مركبة الإطلاق دلتا Delta II 7925 بنوعيها القياسي والثقيل
مركبة الإطلاق دلتا Delta II 7925 مع ثلاث مراحل تكون بهذا الشكل.
فيما يلي سنعرض معلومات حول الصاروخ Delta II 7925 القياسي والصاروخي Delta II 7925H الثقيل من وجهة نظر استخدامهما في إطلاق مركبتي استكشاف المريخ الجوالتين MER-A,B ، وفي ذلك الوقت كان الصاروخ ملكا لشركة بوينج أما الآن فهو تابع لتحالف الإطلاق المتحد United Launch Alliance .
تسمية العربيتين
- في البداية MER-A أو Rover A ثم Spirit .
- في البداية MER-B أو Rover B ثم Opportunity .
.
توفر مركبة الإطلاق السرعة التي تحتاجها المركبة الفضائية للهروب من جاذبية الأرض ووضعها في مسارها نحو المريخ.
.
إطلاق العربتين الجوالتين علي صاروخ دلتا Rovers Launched on Delta II Rockets
عندما يفكر مخططو المهمة في مركبات الإطلاق المختلفة ، فإن ما يأخذونه في الاعتبار هو مقدار الكتلة التي يمكن أن ترفعها كل مركبة إطلاق إلى الفضاء. تم اختيار مركبة الإطلاق دلتا Delta II التابعة لشركة بوينج Boeing لمهمة العربة الجوالة لاستكشاف المريخ Mars Exploration Rover MER لأنها تتمتع بقدرة الإقلاع المناسبة لمتطلبات الوزن ولأنها موثوقة للغاية.
تعمل عائلة صواريخ دلتا Delta II من مركبات الإطلاق منذ أكثر من 10 سنوات ونجحت في إطلاق 90 مشروعًا بما في ذلك آخر ست بعثات تابعة لناسا إلى المريخ وهي: Mars Global Surveyor و Mars Pathfinder في عام 1996 م، و Mars Climate Orbiter في عام 1998 م، و Mars Polar Lander في عام 1999 م، و Mars Odyssey في عام 2001 م، و Phoenix Mars Lander في عام 2007 م.
.
تفاصيل عن مركبة الإطلاق Details on the Launch Vehicle
صواريخ دلتا هي مركبات إطلاق مستهلكة Expendable Launch Vehicles (ELVs) (غير مستردة)، مما يعني أنها تستخدم مرة واحدة فقط. استخدمت مهمة العربة الجوالة Rover A الصاروخ القياسي Delta II 7925 عندما تم إطلاقها في يوم 10 يونيو 2003 م. بينما كان إطلاق روفر B الأخير في يوم 7 يوليو 2003 يحتاج إلى مزيد من الطاقة للوصول إلى المريخ ، لذلك تم إطلاقه على متن الصاروخ Delta II 7925H ، حيث أن الحرف “H” يعني “ثقيل Heavy”. فيما بعد سنتعرف على الاختلافات بين مركبتي الإطلاق وأسبابها.
.
المرحلة الأولي Stage I
المرحلة الأولى بسيطة نسبيًا. إلى جانب المحرك والوقود وخزانات المؤكسد ، يقع قسم مركزي من الجسم Center Body Section (القطاع الأوسط) بين الوقود وخزان الأكسجين السائل. يضم هذا القسم المركزي من الجسم معدات إلكترونية Electronic Equipment لتنفيذ الأوامر القادمة من المرحلة الثانية Second Stage حيث توجد “عقول Brains” الصاروخ.
المرحلة الأولى من صاروخ دلتا Delta II تستخدم محرك من طراز Rocketdyne RS-27A لحرق وقود صاروخي Rocket Fuel مع الأكسجين السائل شديد البرودة (-185درجة مئوية أو -300 درجة فهرنهايت ، وهو أبرد من أي مكان على الأرض). على الرغم من أن مصطلح ” وقود صاروخي Rocket Fuel” يبدو غريبًا ، إلا أنه في الأساس عبارة عن كيروسين Kerosene .
.
الوزن والقوة Weight and Power
عند الإقلاع ، يزن الصاروخ 285228 كيلوجراماً (62820 رطلاً) ، منها 1070 كيلوجراماً فقط (2355 رطلاً) هي وزن المركبة الفضائية.
تحريك وإقلاع هذه السفينة الثقيلة يتطلب دفع مشترك من محرك RS-27A الخاص بالمرحلة الأولي مع 9 محركات صاروخية صلبة محيطة بالمرحلة الأولي Strap-On Solid Rocket Motors . يولد المحرك RS-27A ما يقرب من 890 ألف نيوتن (N) من الدفع. * هذه القوة تعادل تقريبًا 200 رطل من الدفع ، وهو ما يشبه ضغط المياه الخارجة من 2000 خرطوم حريق في خرطوم واحد يبلغ قطره حوالي 4.7 قدمًا.
(* نيوتن Newton هو وحدة قوة مطلوبة لتسريع كتلة كيلوجرام واحد بسرعة متر واحد في الثانية).
.
كيف تعمل المرحلة الأولى How Stage I Works
بمجرد انطلاق المركبة الفضائية من المنصة ، يحتاج محرك المرحلة الأولى إلى المزيد والمزيد من الوقود لمواصلة التسارع. تدفع المضخة التوربينية Turbine-Turbopump الوقود والأكسجين إلى غرفة الاحتراق Combustion Chamber . يستخدم الأكسجين السائل أيضًا لتبريد المحرك الرئيسي Main Engine وفوهته Nozzle وحمايتهما من السخونة الزائدة. هذا مشابه جدًا للطريقة التي يمر بها الماء عبر المبرد في السيارة لتبريد المحرك.
محركان دقيقان وصغيران يوفران التحكم في الدوران Roll Control أثناء احتراق المحرك الرئيسي والتحكم في الوضعية Attitude Control بعد إيقاف المحرك الرئيسي قبل فصل المرحلة الثانية. إذا اكتشفت أجهزة استشعار Sensors الصاروخ أن الصاروخ بدأ في الدوران Spin أو التدحرج Roll ، فسيتم إطلاق المحركان لإيقاف الدوران Rotation .
من أجل إجراء تعديلات على مسار الرحلة ، يتم تحريك المحرك ذهابًا وإيابًا في أسفل الصاروخ بواسطة مفاصل كبيرة ثنائية المحور Gimbals ومستقيمة بواسطة سائل مضغوط (الضغط الهيدروليكي Hydraulic Pressure). المفاصل ثنائية المحور Gimbals هي الأجهزة التي تبقي الأشياء معلقة في مستوى أفقي بغض النظر عن الحركة الخاصة بحلقتين مثبتتين على محاور بزوايا قائمة مع بعضها البعض. تعمل المفاصل ثنائية المحور Gimbals جنبًا إلى جنب مع الجيروسكوبات Gyroscopes التي تدور مثل لعبة البلبل الدوار Spin Top . تلاحظ الجيروسكوبات ما إذا كانت تدور كثيرا جدًا عند زاوية أو عند أخرى. إذا حدث ذلك ، فإنهم يخرجون عن التوازن ، وبالتالي يشيرون إلى المفاصل ثنائية المحور Gimbals بالتحرك. مثل أن تقوم بموازنة يد مقشة طويلة لإيقافها رأسيا في منتصف راحة يدك ، لذا يتحرك المحرك للخلف وللأمام للحفاظ على المركبة الفضائية منتصبة لأعلي ومتوازنة.
.
المحركات الصاروخية الصلبة Solid Rocket Motors
تُستخدم تسعة محركات صاروخية مثبتة في حزام Strap-On Rocket Motors لزيادة قوة دفع المحرك الرئيسي . يستخدمون وقودًا صاروخيًا صلبًا يسمى دافع متعدد البوتادين الهيدروكسيل Hydroxyl-Terminated Polybutadiene (HTPB) propellant . وقود HTPB عبارة عن مادة مطاطية صلبة تربط الوقود والمؤكسد معًا.
المحركات الصاروخية Rocket Motors تلك مصنوعة من غلاف الجرافيت الإيبوكسي Graphite-Epoxy Shell الذي يكون أخف بحوالي 4 إلى 5 مرات من المعادن. هذه الأغلفة Shells تمثل الهيكل الخارجي الذي يحيط بوقود محرك الصاروخ الصلب. تُعرف محركات الصواريخ تلك بشكل مألوف باسم محركات الجرافيت-الإيبوكسي Graphite-Epoxy Motors GEMs .
يتم إشعال ستة من محركات الجرافيت-الإيبوكسي GEMs التسعة في وقت الإقلاع. يتم إشعال الثلاثة المتبقية ، التي لها فوهات ممتدة Extended Nozzles ، بعد فترة وجيزة من احتراق الستة محركات الجرافيت-الإيبوكسي GEMs الأولي وعندما تكون المركبة الفضائية أخف وزناً بسبب احتراق الوقود الخاص بالمرحلة الأولى.
.
حجم ووزن وقوة محركات الجرافيت-الإيبوكسي Size, Weight, and Power of the GEMs
بالنسبة لمهمة العربة المريخية الجوالة Rover A ، التي استخدمت مركبة الإطلاق القياسية Delta II 7925 ، يبلغ قطر محركات الجرافيت-الإيبوكسي 1016 ملم (40 بوصة) وتحتوي علي وقود وزنه حوالي 12000 كجم (26400 رطل) من وقود البوليبوتاد المنتهي بالهيدروكسيل Hydroxyl-Terminated Polybutad . وينتج كل محرك جرافيت-إيبوكسي دفع مقداره 498 ألف نيوتن (112 ألف رطل).
بالنسبة لمهمة العربة المريخية الجوالة Rover B ، التي استخدمت مركبة الإطلاق Delta II 7925H ، يبلغ قطر محركات الجرافيت-الإيبوكسي 1168 ملم (46 بوصة). محركات الجرافيت-الإيبوكسي للصاروخ Delta II 7925H أطول أيضًا من محركات الجرافيت-الإيبوكسي GEMs المستخدمة في الصاروخ Delta II 7925 . و محركات الجرافيت-الإيبوكسي الخاصة بالصاروخ Delta II 7925H تولد قوة دفع أكثر بنسبة 25 بالمائة تقريبًا من التي تولدها محركات الجرافيت-الإيبوكسي الخاصة بالصاروخ Delta II القياسي.
.
المرحلة الثانية Stage II
يتم تشغيل المرحلة الثانية من الصاروخ دلتا Delta II بواسطة محرك من طراز Aerojet AJ10-118K ، والذي يحرق مزيجًا من وقود ايروزين Aerozine 50 (مزيج 50/50 من الهيدرازين Hydrazine وثنائي ميثيل الهيدرازين غير المتماثل Unsymmetric Dimethyl-Hydrazine) ورباعي أكسيد النيتروجين Nitrogen Tetroxide (N2O4) كمؤكسد. يحترق هذا الوقود تلقائيًا عند مزجه ، دون الحاجة إلى أي ولاعات Lighters أو أجهزة إشعال Igniters .
المرحلة الثانية قابلة لإعادة التشغيل Restartable ، ويتم إطلاقها مرتين. يحدث الحرق الأول خلال الجزء الأخير من مرحلة التعزيز Boost Phase ويستخدم لإدخال المرحلتين الثانية والثالثة المكدسين معا إلي مدار أرضي منخفض LEO . المرحلة الثانية مبرمجة لتغلق نفسها بمجرد أن يدور الصاروخ والمركبة الفضائية في مدار حول الأرض.
يدور الصاروخ والمركبة الفضائية حول الأرض حتى يصلوا إلى النقطة الصحيحة تمامًا التي تصطف مع المسار الصحيح للمغادرة إلى المريخ. بمجرد أن تكون المركبة الفضائية في الزاوية الصحيحة ، يُعاد تشغيل محرك المرحلة الثانية. إعادة التشغيل قصيرة المدة لمحرك المرحلة الثانية تسمح بالمحاذاة والسرعة النهائيين للمرحلة الثالثة ومعها المركبة الفضائية MER .
.
إبقاء المركبة الفضائية في الموضع الصحيح Keeping the Spacecraft in the Right Position
للحفاظ على المركبة الفضائية في الموضع الصحيح Right Position ، يتحرك محرك المرحلة الثانية (مثل حركة محرك المرحلة الأولى) للخلف وللأمام على مفاصل ثنائية المحور كبيرة ومستقيمة Straight Gimbals من خلال الضغط الهيدروليكي (بواسطة سائل تحت الضغط). وكما ذكرنا سابقا فالمفاصل ثنائية المحور Gimbals هي الأجهزة التي تبقي الأشياء معلقة في مستوى أفقي بغض النظر عن الحركة باستخدام حلقتين مثبتتين على محاور بزوايا قائمة مع بعضها البعض. تعمل المفاصل ثنائية المحور Gimbals جنبًا إلى جنب مع الجيروسكوبات Gyroscopes التي تدور مثل لعبة البلبل الدوار Spin Top . تلاحظ الجيروسكوبات ما إذا كانت تدور كثيرا جدًا عند زاوية أو عند أخرى. إذا حدث ذلك ، فإنهم يخرجون عن التوازن ، وبالتالي يشيرون إلى المفاصل ثنائية المحور Gimbals بالتحرك. مثل أن تقوم بموازنة يد مقشة طويلة لإيقافها رأسيا في منتصف راحة يدك ، لذا يتحرك المحرك للخلف وللأمام للحفاظ على المحورين لتوفير نوعين مختلفين من التحكم أثناء الطيران: الانعراج Pitch (لأعلى ولأسفل Up and Down) والانعراج Yaw (يمينا ويسارا Right and Left).
للتحكم في أي دوران Spinning للمرحلة الثانية حول محورها ، يوفر نظام غاز النيتروجين البارد Cold Nitrogen تحكمًا في التدحرج Roll Control أثناء جزء الرحلة المشغل بالطاقة Powered Flight . عندما يتم إيقاف تشغيل محرك المرحلة الثانية أيضًا لفترة من الوقت ، يمكن لنظام نفاث الغاز Gas Jet System هذا توجيه المرحلة الثانية في جميع الاتجاهات: لأعلى أو لأسفل أو لليمين أو لليسار أو في اتجاه عقارب الساعة Roll Clockwise أو عكس اتجاه عقارب الساعة Roll Counterclockwise . هذا يسمح بتوفير إمكانية تعرف باسم “التحكم في الوضعية ثلاثي المحاور Three-Axis Attitude Control“.
هناك نظام إلكترونيات الطيران Avionics System يسمي مجموعة التحكم في الطيران بالقصور الذاتي The inertial flight control assembly (RIFCA) يستخدم بيانات من الجيروسكوبات الليزرية الحلقية Ring Laser Gyros ومقاييس التسارع Accelerometers لأداء وظائف الملاحة والتوجيه والتسلسل Navigation, Guidance, and Sequencing Functions على متن المركبة. هذا النظام هو في الأساس يمثل عقل الصاروخ. يستشعر التسارع Accelerations ويحكم عليها مقابل القيم المبرمجة مسبقًا Pre-Programmed Values . إذا كانت البيانات مختلفة عما كان متوقعًا ، فإنها تصدر أوامر لإعادة الصاروخ إلى المسار الصحيح. اثنان من مجموعات التحكم Control Assemblies تلك موجودة على الصاروخ ليعمل أحدهما في حالة حدوث عطل للآخر. وجود النظام الإحتياطي Backup System الإضافي يساعد في تعزيز ضمان المهمة خلال المرحلة الحرجة Critical Phase من المهمة.
.
غطاء الحمولة Payload Fairing
تقع المركبة الفضائية والمرحلة العليا داخل غطاء الحمولة الذي يبلغ قطره 2.9 متر (9.5 قدم).
غطاء الحمولة Payload Fairing هو المعدة أو الجزء المستخدم لحماية المركبة الفضائية والمرحلة الثالثة خلال الجزء الأول من مرحلة التعزيز Boost Phase حيث يمكن أن تؤثر القوى الحركية الهوائية Aerodynamic Forces الناتجة من الغلاف الجوي على الصاروخ.
ما هي القوى الحركية الهوائية Aerodynamic Forces ؟
إذا وضعت يدك بحذر بالقرب من نافذة سيارتك أثناء سيرها بسرعات عالية ، فستشعر بقوة حركية هوائية قوية تدفع يدك للخلف.
أثناء زيادة سرعة الصاروخ بسرعة ، فإنه يواجه قوى حركية هوائية Aerodynamic Forces مماثلة ، فقط في حدود 1000 رطل لكل قدم مربع. هذه هي قيمة القوة التي قد يشعر بها طبق العشاء المسطح في حالة هبوب رياح تبلغ 500 ميل في الساعة عند مستوى سطح البحر. مع هذا الضغط الشديد ، من المهم جدًا أن يكون لديك غطاء لحماية المركبة الفضائية في الداخل.
تم التخلص من غطاء الحمولة Fairing بعد فترة وجيزة من اشتعال محرك المرحلة الثانية على ارتفاع حوالي 130 كيلومترًا (حوالي 80 ميلًا) فوق الأرض.
.
المرحلة الثالثة Stage III
توفر المرحلة الثالثة غالبية التغير في السرعة والمطلوب لترك قوة الجاذبية الأرضية وحقن المركبة الفضائية في مسارها إلى المريخ.
لمغادرة مدار الأرض ، يجب أن تطير المركبة الفضائية أسرع من سرعة إفلات الأرض Escape Velocity (السرعة المطلوبة للهروب من تأثير جاذبية الأرض على المركبة الفضائية). قبل تشغيل محرك المرحلة الثالثة ، كانت المركبة الفضائية تتحرك فقط بسرعة حوالي 19500 ميل في الساعة وهي عالقة في مدار حول الأرض. يعمل إطلاق المحرك على تعزيز السرعة إلى ما يقرب من 25000 ميل في الساعة (سرعة الإفلات Escape Velocity) مما يحرر المركبة الفضائية ويساعدها في الإفلات من مدار الأرض.
للوصول إلى سرعة الإفلات ، تم إشعال المحرك الصاروخي الصلب لمدة 90 ثانية لكل من روفر أ Rover A والروفر ب Rover B ، باستخدام ما يقرب من 2020 كجم (4،453 رطلاً) من الوقود الصلب Solid Propellant الذي يتكون أساسًا من بيركلورات الأمونيوم Ammonium Perchlorate والألمنيوم Aluminum . ينتج هذا الوقود الدافع ما متوسطه 66000 نيوتن *.
(* نيوتن Newton هو وحدة قوة مطلوبة لتسريع كتلة كيلوجرام واحد بسرعة متر واحد في الثانية).
.
الدوران حول المحور Spinning
من أجل الحفاظ على المرحلة الثالثة خفيفة الوزن ، فهي لا تحمل أي “أدمغة Brains” أو أنظمة التحكم في المحور Axis-Control Systems . لذلك ، لضمان بقاء الصاروخ في مساره وأن المحرك يطير في نفس الاتجاه أثناء الدفع ، يتم تدوير المرحلة الثالثة مثل لعبة البلبل الدوار Top . يشبه هذا الدوران إلى حد كبير المفهوم المستخدم عند رمي كرة القدم وتدويرها لدفع كرة القدم في اتجاه ثابت ودقيق. بالنسبة لعلم الصواريخ Rocket Science ، يُطلق على هذا “الاستقرار بالدوران Spin-Stabilized”.
.
مكونات المرحلة الثالثة Components of Stage III
- طاولة تدوير Spin Table تعمل علي دعم مجموعة المركبة الفضائية/المرحلة الثالثة وتدويرهما واستقرارهما قبل الانفصال عن المرحلة الثانية.
- يوجد وصلة إرفاق حمولة Payload Attach Fitting (PAF) من طراز 3717C مستخدمة لتركيب محرك Star-48B على المركبة الفضائية.
- نظام تحكم نشط Active Control System لتوفير الاستقرار Stability بعد الدوران.
- تم تصميم نظام منع تدوير من نوع Yo-Yo Despin System لتقليل معدل الدوران للمرحلة العليا / المكدسة مع المركبات الفضائية من 70 دورة في الدقيقة (rpm) إلى حوالي 12 دورة في الدقيقة.
بعد أن تكون المركبة الفضائية في طريقها إلى المريخ ، فإنها تحتاج إلى الدوران بسرعة كافية لتبقى مستقرة ، ولكن ليس بسرعة كبيرة تجعل الملاحون في حاجة لاحقًا إلى استخدام الكثير من الوقود لتوير المركبة الفضائية أثناء مناورات التصحيح Correction Maneuvers . تستخدم المركبة الفضائية نظام الدفع Propulsion System الخاص بها لإبطاء الدوران إلى 2 دورة في الدقيقة.
.
الفرق بين مركبتي الإطلاق Launch Differences
تم إطلاق Rover-A باستخدام الصاروخ Delta II 7925 ، وهي مركبة إطلاق تم استخدامها بنجاح في 40 عملية إطلاق.
بينما تم إطلاق Rover-B باستخدام الصاروخ Delta II 7925H ، حيث يرمز الحرف “H” إلى “الثقيلة Heavy”. إنها مركبة أكثر قوة تستخدم محركات محيطية صاروخية صلبة Strap-On Solid Rocket Motors أكبر حجماً ومطورة لتستخدم مع مركبة الإطلاق دلتا Delta III . سيكون إطلاق المركبة الفضائية MER-B هو الاستخدام الثاني لمركبة الإطلاق دلتا Delta II “الثقيلة” الأساسية (أي مرحلتين) والاستخدام الأول لمركبة الإطلاق Delta II “الثقيلة” مع مرحلة عليا Upper Stage (أي ثلاث مراحل) .
مقارنة بين المركبتين
.
الاختلافات الرئيسية Principal Differences
تتمثل الاختلافات الرئيسية بين مركبي الإطلاق في استخدام محركات محيطية صاروخية صلبة أكبر حجمًا مع الصاروخ الثقيل Delta II 7925H مع تعديلات هيكلية مختلفة لدعم هذه المحركات الصلبة الأكبر حجمًا.
في محطة كيب كانافيرال للقوات الجوية Cape Canaveral Air Force Station في فلوريدا ، سيتم إطلاق روفر أ Rover A من مجمع الإطلاق الفضائي Space Launch Complex 17A ، بينما سيتم إطلاق روفر ب Rover B من مجمع الإطلاق الفضائي Space Launch Complex 17B . حيث أن مجمع الإطلاق الفضائي SLC-17B هو الوحيد من بين الاثنين الذي يمكنه استيعاب الصاروخ الأكبر Delta II 7925H .
.
أسباب الاختلافات Reasons for the Differences
كل 26 شهرًا ، تتم محاذاة الأرض والمريخ والشمس من أجل المسار الأكثر كفاءة والأقل استهلاكًا للطاقة بين الأرض والمريخ. (للحصول على تفاصيل متقدمة ، راجع موقع JPL على الويب : موضوع أساسيات رحلة الفضاء: الإطلاق Basics of Space Flight: Launch).
ستكون كمية الطاقة اللازمة لإطلاق كل من عربتي استكشاف المريخ Mars Exploration Rovers مختلفة قليلاً لأن المسافات بين الأرض والمريخ والشمس تتغير بين فترتي إطلاق المسبارين. (تقع فترة إطلاق روفر أ Rover A بين يوم 30 مايو و 16 يونيو 2003 م. بينما فترة إطلاق روفر ب Rover B بعده بحوالي شهر أو بعد ذلك ، بين يوم 25 يونيو و 12 يوليو 2003 م)
فترة إطلاق المركبة الجوالة Rover A تستخدم ما يقرب من الحد الأدنى من الطاقة للوصول إلى المريخ في فرصة عام 2003 م، بينما ستحتاج المركبة الجوالة Rover B إلى مزيد من الطاقة للوصول إلى المريخ. لا يمكن إطلاق المركبتين في نفس الوقت بسبب القيود المفروضة على موقع الإطلاق وتوافر فرق الدعم.
للحصول على تسلسل الأحداث Sequence of Events وتواريخ فترات الإطلاق ونوافذ الإطلاق Launch Windows ، يرجى الاطلاع على مرحلة الإطلاق Launch Phase في الجدول الزمني للمهمة Mission Timeline .
.
مراجع
1- MER Launch Vehicle – NASA
*
اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوك
و 
*******************************
مقالات جديدة
.
.
.
.
مواضيع ذات صلة
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
**************************************
ملاحظة
- إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
- أو راسلنا
علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim
مكتبة محاكاة الأجهزة
