیر و هدایت مرحله اول موشک به سمت خشکی، مستلزم صرف سوخت و لذا هزینه‌‌های بیشتر است. (از همین‌رو هم SpaceX در نظر دارد تا در آینده مرحله اول بالغ بر ۶۰ درصد از موشک‌های فالکون ۹ خود را در آب، و باقی‌شان را بر خشکی فرود بیاورد).

اما در مجموع، تحقق چنین عملیاتی (ولو در خشکی) اولویت بی‌قیدوشرط شرکت‌های فضایی خصوصی به شمار می‌رود؛ چراکه بدین‌وسیله قادرند تا با کاهش هرچه‌بیشتر هزینه‌های بخش پرتاب و تمرکززدایی از سرمایه‌‌های خود، آن‌ها را به توسعه سیاست‌های منحصربفرد خود اختصاص دهند.

البته گفتنی‌ست که بازیابی صِرف مراحل مستعمل یک موشک، ضامن استفاده مجدد و ایمن از آنها در مأموریت‌های فضایی بعدی نیست. تاکنون که سازمان‌های فضایی دولتی (اعم از ناسا و سایر سازمان‌های بین‌المللی‌ای از قبیل اسا، ژاکسا، روس‌کازموس و...) برنامه‌های موشکی خود را با الگوبرداری از برنامه موشک‌های بالستیک پیش‌ می‌برده‌اند، طبیعتاً احتیاجی به تمهید عملیاتی برای بازیابی مراحل مستعمل موشک‌های غیرنظامی هم نمی‌دیده‌اند، و لذا به‌منظور کاستن از وزن اولیه موشک (و بدین‌وسیله صرفه‌جویی در مصرف سوخت)، قطعات‌ آنها را تا حد ممکن ظریف و «یک‌بار مصرف» طراحی می‌کرده‌اند.

اما با ورود بخش خصوصی به صحنه، که این نیاز هم‌اینک احساس شده است، لزوم بازنگری در انتخاب مواد اولیه و طراحی قطعات اصلی موشک (برای استفاده چندین و چندباره از آن‌ها تحت شرایط سخت یک پرتاب) نیز پررنگ‌تر شده‌ است (مثلاً با وجود موفقیت SpaceX در طراحی قطعات چندبار مصرف برای مرحله اول موشک فالکون ۹، وزن بالقوه محموله این موشک ۵۴۱ تُنی، ۳۰ درصد کمتر از وزن بالقوه محموله موشک ژاپنی H-II – متعلق به بخش دولتی – با وزنی مشابه است). در عین حال، با ورود شرکت‌های متعدّد به عرصه رقابت، می‌رود تا این نیازها و بازنگری‌ها به ضروریاتی تعیین‌کننده در مسیر تحوّلات آینده اقتصاد فضا بدل شوند.

در واقع SpaceX اولین شرکتی هم نبوده که در تحقق این امر از در موفقیت درآمد. یک ماه پیش از موفقیت SpaceX در فرود آوردن مرحله اول موشک فالکون ۹ بر سطح خشکی، شرکت Blue Origin به مدیریت جف بزوس (مدیرعامل و مؤسس شرکت آمازون)، موفق شده بود که فضاپیمای «نیو شپرد» خود را پس از طی مسیری زیرمداری با ارتفاع اوج ۱۰۱ کیلومتر، به آرامی بر سطح خشکی فرود بیاورد. (این شرکت تاکنون دو بار دیگر نیز همین عملیات را تکرار کرده؛ ولی برخلاف SpaceX، هیچ‌کدام‌شان علنی نبوده‌‌اند).

با این وجود، SpaceX هم‌اینک موفقیت‌هایش را نه در سطوح آزمایشی همچون شرکت Blue Origin، بلکه در سطوح کاملاً عملیاتی جشن می‌گیرد. تمام محموله‌های فالکون ۹ (اعم از دو مأموریتی که در جریان‌شان مرحله نخست موشک بازیابی شد)، به مدار زمین منتقل شده‌اند و حلقه‌ای از زنجیره سیاست‌های سایر نهادها به شمار می‌رفته‌اند.

از جمله این نهادها می‌توان به شرکت Bigelow Aerospace به مدیریت رابرت بیگلو (هتل‌دار و کارآفرین آمریکایی) اشاره کرد، که نخستین نمونه آزمایشی از اتاقک‌های الحاقی بادشونده این شرکت (موسوم به BEAM) را طی همین مأموریت اخیر محموله دراگون، به ایستگاه فضایی منتقل ساخت تا به مدت بالغ بر دو سال بر آن مستقر باشد. هدف از ارسال این اتاقک (که در صورت گشوده شدن، حجمی معادل یک چادر سفری هشت‌نفره را اشغال می‌کند)، بررسی مقاومت مواد و مصالح به‌کاررفته در ساخت آن در برابر شرایط سخت محیط فضاست. بیگلو امید دارد تا بتوان در آینده از همین اتاقک‌های بادشونده (اعم از نمونه‌ای با حجم بیست برابر حجم نمونه فعلی، که در سال ۲۰۲۰ به فضا پرتاب خواهد شد)، زیرساخت‌هایی را برای احداث «هتل‌های فضایی» فراهم آورد.

علاوه بر محموله دراگون، هم‌اینک محموله ترابری «سیگنوس» (وابسته به شرکت خصوصی Orbital ATK) هم به ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل است؛ و این نخستین باری‌ست که دو محموله ترابری از دو شرکت خصوصی مختلف همزمان در ایستگاه حضور دارند. تا پیش از ورود بخش خصوصی، تمام مایحتاج علمی، سخت‌افزاری، و زیستی ایستگاه، توسط محموله‌های ترابری «پروگرس» (وابسته به سازمان فضایی روسیه)، ATV (وابسته به سازمان فضایی اروپا)، و HTV (وابسته به سازمان فضایی ژاپن) تأمین می‌شده‌ است (و به غیر از محموله‌های ATV، همچنان می‌شود).

گام بلند بعدی SpaceX و سایر شرکت‌های خصوصی بخش فضا، زمینه‌سازی برای اعزام مأموریت‌های سرنشین‌دار به مقصد ایستگاه فضایی بین‌المللی و حتی فراتر از آن است.