وگا : تابلویی از اخرین فناوری راکت های پرتابگر فضایی

وگا را باید بازتابی از رویکرد پرشتاب دنیای ماهواره ها به سمت کوچک سازی دانست . ماهواره های مینیاتوری امروز و اینده نیازمند حامل های کوچکتر و مقرون به صرفه تر هستند . سه مرحله از چهار مرحله وگا از پیشران جامد وبدنه و پوسته موتور ساخته شده از مواد مرکب استفاده می کند که در نوع خود بی نظیر است . طراحان وگا سعی کرده اند به غیر از سه موتور پیشران جامد مذکور در سایر زیرسامانه ها و حتی تاسیسات و تجهیزات جانبی این پرتابگر تا حد ممکن از همان بسترهای موجود در سامانه های اریان استفاده کنند . شاید به همین خاطر است که هزینه توسعه وگا به گفته سازندگان ان اندکی بیش از 700 میلیون یورو شده است که عددی بسیار ناچیز برای چنین پروژه ای محسوب می شود .

وگا – مخفف ایتالیایی عبارت " راکت حامل نسل پیشرفته اروپایی " و همچنین نام دومین ستاره پرنور اسمان – یک سامانه پرتاب فضایی پیشرفته برای حمل محموله های سبک وزن ( 300 تا 2000 کیلوگرم ) به مدارهای پایینی فضایی است . در سالیان اخیر یک روند مهم در بازار ماهواره ها به چشم می خورد . ماهواره هایی که ماموریت های متعارفی نظیر سنجش از دور و یا دیگر ماموریت های علمی – پژوهشی را به انجام می رسانند ، به دلیل پیشرفت فناوری ها نسبت به اسلاف خود هر روز کوچکتر و سبکتر می شوند . به همین دلیل تقاضای قابل ملاحظه ای برای پرتاب ماهواره های هرچه کوچکتر در بازار وجود دارد که اقتصادی بودن پرتاب انها یکی از مهمترین خواسته های صاحبان انهاست . وگا در پاسخ به این نیاز و در رقابت با " روکوت " روس ها ، " لانگ مارچ -2 " چینی ها ، " تائوروس " استرالیایی " و " فالکون -1 ئی " امریکایی طراحی شده است .



از ازویه نگاهی دیگر هدف اصلی از برنامه وگا را می توان پوشش محدوده ای از ماموریتها دانست که خانواده پرتابگر های اروپایی اریان قادر به انجام ان نبودند و یا انجام انها توسط اریان توجیه اقتصادی نداشت . مدیریت این پروژه به صورت مشترک توسط ESA ، ASI ایتالیا و CNES فرانسه انجام می شود .گروه مدیریت پرتابگر و بخش زمینی در ایتالیا و گروه توسعه موتور P-80 در فرانسه مستقر شده اند . پیمانکار اصلی پرتابگر " ELV-Spa " است که 30% سهام ان متعلق به اژانس فضایی ایتالیا و 70% متعلق به Avio-Spa است . عملیات پرتاب توسط " Arian Space " به انجام خواهد رسید .



در توسعه این پرتابگر به جز ایتالیا و فرانسه که بیشترین سهم را دارند ، به ترتیب بلژیک ، اسپانیا ، هلند ، سوییس و سوئد نیز مشارکت دارند .


مطالعات اولیه وگا به صورت مشترک در چند کشور اغاز شد . از همه مهمتر سازمان فضایی ایتالیا ( ASI ) و صنایع هوافضایی ایتالیا بر اساس تجربیات خود در زمینه موتورهای پیشران جامد مطالعاتی را پیش از سال 1998 اغاز کرده بودند .ناگفته نماند که فرانسه در حوزه موتورهای راکتی پیشران جامد جز بهترین کشورهای جهان به حساب می اید .


در سال 1998 برنامه وگا به صورت رسمی در میان برنامه های اژانس فضایی اروپا مصوب شد . اولین پرتاب وگا بعد از چندبار تعویق ، برای اوایل سال 2012 برنامه ریزی شده است . این پرتاب با هدف دستیابی به مدار 700 کیلومتری دایروی با زاویه میل 90 درجه برنامه ریزی شده است .


منبع : ماهنامه صنایع هوافضا

 

ماموریتها و قابلیت های عملیاتی وگا :
در طراحی وگا قابلیت سازگاری ان با طیف وسیعی از ماموریتها وشکل محموله لحاظ شده است . این پرتابگر قادر است محموله هایی به وزن 300 تا 2500 کیلوگرم را – بسته به نوع و ارتفاع مدار مقصد – حمل کرده و همچینن ترکیبات مختلفی از ماهواره ها را در بخش محموله خود جای دهد . مثلا این امکان وجود دارد که در یک ماموریت فقط یک ماهواره حمل شده و یا یک ماهواره اصلی به همراه 6 میکرو ماهواره حمل شود . اما به صورت کلی می توان گفت وگا می تواند یک محموله 1500 کیلوگرمی را به مدار 700 کیلومتری قطبی حمل کند .

 

مشخصات فنی وگا :
2 ویژگی بسیار مهم وگا استفاده ان از فناوری ارزان قیمت و همچنین بهره گیری از موتورهای پیشران جامد در هر 3 مرحله ان است . به علاوه وگا از هیچ راکت تقویتی جانبی ( بوستر ) در اطراف خود بهره نگرفته و به همین دلیل از بدنه ای یک تکه برخوردار است . مرحله اول وگا از موتور P-80 ، مرحله دوم ان از موتور Zefiro-23 و مرحله سوم ان از موتور Zefiro-9 بهره می گیرد که همگی از پیشران جامد استفاده می کنند . تنها در مرحله نهایی وگا که AVUM( Attitued Vernier Upper Module) نامیده می شود یک موتور پیشران مایع به کار گرفته شده است .

موتورهای سه مرحله اول توسط شرکت AVIO ایتالیا توسعه داده شده اند و قرار است که موتور P-80 در گونه های اینده اریان -5 نیز به کار گرفته شوند . این موتور از پوسته و شیپوره ( نازل ) تمام مرکب ( کامپوزیتی ) ساخته شده و از شیپوره ای بهره می گیرد که در محل اتصال خود به بدنه لولا داشته و می تواند تغییر زاویه بگیرد . بدین طریق جدیدترین نسل موتورهای پیشران جامد عرضه خواهد شد . محفظه این موتور 3 متر قطر داشته و سوختی با سطح مقطع سوزش ( گرین ) ستاره ای شکل در ان قرار می گیرد . این موتور 11/7 متر طول دارد و می تواند حمل 88 تن ماده پیشران جامد داشته باشد . موتور P-80 بدون پیشران 7430 کیلوگرم وزن دارد . رانش متوسط این موتور 2200 کیلونیوتن و ضربه ( ایمپالس ) ویژه ان 280 ثانیه است . زمان سوزش ان نیز 110 ثانیه است .



در مرحله دوم وگا از موتور Zefiro-23 استفاده می شود که می تواند حمل 24 تن پیشرانش رو داشته باشد . این موتور 7/5 متر طول و 1/9 متر قطر دارد . Zefiro-23، بدون پیشران 1950 کیلوگرم وزن دارد و 871 کیلونیوتن رانش ایجاد می کند . ضربه ( ایمپالس ) ویژه ان 287/5 ثانیه و زمان سوزش ان 77 ثانیه است . از حیث مواد و فناوری ساخت شباهت زیادی بین موتور Zefiro-23 و P-80 وجود دارد .


موتور مرحله سوم نیز از حیث مواد تشکیل دهنده ، شرایط مشابهی دارد ، اما طول ان 3/5 متر و قطرش 1/9 متر است . این موتور 10/5 تن پیشران حمل کرده و بدون پیشران 915 کیلوگرم وزن دارد . با این ابعاد موتور Zefiro-9 می تواند 260 کیلونیوتن رانش با ضربه ( ایمپالس ) ویژه 296 ثانیه و 120 ثانیه زمان سوزش داشته باشد .



پودمان ( ماژول ) نهایی وگا AVUM خوانده می شود . این ماژول رانش لازم برای کنترل وضعیت و همچینن رانش افقی مورد نیاز پرتابگر طی فاز نهایی را ایجاد می کند . این بخش از یک پیشران دوگانه شامل تتراکسیدنیتروژن به عنوان اکسیدکننده و UDMH به عنوان سوخت استفاده می کند . این دو ماده در فشاری معادل 6 بار در 2 مخزن تیتانیومی نگهداری می شوند . در زمان تزریق به محفظه احتراق فشاری معادل 30 بار توسط این مجموعه تامین می شود .
سامانه پیشرانش این ماژول با 1/7 متر طول و 2/3 متر قطر ، بین 0/25 تا 0/55 تن ماده پیشران ( بنا به نوع ماموریت ) حمل می کند . این موتور بدون سوخت 13 کیلوگرم وزن داشته و 2/42 کیلونیوتن رانش با ایمپالس ویژه 315/5 ثانیه ایجاد می کند . زمان سوزش این موتور 6/672 ثانیه است . این مجموعه برای تامین اهداف زیر به کار می رود :



· کنترل وضعیت در مراحل داخل مداری .
· درست کردن خطای سرعت افقی که به دلیل تغییرات رانش در موتورهای سوخت جامد طی پرواز ایجاد می شود .
· ایجاد تغییر سرعت لازم طی گردش مداری .
· تزریق ماهواره به مدار .
· مانورهای لازم برای رها سازی ماهواره .
· بیرون رفتن از مدار بعد از رهاسازی ماهواره .

ابعاد کلی وگا به شرح زیر هستند :
· ارتفاع کلی : 30 متر .
· قطر : 3 متر .
· وزن در زمان پرتاب : 137 تن .

 

پایگاه پرتاب :
به طور کلی در برنامه وگا و به منظور کاهش هزینه های توسعه عملیات از تاسیسات خانواده اریان در مرکز فضایی گویان فرانسه ( در ناحیه گینه فرانسوی در امریکای جنوبی و در نزدیکی خط استوا ) استفاده شده است . از جمله این تاسیسات می توان به مجتمع اماده سازی محموله ، مرکز کنترل عملیاتی و سکوی پرتاب اشاره کرد . لازم به ذکر است که برای کل برنامه وگا ( شامل توسعه پرتابگر ، مرکز زمینی و توسعه موتور P-80 ) 710 میلیون یورو در نظر گرفته شده است که به نسبت برنامه های مشابه رقم بسیار ناچیزی است .



سکوی پرتاب اصلی وگا در اصل برای پرتاب اریان -1 و اریان - 3 توسعه داده شده است . این محل شامل یک سکوی پرتاب است که با 4 برج بزرگ احاطه شده است . این 4 برج محل پرتاب را از خطر صاعقه زدگی در امان نگه می دارند . مرکز کنترل عملیاتی وگا نیز با اریان-5 مشترک است .

 

توسعه های اینده :
یکی از برنامه های توسعه جانبی وگا ، توسعه یک پرتابگر میان وزن بر اساس ترکیب وگا و اریان-5 بود . در این برنامه ، بنا بود در مرحله اول از موتور P-230 ( به کار گرفته در مرحله اول اریان-5 ) و در مرحله از موتور P-80 وگا استفاده شود . مرحله سوم نیز بر مبنای اریان-5 و استفاده از یک موتور پیشران مایع کرایوژنیک برنامه ریزی شده بود . اما در حال حاضر به دلیل استفاده موفق از سایوز توسط اریان اسپس ، به نظر می رسد که نیاز به یک پرتابگر میان وزن برطرف شده و دیگر گونه میان وزن وگا اولویتی ندارد . در حال حاضر این طرح در مرحله مطالعات مفهومی متوقف شده است .



برنامه توسعه ای دیگر مرتبط با وگا برنامه ای است با عنوان LYRA . هدف اصلی این برنامه افزایش ظرفیت محموله به مدار قطبی تا سقف 2000 کیلوگرم اعلام شده است ( در حال حاضر وگا قادر به حمل 2000 کیلوگرم به مدار مرتفع قطبی نیست ) . برای دستیابی به این هدف ، مرحله سوم و چهارم وگا از نو طراحی طراحی شده و با حفظ همان ویژگی های کم هزینگی از پیشران مایع اکسیژن / هیدروژن استفاده خواهد شد . همچنین سامانه هدایت جدیدی نیزبه کار گرفته خواهد شد . این برنامه هم اکنون مرحله امکان سنجی خود را پشت سر گذاشته است .