پنجره پرتاب و اهمیت آن در ماموریت های فضایی

اگر اخبار مربوط به فضا و پرتاب موشک را دنبال می کنید، اصطلاحی که اغلب به گوشتان خورده  (پنجره پرتاب) یا (Launch Window) است. این اصطلاح به بازه زمانی اشاره دارد که طی آن پرتاب می‌تواند انجام شود و معمولاً بین چند روز تا چند هفته طول دارد. عوامل زیادی وجود دارد که تعیین می کند چه زمانی امکان پرتاب موشک وجود دارد.  آژانس هایی مانند ناسا از پنجره های پرتاب به عنوان راهنمای زمان مناسب برای پرتاب استفاده می کنند.

پنجره پرتاب دقیق برای هر ماموریت، به جایی که موشک به سمت آن پرتاب می شود بستگی دارد. برای مثال، سفر به ایستگاه فضایی بین‌المللی نسبتاً آسان است. این ایستگاه در مدار پایین زمین قرار دارد و به زمین نزدیک است.

اما سفر به مریخ اقدامی پیچیده تر است. به نحوه گردش مریخ به دور خورشید فکر کنید. برای ارسال کارآمد موشک به مریخ (و بدون صرف هزینه زیاد)، باید آن را زمانی پرتاب کنید که مریخ و زمین در نزدیک ترین حالت خود به یکدیگر قرار دارند. این نزدیکی هر دو سال یک بار اتفاق می افتد. همانطور که میدانید، به مدت زمان چرخش یک سیاره به دور خورشید، سال گفته می شود. این در حالی است که هر یک سال مریخ کمی کوتاه تر از دو سال زمین است (به دلیل بزرگتر بودن مدار آن نسبت به زمین).

برای روشن شدن این موضوع، آژانس فضایی اروپا از تشبیه منظومه شمسی به یک مسیر مسابقه دو و میدانی استفاده می‌کند. برای تعقیب دونده‌ای که می‌خواهید در این مسیر به آن برسید ،باید انرژی زیادی صرف می‌شود.اما اگر به جای دویدن به دور زمین  از وسط مسیر عبور کنید، می توانید دونده را در سمت دیگر بسیار سریع تر و با مصرف انرژی کمتر پیدا کنید.

دو سیاره در موازات

مأموریت‌های مریخ باید در مدت زمان کوتاهی که دو سیاره همسایه در نزدیکترین مکان به یکدیگر قرار دارند آغاز شوند. به همین دلیل است که ماموریت های متعدد مربوط به مریخ معمولا در زمان مشخصی از سال آغاز می شوند. مانند تابستان ۲۰۲۰، زمانی که مریخ‌نورد استقامت ناسا، مأموریت امید امارات متحده عربی و ماموریت چینی Tianwen-1 همگی در یک بازه زمان کوتاه به مریخ پرتاب شدند. پرتاب در این بازه زمانی به فضاپیماها اجازه می‌دهد تا از موقعیتی به نام مدار انتقال هومن، برای سفر بهینه به هدفی در منظومه شمسی استفاده کنند.

اجازه دهید با مثالی دیگر موضوع را ساده سازی کنیم. فرض کنید شما قصد پاس دادن توپ به یک بازیکن دیگر در بازی فوتبال دارید.این بازیکن به طور بی وقفه در حال حرکت است. شما باید قبل از شوت کردن توپ به سمت او، مکانی که وی در لحظه رسیدن توپ در آن قرار خواهد گرفت را پیش بینی کنید. فضاپیمایی که زمین را به مقصد سیارات دیگر ترک می کنند نیز باید از همین روش پیروی کنند. پرتاب ها باید در زمان دقیقی آغاز شوند، تا فضاپیما درست در زمان مناسب به سیاره هدف برسد. برای واضح تر شدن این موضوع پیشنهاد می کنیم ویدئوی یک دقیقه ای زیر را تماشا کنید.

پنچره های پرتاب پیچیده هستند، زیرا اگر ماموریتی موفق به شروع طی زمان معین نشود یا به عبارتی” پنجره خود را از دست بدهد”، باید تا باز شدن پنجره دیگری به تعویق بیفتد. این تاخیرات برای اجرا کنندگان ماموریت ها بسیار گران تمام می شود. به طور مثال، ماموریت Psyche ناسا برای بازدید از یک سیارک فلزی، میبایست در حدود ماه سپتامبر یا اکتبر 2022 پرتاپ می شد. سفری که این فضاپیما را به کمربند سیارکی بین مدارهای مریخ و مشتری می برد. اما مشکلات نرم افزاری فضاپیما باعث شد که پنجره پرتاب را از دست بدهد. اکنون فضاپیما باید تا جولای سال 2023 صبر کند.

فراموش نکنید که عوامل بسیار دیگری نیز در زمان پرتاب موشک وجود دارد. آب و هوا باید خوب باشد و برنامه ریزی باید هر پرتاب دیگری را که ممکن است در همان زمان اتفاق بیفتد در نظر بگیرد.

پرتاب به کره ماه

آرتمیس- 1

ناسا اخیراً بینش های خود را از نحوه برنامه ریزی پنجره پرتاب مأموریت آرتمیس-1 ، که یک فضاپیمای بدون خدمه را به مدار ماه می فرستد، به اشتراک گذاشته است. پنجره های پرتاب برای این ماموریت از ماه آگوست تا دسامبر 2022 است و ناسا شرایطی را که باید برای استفاده از  پنجره ها بیابد را به این شکل توصیف می کند:

این دوره‌های پرتاب، مکانیک مداری پیچیده‌ای را در بر می‌گیرد که در پرتاب در یک مسیر دقیق به سمت ماه تاثیر دارند. این در حالی است که زمین حول محور خود می‌چرخد و کره ماه، هر ماه  در چرخه قمری خود به دور زمین می‌چرخد.

این موضوع منجر به ایجاد الگویی می شود که طی آن امکان پرتاپ به سمت ماه، به مدت دو هفته وجود دارد و سپس به مدت دو هفته این امکان از بین می رود و دوباره به مدت دو هفته ممکن می شود.

پنجره پرتاب، نه تنها با توجه به جایی که می‌خواهید موشک را بفرستید برنامه ریزی می شوند، بلکه بسته به نوع مدار سیاره (یا قمر مورد نظر) و روش برنامه ریزی شده ورود به مدار آن نیز تعیین می‌شود. ماموریت آرتمیس I، با استفاده از مانوری به نام Trans-lunar Injection از مدار زمین خارج شده به ماه نزدیک می شود. در زمان برگشت، فضاپیمای اوریون (Orion) که در آن زمان از موشک جدا شده، با اجرای مانور Skip Entry با استفاده از اتمسفر زمین سرعت خود را کاهش می دهد وبه زمین باز می گردد.

سفینه اوریون در حال ورود به زمین

دوره‌های پرتاب باید این مانورهای خاص را در نظر داشته باشد. همچنین نگرانی‌های دیگری نیز وجود دارند، ناسا  باید اطمینان حاصل کنند که فضاپیما نور خورشید کافی دریافت می کند، تا پنل های خورشیدی روی آن بتوانند به اندازه کافی انرژی دریافت و ذخیره کنند. همچنین در هنگام ورود فضاپیما به زمین، باید نور کافی وجود داشته باشد، تا پرسنل بتوانند قطعات پخش شده فضاپیما ها در اقیانوس را جمع آوری کنند.