مهندسی بی‌نهایت: کپسول دراگون اسپیس ایکس، فضاپیمای قرن ۲۱

به‌مدت چندین دهه، فضاپیماهای ناسا با عبور از آسمان فلوریدا و بهره‌گیری از مزیت چرخش سریع‌تر زمین در نزدیکی استوا، انسان و انواع مختلف محموله را برفراز اقیانوس اطلس به فضا فرستاده‌اند. با وجود آنکه از نخستین روزهای پروازهای فضایی انسانی ایالات متحده، دولت بازیگر اصلی بود، شرکت‌های خصوصی نیز نقشی مهم در پرتاب فضانوردان به مدار ایفا کردند.

۳۰ سال پرتاب شاتل‌های فضایی، صعود موشک به آسمان را به رخدادی مکرر برفراز کیپ کاناورال تبدیل کرد. مأموریت‌های شاتل تلسکوپ‌ها را به مدار فرستادند، انجام آزمایش‌های علمی در ریزگرانش را امکان‌پذیر و سخت‌افزار لازم برای ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی را فراهم کردند. با وجود این موفقیت‌ها، برنامه شاتل فضایی دو فاجعه‌ی ناگواری را تجربه کرد که درمجموع به مرگ ۱۴ فضانورد منجر شد.

پس از وقوع سانحه‌ی غم‌انگیز کلمبیا در سال ۲۰۰۳، تداوم استفاده از شاتل فضایی برای حمل‌ونقل فضانوردان به مدار زمین مورد تردید قرار گرفت. ناسا یک سال بعد تصمیم گرفت تا سرانجام در سال ۲۰۱۰ شاتل را بازنشست کند. اما با کنارگذاشتن تنها فضاپیمای ایالات متحده، چه آینده‌ای در انتظار برنامه‌ی فضایی این کشور بود؟ اوایل دهه‌ی ۲۰۰۰، ناسا برنامه‌ای بلندپروازانه به‌نام «کانستلیشن» را راه‌اندازی کرد که یکی از اهداف اصلی‌اش، ساخت فضاپیما و موشکی برای جایگزینی با شاتل فضایی بود.

سال ۲۰۱۱، پروازهای فضایی انسانی از خاک ایالات متحده متوقف شد. ناسا شاتل فضایی را که از مدت‌ها پیش دچار افزایش هزینه‌های سرسام‌آور شده بود، بدون داشتن فضاپیمایی برای جایگزینی با آن بازنشست کرد و توانایی خود در ارسال فضانوردان به مدار از داخل آمریکا را از دست داد. ایالات متحده سپس ناگزیر شد برای تداوم حضورش در فضا، صندلی‌های فضاپیمای روسی سایوز را بخرد.

پس از وداع شاتل‌های افسانه‌ای با آسمان، فقط دو برنامه‌ی فضاپیمای سرنشین‌دار که در پروژه‌ی سایوز اصلی از برنامه‌ی فضایی اتحاد جماهیر شوروی ریشه داشتند، در طول سال‌های گذشته عملیاتی باقی ماندند: سایوز تی‌ام‌ای-ام و شنژو. باشگاه قدرت‌های فضایی با توانایی انجام مأموریت‌های سرنشین‌دار اختصاصی از سه به دو عضو کاهش یافت. در غیاب شاتل، دیگر فقط روسیه و چین از توانایی ارسال انسان به فضا برخوردار بودند.

ناسا هم‌زمان با راه‌اندازی برنامه کانستلیشن، «برنامه خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری» را در ژانویه‌ی ۲۰۰۶ معرفی و اعلام کرد می‌خواهد به جای شاتل‌هایی که قرار بود به‌زودی بازنشست شوند، از فضاپیماهای ساخت شرکت‌های خصوصی برای تأمین محموله‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده کند. سازمان فضایی آمریکا بدین منظور از بخش خصوصی خواست تا پیشنهاد‌هایی را برای ساخت فضاپیماهای باربری ارائه دهد.

با آغاز عصر فضا در میانه‌ی قرن بیستم، فقط کشورها توانایی ساخت و به‌پرواز درآوردن فضاپیما برفراز خط کارمان را داشتند و شرکت‌ها و نهادهای خصوصی در درجه‌ی اول به‌عنوان پیمانکار با سازمان‌های دولتی همکاری می‌کردند. در طول سال‌های پایانی قرن بیستم، هرچند اقدامات محدودی برای پیشبرد فعالیت خصوصی در فضا انجام شده بود، هنوز هیچ نهادی در بخش خصوصی وجود نداشت که به‌طور مستقل توان ارسال محموله‌های سنگین و انسان به فضا را داشته باشد. اما با برنامه خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری، سنگ بنای نوع تازه‌ای از همکاری با شرکت‌های خصوصی گذاشته شد که تا پایان دهه‌ی بعد، عصر تازه‌ای از فعالیت خصوصی در فضا را شکل داد.

کپسول فضایی جمنای، یکی از نخستین فضاپیماهایی که انسان را به فضا حمل کرد، ساخت شرکت مک‌دانل ایرکرافت بود.

خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری با تمام برنامه‌هایی که ناسا پیش‌تر اجرا کرده بود، تفاوت داشت. وقتی سازمانی دولتی در آمریکا درصدد خرید خدمات و محصولات نهادهای خصوصی برمی‌آید، باید از مقررات خریداری فدرال (فار) تبعیت کند. این مقررات انواع قراردادهای قابل قبول و همچنین بندهای خاصی را که باید در قراردادهای خرید گنجانده شود، مشخص می‌کند. براساس فار، ناسا برای خرید محصولی پیچیده همچون سامانه‌ی پرتاب فضایی باید الزامات مشخص آن را تعیین کند. ازآنجاکه ناسا درحال سفارش محصولی اختصاصی است که پیمانکار احتمالاً هیچ استفاده‌ی مستقلی از آن ندارد، این سازمان تمام هزینه‌های ساخت به‌علاوه‌ی دستمزدهای اضافه‌شده را می‌پردازد و صاحب طراحی سامانه‌ی نهایی می‌شود.

اما برنامه خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری از نوع خریدهای سنتی نبود. در وهله‌ی اول، در این برنامه انتظار می‌رفت هر کدام از شرکت‌های انتخاب‌شده در فرایند مناقصه، بخشی از هزینه‌های ساخت را خودشان بپردازند. این تقسیم هزینه‌ها اطمینان داد که شرکت‌ها محصولی با کاربرد تجاری می‌سازند. دوم، استفاده از قراردادهای پرداخت ثابت، میزان نظارت لازم برای اطمینان از موفقیت را محدود کرد و به ناسا امکان داد تا فرایند ساخت فضاپیما را به‌طور کامل به شرکت‌ها بسپارد. سوم، ناسا الزامات ساخت وسیله‌ی نقلیه را به شرکت‌ها دیکته نکرد.

ناسا در اوت ۲۰۰۶، دو شرکت برنده‌ی دور اول برنامه خدمات حمل‌ونقل تجاری را اعلام کرد: راکت‌پلین کیستلر و شرکتی گمنام به نام اسپیس ایکس. براساس برنامه‌ی اولیه، فضاپیمای اسپیس ایکس باید سه پرواز آزمایشی را بین سال‌های ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۰ انجام می‌داد. اگر اسپیس ایکس و کیستلر می‌توانستند تمام خواسته‌های ناسا را برآورده کنند، به‌ترتیب تا ۲۷۸ میلیون و ۲۰۷ میلیون دلار دریافت می‌کردند. بااین‌حال کیستلر با ناکامی در عمل به تعهدات خود، قراردادش با ناسا را در سال ۲۰۰۷ از دست داد و با شرکت اوربیتال ساینسز کورپوریشن جایگزین شد.

اسپیس ایکس تقریباً یک سال و نیم پیش از آنکه برنده مناقصه ناسا شود، ساخت کپسولی فضایی به‌نام «دراگون» را آغاز کرده بود و در سال ۲۰۰۶ با رونمایی عمومی از آن اعلام کرد که فضاپیمایش تا سال ۲۰۰۹ وارد خدمت می‌شود. اسپیس ایکس در همان سال‌ها در راستای تلاش برای کاهش هزینه‌ی سفرهای فضایی که یکی از اهداف اصلی ایلان ماسک، بنیان‌گذار شرکت به‌شمار می‌رفت، مشغول ساخت پرتابگر اختصاصی خود به‌نام فالکون نیز بود.

تا اواسط دهه‌ی ۲۰۰۰، برخی شرکت‌ها پیشگام تحقق دستاوردهای مهمی در عرصه‌ی فضا شدند. سال ۱۹۹۰، اوربیتال ساینسز نخستین موشک خصوصی سوخت جامد جهان به نام پگاسوس را با روش پرتاب از هوا روانه‌ی مدار نزدیک زمین کرد. همچنین سال ۲۰۰۴، ، هواپیمای فضایی اسکیلد کامپوزیتس به‌نام اسپیس‌شیپ‌وان نخستین پرواز فضایی سرنشین‌دار خصوصی در جهان را از کالیفرنیا آمریکا انجام داد. اسپیس‌شیپ‌وان در آن سال موفق شد سه مرتبه در فواصل چند ماهه به ارتفاع فراتر از ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین صعود کند. بااین‌حال، ساخت فضاپیمایی که بتواند علاوه بر ورود به مدار زمین، درآنجا به سازه‌ای بزرگ همچون ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل شود، اقدامی کاملاً متفاوت بود. در آن زمان فقط ناسا، روسیه، سازمان فضایی اروپا و ژاپن قادر به انجام این کار بودند. فضا حتی برای دولت‌ها همواره سخت بوده است، چه رسد به بازیگران نوظهور خصوصی؛ درنتیجه بدبینی گسترده‌ای به اهداف شرکت‌های خصوصی تازه‌کار ازجمله اسپیس ایکس وجود داشت.

۲۸ سپتامبر ۲۰۰۸، اسپیس ایکس پس از سه تلاش ناموفق سرانجام توانست فالکون ۱ را به مدار برساند و نخستین پرتاب یک موشک خصوصی سوخت مایع جهان را رقم بزند. این موفقیت تاریخی و نجات‌بخش، اسپیس ایکس را از خطر ورشکستگی رهانید و ثابت کرد که این شرکت می‌تواند از پس فعالیت در عرصه‌ی سخت فضا برآید. ۲۳ دسامبر همان سال، ناسا قرارداد ۱/۶ میلیارد دلاری «خدمات بازتامین تجاری» را به اسپیس ایکس واگذار کرد و در آن خواستار انجام ۱۲ مأموریت و ارسال کلی دست‌کم ۲۰ هزار کیلوگرم محموله به ایستگاه فضایی بین‌المللی شد.

اواخر همان سال، اداره‌ی هوانوری فدرال برای نخستین‌بار به دراگون به‌عنوان فضاپیمایی تجاری مجوز داد تا برای بازگشت به زمین پس از پرتاب، دوباره به جو وارد شود. اندکی بعد در دسامبر ۲۰۱۰، نخستین پرواز نسخه‌ی اصلی کپسول دراگون درجریان پروازی نمایشی به‌نام دمو فلایت ۱ انجام شد. در این مأموریت که دومین پرواز موشک فالکون ۹ را رقم زد، دراگون با موفقیت پرتاب شد و به مداری تقریباً دایره‌ای با حضیض ۲۸۸ کیلومتر و اوج ۳۰۱ کیلومتر و انحراف مداری ۳۴/۵۳ درجه دست یافت. فضاپیما درنهایت پس از ورود دوباره به جو در اقیانوس آرام فرود آبی انجام داد. با تحقق این موفقیت‌های پی‌درپی، مسیر اسپیس ایکس برای تبدیل دراگون به نخستین فضاپیمای خصوصی جهان با قابلیت اتصال به ایستگاه فضایی بین‌المللی بیش‌از‌پیش هموار شد.

پس از نخستین پرتاب آزمایشی دراگون، ناسا تصمیم گرفت تا دو پرواز آزمایشی بعدی را در یک مأموریت ادغام کند. فضاپیمای اسپیس ایکس در ۲۲ مه ۲۰۱۲ به مدار نزدیک زمین پرتاب شد و پیش از آنکه به ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل شود و محموله‌ی خود را تخلیه کند، آزمون‌های مداری سامانه‌های ناوبری و رویه‌های لغو پرواز را انجام داد. یک هفته پس از پرتاب، دراگون طبق برنامه به زمین بازگشت و پس از فرود در اقیانوس آرام، برای دومین‌بار با موفقیت بازیابی شد. با تکمیل این مأموریت، اسپیس ایکس از تمام آزمون‌های ناسا در برنامه خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری سربلند بیرون آمد و مجوز انجام مأموریت‌های بازتامین عملیاتی برای ایستگاه فضایی را دریافت کرد.

دراگون برخلاف شاتل فضایی که به هواپیما شباهت داشت، کپسولی قطره‌ای‌شکل مانند کپسول‌های مرکوری، جمنای و آپولو در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۷۰ است و برفراز موشک دومرحله‌ای فالکون ۹ از مجتمع پرتاب فضایی ۴۰ در پایگاه نیروی فضایی کیپ کاناورال یا مجتمع پرتاب 39A در مرکز فضایی کندی ناسا به مدار زمین پرتاب می‌شود. نسل اول کپسول اسپیس ایکس ۶/۱ متر طول و ۳/۷ متر قطر داشت و وزن خشک آن ۴۲۰۰ کیلوگرم بود. این فضاپیما پس از انجام آخرین مأموریت در مارس ۲۰۲۰ بازنشست شد و جای خود را به نسل دوم داد. دراگون ۲ اکنون در دو مدل باربری و مسافربری عملیاتی است.

دراگون ۱ صرفاً نسخه‌ی باربری داشت و هیچ‌گاه برای حمل انسان به‌کارگرفته نشد. فضاپیما دو بخش اصلی شامل کپسول مخروطی بالستیک دارای فشار و مخزن حامل بار بدون فشار با دو پنل خورشیدی بازشونده داشت. سپر حرارتی به‌کاررفته در کپسول به‌نام PICA-X، مبتنی بر نسخه‌ای اختصاصی از یک فناوری متعلق به ناسا بود که با هدف محافظت از فضاپیما حین ورود به جو زمین حتی در بازگشت با سرعت‌های بالا از مأموریت‌های قمری و مریخی طراحی شده است. اسپیس ایکس طراحی سپر حرارتی دراگون را در کمتر از چهار سال به پایان رساند و در مأموریت موفقیت‌‌آمیز دمو فلایت ۱ عملکرد آن را اثبات کرد.

برای دیدن تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.

کپسول دراگون چندبارمصرف بود و می‌توانست در مأموریت‌های متعدد به‌پرواز درآید. بااین‌حال، مخزن قابلیت بازیابی نداشت و پیش از خروج کپسول از مدار از آن جدا می‌شد و در جو زمین می‌سوخت. بخش مخزن که پنل‌های خورشیدی فضاپیما را حمل و امکان حمل بار بدون فشار را به ایستگاه فضایی بین‌المللی فراهم می‌کرد، نخستین‌بار در دومین مأموریت عملیاتی کپسول دراگون در سال ۲۰۱۳ برای حمل محموله به‌کار رفت. مخزن دراگون درواقع همان کارکرد محفظه بار شاتل فضایی را با اندازه‌ی بسیار کوچک‌تر ارائه می‌دهد.

فضاپیمای باربری اسپیس ایکس به ۱۲ تا ۱۸ پیشرانه‌ی دریکو مجهز بود که هرکدام توانایی تولید ۴۰۰ نیوتن نیروی رانش را داشتند. اسپیس ایکس خود طراحی، ساخت و آزمایش این موتورهای کوچک را برعهده داشت. دریکو از دی‌نیتروژن تتراکسید به‌عنوان اکسیدکننده و مونومتیل‌هیدرازین به‌عنوان سوخت استفاده می‌کند و برای مانورهای مداری، کنترل موقعیت و خروج از مدار به‌کار می‌رود. کپسول در هر پرواز، ۱۲۹۰ کیلوگرم سوخت حمل می‌کرد که توسط موتورها درطول مأموریت مصرف می‌شد. سامانه‌ی کنترل واکنش دراگون، افزونگی دوگانه در تمام محورها ارائه می‌داد و امکان ازکارافتادن هر دو موتور بدون تاثیرگذاری بر مأموریت وجود داشت.

دراگون قابلیت اتصال خودکار نداشت؛ از این‌رو با نزدیک‌شدن به ایستگاه فضایی بین‌المللی، بازوی رباتیک کانادارم۲ قلاب کپسول را می‌گرفت و با استفاده از مکانیزم پهلوگیری عادی، آن را به بخش مداری آمریکایی ایستگاه متصل می‌کرد. دراگون باربری وسیله‌ای مستقل به‌منظور حفظ هوای تنفس‌شدنی برای فضانوردان نداشت و درعوض هوای تازه از ایستگاه فضایی در آن به گردش درمی‌آمد. برای مأموریت‌های معمولی، دراگون به‌مدت تقریباً ۳۰ روز متصل به ایستگاه فضایی باقی می‌ماند. پس از پایان مأموریت، فضاپیما از ایستگاه جدا می‌شد، با خروج از مدار زیر چترهای نجات در اقیانوس آرام فرود می‌آمد و با کشتی به ساحل بازمی‌گشت.

دراگون از ارتباط با ماهواره‌هایی همچون سامانه‌ی ماهواره‌ای ردیابی و بازپخش داده‌های ناسا پشتیبانی می‌کرد؛ اما از توانایی برقراری ارتباط ازطریق ایستگاه‌های زمینی نیز برخوردار بود. پهنای باند برای اتصال بالایی ۳۰۰ کیلوبیت بر ثانیه و برای دورسنجی (تله‌متری) و اتصال پایینی ۳۰۰ مگابیت بر ثانیه یا بیشتر بود.

آلبوم تصاویر فضاپیمای دراگون

حجم سکونت‌پذیر و دارای فشار کپسول دراگون ۱۰ متر مکعب بود و در پیکربندی‌های معمول فضاپیما، ۱۴ متر مکعب حجم مخزن برای محموله‌های خارجی دردسترس قرار داشت. مخزن دراگون از حجم زیر کپسول که در سایر موارد به‌جز هنگام به‌کارگیری رابط محموله بلااستفاده بود، بهره می‌گرفت و می‌توانست ظرفیت کلی را تا ۳۴ متر مکعب افزایش دهد. درون مخزن، اتصالات برقی و سیال برای جادادن طیفی از محموله‌ها شامل ماهواره‌های کوچک دارای قابلیت رهاسازی در مدار موجود بود. دو پنل خورشیدی که پس از تزریق مداری گشوده و پیش از ورود دوباره به جو جدا می‌شدند، برق مورد نیاز کپسول را تأمین می‌کردند. پنل‌ها می‌توانستند بین ۱۵۰۰ تا دو هزار وات نیرو تولید کنند که حداکثر تا چهار هزار وات نیز افزایش می‌یافت.

کامپیوترهای پرواز دراگون انجام تمام وظایف مربوط به کنترل و ناوبری فضاپیما را برعهده داشتند. سامانه‌ی کنترل پرواز از دو کامپیوتر پرواز تشکیل شده بود که افزونگی کامل ارائه می‌دادند. برای اهداف ناوبری، دراگون از واحدهای سنجش اینرسی، سامانه‌های جی‌پی‌اس، سامانه‌های هدایتگر ایریدوم و دستگاه‌های ردیاب ستاره بهره می‌برد. ناوبری و کنترل موقعیت در مدار با واحدهای سنجش اینرسی و ردیاب‌های ستاره انجام می‌شد. تعیین موقعیت دقت ۰/۰۰۴ درجه یا کمتر داشت و کنترل فضاپیما در حالت نگه‌داری موقعیت مداری، ۰/۰۱۲ درجه در هر محور بود.

از همان نخستین روزهای ساخت کپسول دراگون، اسپیس ایکس درصدد استفاده از آن برای حمل‌ونقل انسان به مدار زمین بود. اما ساخت دراگونی که بتواند فضانوردان را به فضا بفرستد، تا پایان دهه‌ی ۲۰۱۰ محقق نشد. سال ۲۰۰۶، ایلان ماسک گفت اسپیس ایکس نمونه‌ای آزمایشی از کپسولی سرنشین‌دار را به‌همراه سامانه‌ی پشتیبانی از حیات ساخته است. بنیان‌گذار اسپیس ایکس در سال‌های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ چندین مرتبه اعلام کرد که این شرکت برنامه‌ها برای طراحی نسخه‌ی مسافربری دراگون را به‌پیش می‌برد و ظرف مدت دو تا سه سال ساخت فضاپیما را به پایان خواهد رساند.

درطرف دیگر، ناسا حتی پیش از تصمیم‌گیری برای کنارگذاشتن شاتل فضایی درحال بررسی ایده‌هایی همچون هواپیمای فضایی مداری برای حمل مسافر و بار به ایستگاه فضایی بین‌المللی بود. با راه‌اندازی برنامه‌ی کانستلیشن در سال ۲۰۰۵، پیش‌بینی شد که فضاپیمایی به نام «اوراین» علاوه بر تحقق اهداف اکتشافات قمری، برای انجام پروازهای سرنشین‌دار به ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز به‌کار رود. اما درنهایت با لغو این برنامه در سال ۲۰۱۰، ناسا تصمیم گرفت از اوراین برای اهداف اکتشافی فراتر از زمین استفاده کند و همکاری‌اش با شرکت‌های خصوصی را برای ساخت فضاپیماهای مسافربری مخصوص پرواز در مدار نزدیک زمین تداوم دهد.

سازمان فضایی آمریکا در ادامه‌ی برنامه خدمات حمل‌ونقل مداری تجاری، «برنامه خدمه تجاری» را در سال ۲۰۱۰ معرفی کرد و با اختصاص ۵۰ میلیون دلار، از شرکت‌های آمریکایی خواست تا طرح‌های مفهومی و فناوری‌های پرواز فضایی انسانی بسازند. ۱۸ آوریل ۲۰۱۱ ناسا در دور دوم برنامه، برای ساخت فضاپیماهایی که بتوانند برای حمل فضانوردان جایگزین شاتل فضایی شوند، به چهار شرکت بلو ارجین، سیرا نوادا کورپوریشن، اسپیس ایکس و بوئینگ درمجموع نزدیک به ۲۷۰ میلیون دلار واگذار کرد.

پس از سه سال ارزیابی، قراردادهای عملیاتی برای پرواز فضانوردان در سپتامبر ۲۰۱۴ به اسپیس ایکس و بوئینگ واگذار شد. چهار ماه پیش از اعلام واگذاری قراردادها، ایلان ماسک در ۲۹ مه ۲۰۱۴ درجریان رویدادی در مقر اسپیس ایکس در کالیفرنیا طرح مفهومی دراگون سرنشین‌دار با هفت صندلی را رونمایی کرد. فضاپیمای معرفی‌شده نسخه‌ای تکامل‌یافته از نسل اول کپسول دراگون محسوب می‌شد و بهبودهای مهمی را درمقایسه با آن دریافت کرده بود.

ایلان ماسک درحال معرفی فضاپیمای دراگون ۲ در سال ۲۰۱۴

نسل دوم دراگون همانند دراگون اصلی شامل دو بخش اصلی کپسول چندبارمصرف و مخزن یک‌بارمصرف است. مخزن دراگون ۲ از پنل‌های خورشیدی، رادیاتورهای مخصوص حذف گرما و باله برای تأمین پایداری آیرودینامیکی حین لغو اضطراری پرتاب بهره می‌برد. تفاوت مهم بین مخزن‌های دراگون ۱ و ۲ این است که پنل‌های خورشیدی بازشونده در نسل جدید حذف و اکنون در سمت مخالف با رادیاتورها روی خود مخزن تعبیه شده‌اند. این تغییر به افزایش حجم مخزن، کاهش تعداد مکانیزم‌های فضاپیما و افزایش اطمینان‌پذیری منجر شده است. دراگون ۲ نزدیک به ۸/۱ متر ارتفاع و ۴ متر قطر دارد و وزن خشک آن ۶۳۵۰ کیلوگرم است.

فضای داخلی طرح مفهومی فضاپیمای دراگون ۲

مدل مسافربری دراگون ۲، کرو دراگون و مدل باربری، کارگو دراگون نام دارد. کارگو دراگون بدون صندلی، کنترل‌های کاکپیت، سامانه‌های پشتیبانی حیات و موتورهای مخصوص لغو پرتاب پرواز می‌کند. به‌لطف بهبود فرایند نوسازی و بازیابی، اسپیس ایکس می‌تواند تا ۵ مرتبه از هر دراگون نسل ۲ باربری استفاده کند. سال ۲۰۱۶، ناسا قراردادهای مرحله‌ی دوم خدمات بازتامین تجاری را به سیرا نوادا کورپوریشن، اوربیتال ساینسز و اسپیس ایکس واگذار کرد و از هر شرکت خواست تا دست‌کم ۶ پرتاب را در سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۴ انجام دهند. اسپیس ایکس اکنون دو مأموریت بازتامین محموله به ایستگاه فضایی بین‌المللی را با به‌کارگیری کارگو دراگون پرتاب کرده است.

برخلاف دراگون نسل اول که دماغه‌ی مخروطی آن پس از پرتاب کپسول به مدار دور انداخته می‌شد، دراگون ۲ از دماغه‌ی مخروطی لولایی چندبارمصرف بهره می‌برد. اسپیس ایکس برای محافظت از فضاپیما حین ورود دوباره به جو از همان سپر حرارتی PICA-X استفاده کرده است. دراگون مسافربری از هشت پیشرانه‌ی جدید به‌نام سوپردریکو استفاده می‌کند که به‌صورت جفت در چهار طرف کپسول نصب شده‌اند و هرکدام توانایی تولید ۷۱ کیلو نیوتن نیروی رانش را دارند. در مواقع اضطراری که نیاز به لغو پرتاب پیش می‌آید، سوپردریکوها روشن می‌شوند و کپسول را با شتاب ۱۱/۸ متر بر مجذور ثانیه از موشک دور می‌کنند. سامانه لغو پرتاب یا توسط سامانه‌ی تشخیص خودکار خرابی موشک یا یه‌صورت دستی توسط فرمانده فضاپیما با کشیدن اهرم فعال می‌شود.

برای دیدن تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.

سوپردریکو سومین موتور قدرتمند ساخت اسپیس ایکس پس از مرلین و رپتور محسوب می‌شود. این موتور تقریباً ۲۰۰ برابر پیشرانه‌ی دریکو قدرت دارد و در مقایسه با موتور کسترل که در مرحله‌ی دوم پرتابگر فالکون ۱ به‌کار رفت، تقریباً دو برابر قدرتمند‌تر است. پیشرانه‌های سوپردریکو از همان ترکیب سوختی قابل ذخیره‌سازی موتورهای دریکو استفاده می‌کنند و از توانایی روشن‌سازی چندین باره برخوردار هستند. آن‌ها همچنین می‌توانند میزان نیروی رانش تولیدی خود را به‌شدت کاهش دهند که این امر کنترل دقیق حین فرود عمودی کپسول دراگون را امکان‌پذیر می‌کند.

اسپیس ایکس درابتدا قصد داشت کرو دراگون را با استفاده از پیشرانه‌های سوپردریکو و چترهای نجات روی خشکی فرود آورد و درصورت لغو پرتاب از گزینه‌ی فرود آبی با چترهای نجات استفاده کند. بااین‌حال، فرود کنترل‌شده با موتورهای کپسول بعدا لغو و فرود آبی با چترهای نجات به تنها روش بازگشت دراگون به زمین تبدیل شد. همچنین درابتدا قرار بود برای هر پرواز سرنشین‌دار از یک کپسول دراگون جدید استفاده شود؛ اما در سال ۲۰۲۰ ناسا و اسپیس ایکس بر سر استفاده‌ی دوباره از کپسول‌ها به توافق رسیدند که این امر هزینه‌های تولید را به‌نحو چشمگیر کاهش داد.

برای دیدن تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.

کپسول برای رسیدن به سکونتگاه مداری باید مجموعه‌ای از مانورها را برای افزایش مدار خود انجام دهد تا درنهایت با قرارگیری در مدار هم‌راستا با ایستگاه فضایی در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری بتواند فرایند اتصال خودکار را آغاز کند. دراگون با رسیدن به ایستگاه فضایی بین‌المللی بدون نیاز به کمک بازوی رباتیک به‌صورت کاملاً خودکار به یکی از درگاه‌های آزاد موجود متصل می‌شود. برای مأموریت‌های معمول، به‌مدت ۱۸۰ روز به ایستگاه متصل باقی می‌ماند؛ اما کپسول به‌نحوی طراحی شده است تا مشابه با سایوز بتواند حداکثر تا ۲۱۰ روز به آزمایشگاه مداری متصل باشد. فضاپیمای مسافربری اسپیس ایکس همچنین می‌تواند تا ۷ روز با اتکا به خود فعال بماند. درمقابل ازآنجا که سایوز درابتدا به‌عنوان فضاپیمایی چندمنظوره طراحی شده بود، حداکثر تا ۳۰ روز توانایی فعالیت مستقل دارد.

برای دیدن تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.

پس از اتمام مأموریت، دراگون به‌نحو خودکار از درگاه اتصال ایستگاه جدا و با انجام مانور خروج از آن دور می‌شود. فضاپیما دوباره مجموعه‌ای از مانورها را این‌بار برای کاهش مدار خود انجام می‌دهد. دراگون برای خروج از مدار پیشرانه‌های دریکو را برای آخرین بار روشن می‌کند. سپس مخزن کپسول دورانداخته، دماغه‌ی مخروطی بسته و دراگون وارد جو می‌شود. فضاپیما مجهز به دو چتر نجات کوچک و چهار چتر اصلی است که هنگام نزول به سمت زمین در ارتفاعات معین آن‌ها را باز می‌کند تا سرعت خود را کاهش دهد. دراگون درنهایت به آرامی روی آب فرود می‌آید و به‌وسیله‌ی کشتی نجات به خشکی بازمی‌گردد.

وقتی اسپیس ایکس برنامه‌ریزی برای پرواز انسان با دراگون را آغاز کرد، تصمیم گرفت تا خود لباس فضانوردی سرنشینان آن را بسازد. پس از سال‌ها تلاش برای ساخت، ایلان ماسک در تابستان ۲۰۱۷ لباسی را رونمایی کرد که با هرآنچه فضانوردان تاکنون پوشیده بودند، به‌کلی تفاوت داشت. اسپیس ایکس با همکاری با خوزه فرناندز، طراح لباس هالیوود و سازنده‌ی لباس ابرقهرمانانی همچون بتمن، مرد آهنی و کاپیتان آمریکا، لباس فضانوردی آینده‌نگرانه‌ای طراحی کرده است که به لباس شخصیت‌های فیلم‌های علمی تخیلی شباهت دارد.

لباس فضانوردی سیاه و سفید دراگون طراحی کاملاً داخلی دارد و به‌منظور اطمینان از تناسب کامل، برای هر عضو خدمه‌ی فضاپیما به‌طور سفارسی ساخته می‌شود. این لباس عمدتا برای حفاظت از اعضای خدمه درصورت افت فشار فضاپیما طراحی شده و حین پرتاب و ورود دوباره به جو پوشیده می‌شود. کلاه ایمنی لباس با چاپ سه‌بعدی ساخته شده است و دستکش‌ها به صفحه‌ی لمسی حساس هستند. لباس همچنین خنک‌سازی، ارتباطات، محافظت از شنوایی و مقاومت دربرابر شعله‌ی آتش با لایه‌ی بیرونی را ارائه می‌دهد و مجهز به میکروفون‌های داخلی و تنظیم‌کننده‌ی فشار است.

دوم مارس ۲۰۱۹، در نخستین پرواز مداری کرو دراگون با نام رسمی دمو ۱، آدمکی فضایی به‌نام ریپلی به‌همراه یک کره زمین اسباب‌بازی که درواقع ابزاری برای نشان‌دادن بی‌وزنی بود، به فضا فرستاده شد. کپسول دراگون در این پرتاب برفراز فالکون ۹ به مدار زمین رسید و روز بعد با موفقیت به ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل شد. فضاپیما در این مرحله فرایند نزدیکی و اتصال خودکار را آزمود و به‌مدت ۵ روز متصل به ایستگاه باقی ماند. هشتم مارس، دراگون با موفقیت از ایستگاه فضایی جدا شد و با ورود دوباره به جو زمین، به کمک چترهای نجات خود در اقیانوس اطلس فرود آمد. سپس کشتی نجات اسپیس ایکس به نام «گو سرچر»، کپسول را از آب گرفت و به تاسیسات شرکت منتقل کرد.

۲۰ آوریل ۲۰۱۹، کپسول دراگونی که در مأموریت دمو ۱ به‌کار رفت، حین آزمایش احتراق ثابت در تاسیسات فرود اسپیس ایکس منفجر شد. در روز حادثه، آزمایش اولیه‌ی پیشرانه‌های دریکو دراگون موفقیت‌آمیز بود؛ اما حین آزمایش موتورهای سوپردریکو ناهنجاری رخ داد. تجزیه‌وتحلیل بقایای بازیابی‌شده نشان داد که مشکل دراثر نشت مقدار کمی دی‌نیتروژن تتراکسید به لوله‌ی هلیومی به‌وجود آمد که برای تنظیم فشار مخازن سوخت به‌کار می‌رود. حادثه‌ی انفجار موجب شد تا اسپیس ایکس با اعمال تغییر در لوله‌کشی پیشرانه‌های سوپردریکو، به‌جای شیرهای یک‌طرفه در مخازن سوخت از دیسک‌های انفجاری استفاده کند.

آزمایش لغو پرتاب فضاپیمای کرو دراگون در سال ۲۰۱۵

کپسول منفجرشده قرار بود برای آزمایش پیش‌رو لغو پرتاب حین پرواز استفاده شود؛ اما ازدست‌رفتن آن موجب شد تا برنامه‌های اسپیس ایکس برای چند ماه به‌تعویق افتد. ۱۹ ژانویه ۲۰۲۰، فالکون ۹ به‌همراه دراگون در مسیری زیرمداری به هوا برخاست و اندکی پس از عبور از نقطه مکس کیو که در آن موشک حداکثر فشار دینامیکی را تجربه می‌کند، سناریو جداسازی کپسول و لغو پرتاب در تروپوسفر و در سرعت نزدیک به صوت را اجرا کرد. درجریان این آزمایش، دراگون موتورهای سوپردریکو را روشن کرد تا خود را از روی فالکون ۹ بلند کند و از آن دور شود. چند ثانیه بعد، فالکون ۹ در آسمان منفجر شد و کپسول با دنبال‌کردن مسیری زیرمداری به بالاترین ارتفاع ممکن صعود کرد و در آن نقطه از مخزن خود جدا شد. سپس موتورهای دریکو روشن شدند تا جهت فضاپیما را برای نزول تنظیم کنند. درنهایت دراگون با فرود موفقیت‌‌آمیز در نزدیکی ساحل فلوریدا در اقیانوس اطلس از آزمایش لغو پرتاب حین پرواز سربلند بیرون آمد.

آلبوم تصاویر کرو دراگون

به‌لطف برنامه خدمه تجاری، اسپیس ایکس فضاپیمایی را ساخته است که علاوه بر استفاده در مأموریت‌های ناسا می‌تواند برای مقاصد تجاری نیز پرتاب شود. کرو دراگون همچنین برخلاف شاتل فضایی به‌نحو مؤثر چندبارمصرف است و هر صندلی آن درمقایسه با سایوز و حتی استارلاینر، فضاپیمای ساخت بوئینگ بهای بسیار کمتری دارد. ناسا هر صندلی سایوز را در سال ۲۰۲۰ با قیمت ۹۰ میلیون دلار خرید؛ درحالی‌که پرتاب هر فضانورد این سازمان با کپسول کرو دراگون ۵۵ میلیون دلار هزینه دارد. دراگون با این قیمت کمتر و ظرفیت حمل بیشتر، برای فضانوردان خصوصی نیز بسیار جذاب‌تر از سایوز است.

ارزش قراردادی که ناسا در سال ۲۰۱۴ برای ساخت کرو دراگون به اسپیس ایکس واگذار کرد، فقط ۱/۷۵ میلیارد دلار بود؛ درحالی‌که هزینه‌ی ساخت شاتل فضایی با پول امروز درحدود ۲۷/۴ میلیارد دلار برآورد می‌شود. سازمان فضایی آمریکا برای انجام ۶ مأموریت به ایستگاه فضایی بین‌المللی درمجموع ۲/۴ میلیارد دلار به اسپیس ایکس پرداخت کرده است؛ بدین معنا که هر پرتاب کرو دراگون تقریباً ۴۰۰ میلیون دلار هزینه دارد که ۲۲۰ میلیون دلار آن صرف خرید صندلی برای چهار فضانورد می‌شود. براساس برآورد منابع مستقل، هر پرتاب شاتل فضایی با احتساب تورم در سال ۲۰۲۰ نزدیک به ۱/۷۵ میلیارد دلار یا بیش از چهار برابر هر مأموریت کرو دراگون خرج روی دست ناسا می‌گذاشت. تمام این اعداد نشان می‌دهند که اسپیس ایکس به یکی از اصلی‌ترین اهدافش که کاهش هزینه‌ی سفرهای فضایی بود، با موفقیت دست یافته است.

برای دیدن تصویر در اندازه بزرگ روی آن کلیک کنید.

اسپیس ایکس علاوه‌بر ساخت فضاپیمایی ارزان، چندبارمصرف‌پذیری را به‌نحو مؤثر تحقق بخشیده است. هرچند شاتل فضایی عنوان نخستین فضاپیمای چندبارمصرف را یدک می‌کشید، تعمیر و نوسازی آن بعد از هر پرواز فرایندی بسیار پرهزینه و زمان‌بر بود. مخزن سوخت شاتل‌ها به‌عنوان بزرگ‌ترین قطعه پس از هر پرتاب به‌کلی ازدست می‌رفت و هزینه‌ی تعمیر و نوسازی بوسترهای جانبی نیز با ساخت یک جفت بوستر نو برابری می‌کرد. مدارگرد شاتل نیز طراحی پیچیده‌ای داشت و کسب‌ اطمینان از عملکرد بی‌نقص بخش‌های متعدد آن، نیازمند بازرسی‌های دقیق و پرهزینه پیش از هر پرواز بود.

درمقابل، دراگون برفراز فالکون ۹، ارزان‌ترین موشک چندبارمصرف جهان پرتاب می‌شود. هرچند پرتابگر اسپیس ایکس به‌طور کامل قابلیت استفاده‌ی دوباره ندارد، بوستر مرحله‌ی اول به‌عنوان بزرگ‌ترین قطعه پس از هر پرتاب بازیابی می‌شود و می‌تواند تا ۱۰ مرتبه بدون نوسازی اساسی به‌پرواز درآید. دراگون همچنین درمقایسه با مدارگرد شاتل، فضاپیمایی ساده به‌شمار می‌آید و آماده‌سازی آن برای هر پرتاب جدید راحت‌تر، سریع‌تر و با هزینه‌ی کمتر انجام می‌شود. درواقع در فرایند نوسازی دراگون، صرفاً برخی قطعات همچون سپر حرارتی، چترهای نجات و برخی شیرهای داخلی با نمونه‌های جدید تعویض می‌شوند.

اصل مهم بعدی در طراحی‌های اسپیس ایکس، قاعده‌ای است که با عنوان «عزیزانت را بکش» شناخته می‌شود؛ بدین معنا که طراح درطول زمان باید شجاعت تجدیدنظر در تصمیماتی را داشته باشد که زمانی منطقی به‌نظر می‌آمدند اما امروز از هر نظر چه زمانی چه فنی غیرمعقول هستند. ایلان ماسک در اظهارنظری جسورانه می‌گوید «اگر طرحی بیش از حد طول می‌کشد، طرح اشتباه است.» شاتل، فضاپیمایی متعلق به دهه‌ی ۷۰ میلادی بود که سه دهه بدون اعمال هیچ‌گونه بهبود چشمگیری در طراحی و ساختار کلی خود پرواز کرد و هیچ‌کس از خود نپرسید چه لزومی به تداوم پرتاب چنین وسیله‌ی گران‌قیمت و ناامنی وجود دارد. درمقابل، اسپیس ایکس درطول کمتر از یک دهه، دو نسل مختلف از یک فضاپیما را با موفقیت عملیاتی کرده است.

در مثالی بارزتر، ایلان ماسک از زمان معرفی نخستین جزئیات درباره‌ی سامانه‌ی حمل‌ونقل بین‌سیاره‌ای (استارشیپ) در سال ۲۰۱۶، تقریباً هر سال طراحی آن را بهبود داده؛ از حذف کامل مخزن فیبر کربن غول‌پیکر فضاپیما و تغییر جنس بدنه از فیبر کربن به فولاد ضدزنگ تا طراحی نسخه‌ای برای استفاده به‌عنوان ماه‌نشین در مأموریت‌های قمری. به‌لطف رویکرد یادشده، اسپیس ایکس همواره درطول سال‌ها از دیگر شرکت‌های ریشه‌دار در صنعت فضا بسیار چابک‌تر و سریع‌تر بوده است. کرو دراگون درحالی سومین خدمه از فضانوردانش را به فضا حمل کرده که استارلاینر، فضاپیمای ساخت بوئینگ، غول هوافضای آمریکایی و پیمانکار کهنه‌کار ناسا از نخستین روزهای آغاز عصر پروازهای فضایی انسانی هنوز آزمایش پرواز مداری غیرسرنشین‌دارش را با موفقیت انجام نداده است.

براساس قرارداد واگذارشده به اسپیس ایکس در برنامه خدمه تجاری، کرو دراگون باید ۶ مأموریت حمل فضانورد به ایستگاه فضایی بین‌المللی را تا سال ۲۰۲۳ انجام دهد. از این بین تاکنون دو مأموریت با نام‌های کرو ۱ و کرو ۲ پرتاب و درمجموع ۱۰ فضانورد به آزمایشگاه مداری فرستاده شده‌اند.

اسپیس ایکس علاوه‌بر ناسا، چند مشتری خصوصی نیز برای پرتاب گردشگران فضایی دارد. این شرکت تا انتهای تابستان امسال در نخستین مأموریت فضایی کاملاً خصوصی، ۴ شهروند را برای سفری سه‌روزه به مدار نزدیک زمین پرتاب خواهد کرد. همچنین در همکاری با اسپیس ادونچرز، شرکت هوافضای آمریکایی قرار است تا انتهای ۲۰۲۱ یا اوایل ۲۰۲۲ چهار گردشگر سوار بر کرو دراگون به ارتفاعی فراتر از ایستگاه فضایی پرواز کنند. آکسیوم اسپیس، دیگر شرکت هوافضای آمریکایی نیز قرارداد انجام چهار مأموریت خصوصی به ایستگاه فضایی بین‌المللی را با اسپیس ایکس امضا کرده است.

کرو دراگون با هدف پرواز به مدار نزدیک زمین و حمل فضانوردان به ایستگاه فضایی بین‌المللی ساخته شده است. هرچند برخی صاحب‌نظران در عرصه‌ی فضا، جایگزینی دراگون با اوراین را در برنامه‌ی بازگشت ناسا به ماه پیشنهاد داده‌اند، به‌دلایل متعدد ازجمله مخالفت سرسختانه‌ی کنگره آمریکا بعید است فضاپیمای اسپیس ایکس به‌همراه فضانوردان به فراتر از مدار نزدیک زمین پرواز کند. بااین‌حال، آینده‌ی بزرگ‌ترین سکونتگاه مداری انسان در فضا پس از سال ۲۰۲۴ در هاله‌ای از ابهام است.

با وجود علاقه‌ی برخی از اعضای دولت آمریکا، احتمال می‌رود بودجه‌ی ایستگاه فضایی تا پایان سال ۲۰۲۸ تمدید شود؛ اما آنچه قطعی به‌نظر می‌آید، این است که تا پایان دهه‌ی جاری دیگر ایستگاه فضایی بین‌المللی وجود نخواهد داشت و در تداوم تجاری‌سازی فضا، احتمالاً سکونتگاهی خصوصی جایگزین آن خواهد شد. اگر پس از پایان سال ۲۰۲۴، ناسا دیگر مشارکتی در اداره‌ی ایستگاه فضایی بین‌المللی نداشته باشد، دراگون می‌تواند به همکاری با اداره‌کنندگان جدید ایستگاه رو آورد یا گردشگران فضایی را همانند سفر خصوصی پیش‌رو صرفاً به مدار نزدیک زمین پرتاب کند.

درنتیجه با عملیاتی‌شدن استارشیپ، دراگون بازنشست و رهسپار موزه خواهد شد. این اتفاق قطعاً در همین دهه رخ خواهد داد، اما تاریخ دقیق آن مشخص نیست. بااین‌حال، فضاپیمای مسافربری اسپیس ایکس هنوز در آغاز راه به‌سر می‌برد و تا پیش از آنکه استارشیپ بتواند مجوز حمل انسان را دریافت کند، قطعاً موفقیت‌های بیشتری به‌دست خواهد آورد. هرچند دراگون احتمالاً هرگز انسان را به فراتر از مدار نزدیک زمین نخواهد برد، مسافران بین‌سیاره‌ای که در آینده با استارشیپ و شاید فضاپیماهای ساخت دیگر شرکت‌های خصوصی رهسپار اعماق فضا خواهند شد، به اهمیت و ارزش نخستین فضاپیمای مسافربری اسپیس ایکس واقف خواهند بود.

سال‌ها بعد، علاقه‌مندان به فضا دراگون را به‌عنوان وسیله‌ی نقلیه‌ای به یاد خواهند آورد که نخستین‌ها را در عرصه‌ی فضا رقم زد و با پیشگامی‌اش به‌عنوان نخستین فضاپیمای خصوصی مداری، مسیر را برای ارزان‌ترشدن سفرهای فضایی و دسترسی بیشتر به فضا هموار کرد.