شمای موشک حامل سفیر
تقسیم‌بندی موشکهای حامل
موشکهای حامل در دسته های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. همان‌طور که از شکل۱-۲ پیداست، موشکهای حامل بر اساس نحوه طراحی، نحوه ترکیب ساختاری، تعداد دفعات استفاده، نوع محموله، محدوده کاربرد و کلاس وزنی به دسته های مختلفی تقسیم می‌گردند که هرکدام را به‌اختصار توضیح می‌دهیم.
تقسیم‌بندی موشک حامل[۱۵]
کلاس وزنی موشکهای حامل
موشکهای حامل ازنظر کلاس وزنی به چهار گروه سبک، متوسط، سنگین و فوق سنگین تقسیم می‌شوند. موشکهای حامل کلاس سبک، موشک‌هایی هستند که قابلیت حمل جرم بار محموله آن ها به مدار ارتفاع پایین زمین (LEO) کمتر از ۱ تن و موشکهای حامل کلاس متوسط، موشک‌هایی هستند که جرم بار محموله قابلیت حمل جرم بار محموله آن ها به مدار ارتفاع پایین زمین بیشتر از ۱ تن و کمتر از ۱۰ تن و موشکهای حامل کلاس سنگین، موشک‌هایی هستند که قابلیت حمل جرم بار محموله آن ها به مدار ارتفاع پایین زمین بیشتر از ۱۰ تن و کمتر از ۲۰ تن و موشکهای حامل کلاس فوق سنگین، موشک‌هایی هستند که جرم بار محموله آن ها بیشتر از ۲۰ تن باشد.
محدوده کاربردی موشکهای حامل
موشکهای حامل ازنظر محدوده کاربردی به سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند. دسته اول دارای محدوده کاربردی نزدیک زمین، دسته دوم دارای محدوده کاربردی بین سیاره‌ای و دسته سوم نیز دارای محدوده کاربردی خارج منظومه شمسی می‌باشند.
بار محموله موشکهای حامل
موشکهای حامل ازنظر نوع بار محموله به دو دسته سرنشین دار و بدون سرنشین تقسیم‌بندی می‌شوند. موشکهای حامل سرنشین دار موشک‌هایی هستند که برای حمل سفاین فضایی باسرنشین از آن ها استفاده می‌گردد و در مقابل موشکهای حامل بدون سرنشین برای حمل انواع محموله‌های فضایی بدون سرنشین مورداستفاده قرار می‌گیرند. معمولاً کلاس این نوع موشک‌ها از نوع سنگین و فوق سنگین می‌باشند.
جهت دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت jemo.ir مراجعه نمایید.
تعداد دفعات مصرف
ازنظر تعداد دفعات مصرف موشکهای حامل به دو دسته یک‌بارمصرف و چند بار مصرف تقسیم‌بندی می‌شوند. معمولاً موشکهای حامل چند بار مصرف دارای این قابلیت هستند که پس از بازیابی به‌صورت کلی یا جزئی دوباره مورداستفاده قرار گیرند. برای مثال موشک حامل سفیر یک‌بارمصرف و شاتل فضایی چند بار مصرف میباشد.
نحوه ترکیب ساختاری موشکهای حامل
ترکیب ساختاری موشکهای حامل به تعداد مراحل، نحوه چیدمان مراحل و ساختار مقاومتی سازه موشک حامل برمی‌گردد.
تعداد مراحل
موشکهای حامل امروزی جزء حاملهای چندمرحله‌ای هستند؛ به‌عبارت‌دیگر تاکنون حداقل مراحل لازم برای رسیدن به‌سرعت و ارتفاع مداری و قرار دادن محموله در مدار، از دو مرحله به بالا بوده است؛ اما تحقیقات برای ساخت حاملهای تک‌مرحله‌ای انجام‌شده تا شاید بشر بتواند در آینده به فناوری ساخت حامل تک‌مرحله‌ای دست پیدا کند. شکل۱-۳ تأثیر پارامترها بر انتخاب تعداد مراحل حامل فضایی را نشان می‌دهد.
تأثیر پارامترها بر انتخاب تعداد مراحل حامل فضایی
در شکل۱-۴ شمای مأموریتی یک حامل سه مرحله‌ای را می‌بینید.
بلوک های حامل فضایی ساترن
نوع ترکیب موشکهای حامل
ترکیب ساختاری موشک حامل به دو بخش ساختار سری و ساختار خورجینی طبقه‌بندی می‌شود. موشکهای سبک‌تر ساختار سری دارند. در این نوع ساختار باک‌های پیشران روی یکدیگر قرار می‌گیرند و همین مسئله منجر به افزایش طول حامل می‌گردد که مشکلات سازه‌ای را به همراه خواهد داشت. درعین‌حال سادگی، سبکی و کوچک بودن عملگرهای کنترلی از محاسن ساختار سری میباشد. در ساختار خورجینی باک‌های پیشران در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند به همین دلیل طول موشک کوتاه‌تر می‌گردد. اما مشکلات کنترلی و افزایش قطر موشک را در پی خواهد داشت. در شکل۱-۵ دو موشک با ساختار سری و خورجینی مشاهده می‌شود.
ساختار سری و ساختار خورجینی در موشک حامل
صنایع تولید بخش‌های مختلف حامل فضایی
با توجه به پیچیدگی و گستردگی طراحی و ساخت یک حامل فضایی، متخصصین و مهندسان زیادی در بخش‌های مختلف عملیات طراحی و ساخت را به عهده می‌گیرند. در ادامه به معرفی تعدادی از این بخش‌ها می‌پردازیم.
بخش طراحی و تحقیقات
پس از تعیین مأموریت و ارسال سفارش به صنعت از سوی کارفرما، کار طراحی آغاز می‌گردد. در فاز طراحی مهندسان سیستم، با توجه به محدودیت‌ها و قیود موجود، سعی می‌کنند مناسب‌ترین طرح را استخراج کنند. طراحی به دو صورت امکان‌پذیر است. طراحان در حالت اول بر اساس حاملهای موجود، حامل متناسب با مأموریت را طراحی می‌نمایند و یا در حالت دوم یک طرح جدید را ارائه می‌کنند. البته حالت اول مرسوم‌تر است و بسیاری از حاملهای موجود، بر اساس حاملهای سابق طراحی شده‌اند. پس‌ازاین که طراحی مفهومی انجام شد، طرح کلی اولیه به صنایع مرتبط ارسال شده و هر صنعت موظف است طرح دقیق زیرسیستم مربوطه را ارائه نماید. با توجه به اینکه چهارچوب اصلی حامل در فاز طراحی مفهومی شکل می‌گیرد، انتخاب روش طراحی برای دستیابی به بهینه‌ترین طرح بسیار مهم است. بر این اساس طراحان با توجه به آزادی عملی که در این فاز دارند، متناسب باهدف اصلی و مدنظر کارفرما مثل کاهش هزینه، کاهش جرم اولیه حامل و یا افزایش قابلیت اطمینان روش طراحی را انتخاب می‌کنند.
صنایع موتور
در این بخش با توجه به تراست موردنیاز و ابعاد به‌دست‌آمده از فاز طراحی مفهومی، موتور یا موتورهای متناسب برای حامل طراحی و ساخته می‌شوند و یا از میان موتورهای موجود انتخاب می‌گردند. آنچه در طراحی و یا انتخاب موتورها باید به آن توجه داشت مقدار ضربه ویژه[۲۲] موتور میباشد. ضربه ویژه یکی از مشخصات موتور بوده و برابر است با مدت زمانی که یک نیوتون پیشران در موتور مورد نظر بتواند با احتراق خود نیرویی معادل یک نیوتون تولید کند. معمولاً موتورهایی که از پیشران مایع استفاده می‌کنند ضربه ویژه بالاتری نسبت به موتورهای با پیشران جامد دارند.
صنایع سازه
سازه حاملهای فضایی باید سبک و درعین‌حال مقاوم باشد. در برخی حامل‌ها با توجه به اینکه باک پیشران دراز بوده و قسمت زیادی از حجم حامل را به خود اختصاص می‌دهد، بدنه باک را طوری می‌سازند که دیگر نیازی به استفاده از پوسته نبوده و پوشش باک همان پوشش خارجی حامل است. البته بدیهی است که ابعاد و ضخامت سازه حامل باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که در مقابل تنش‌ها و فشارها و همچنین خیز موشک مقاومت کرده و از هم نپاشد.
صنایع پیشران
وظیفه صنایع پیشران تولید پیشران متناسب با نوع سیستم پیشرانش میباشد. پیشران‌ها به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. پیشران‌های جامد، مایع، هیبرید و هیبرید معکوس از نمونه دسته‌بندی پیشران‌ها هستند.
صنایع هدایت و کنترل
مجموعه قطعات الکتریکی و الکترونیکی و همچنین عملگرهای کنترلی در این قسمت ساخته می‌شوند. کامپیوتر پرواز، ژیروسکوپ‌ها، شتاب سنج‌ها و تجهیزات ناوبری که وظیفه تشخیص موقعیت دقیق موشک را بر عهده دارند، از خروجی‌های این قسمت می‌باشند.
صنایع تجهیزات پرتاب
کلیه تجهیزات موردنیاز برای حمل، آماده‌سازی و پرتاب حامل در این بخش تهیه می‌شود. طراحی برج سرویس مستقر در سایت پرتاب نیز در این بخش صورت می‌گیرد.
طراحی حاملهای فضایی
همان‌طور که گفته شد بخش تحقیقات و طراحی، یکی از بخش‌های اصلی و مهم در صنایع تولید حاملهای فضایی به شمار می‌رود. این بخش با دریافت یک سفارش به بررسی روش‌های مختلف طراحی حامل فضایی می‌پردازد تا درنهایت به کمک یکی از روش‌های موردبررسی واقع‌شده، طراحی کلی حامل فضایی را انجام دهد. سیکل طراحی و توسعه بیشتر پروژه های فضایی دارای پنج فاز زیر میباشد:
فاز اول) طراحی مفهومی
فاز دوم) طراحی اولیه
فاز سوم) طراحی دقیق
فاز چهارم) آزمایش
فاز پنجم) ساخت نمونه
در فاز اول مشخصات کلی حامل از قبیل تعداد مراحل و محدوده‌های تراست، جرم و ابعاد هر مرحله و همچنین ضرایب جرمی انرژیتیک به دست می‌آید. اطلاعات به‌دست‌آمده در این فاز ممکن است با مقادیر نهایی حدود ۲۵ درصد اختلاف داشته باشد. در فاز دوم اطلاعات به‌دست‌آمده در فاز اول برای هر زیرسیستم با دقت بیشتری تحلیل و بررسی می‌شوند و نهایتاً مشخصات جزئی‌تری از حامل به دست می‌آید. در فاز طراحی دقیق، ابعاد دقیق زیرسیستم‌ها و نقشه‌های ساخت آن ها و همچنین جانمایی آن ها در حامل تعیین می‌شود. پس از تست و آزمایش این زیرسیستم‌ها به‌طور جداگانه و باهم و تطبیق عملکرد آن ها در کنار یکدیگر، نمونه اولیه تولید می‌گردد. نهایتاً پس از رضایت از عملکرد نمونه اولیه، تولید تعداد دلخواه از این حامل‌ها آغاز می‌گردد. ( شکل۱-۶)
روند طراحی حامل فضایی
در پیوست نیز جهت آشنایی، لیست موشکهای حامل فعال یا درحال توسعه دنیا به همراه جزئیاتشان در جدول پ۱ و مشخصات حاملهای فضایی جمهوری اسلامی ایران در جدول پ۲ آورده شده است.
جمعبندی
با توجه به توضیحاتی که در این فصل آورده شد، در این پایان نامه به دنبال طراحی یک حامل با پیشران مایع و در کلاس متوسط هستیم. محدوده کاربردی حامل برای پرتاب محموله بدون سرنشین به مدار نزدیک به زمین می باشد. حامل از نوع حامل های یک بار مصرف خواهد بود و دومرحله ای می باشد. ساختار حامل مدنظر سری هست و نوع طراحی نیز طراحی جدید می باشد. سطح طراحی نیز در فاز طراحی مفهومی خواهد بود.
فصل دوم
مبانی و مفاهیم
طراحی بهینه چند موضوعی
مقدمه
برای طراحی سیستم‌های بزرگ و پیچیده مانند حاملهای فضایی، نیاز داریم تا بین اهدافی که مدنظر داریم تعادل ایجاد کنیم. زیرا گاهی برخی اهداف با اهداف دیگر در تعارض هستند و تلاش برای ارضای یک هدف ممکن است به فاصله گرفتن از اهداف دیگر بینجامد. این اهداف می‌توانند بهبود عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان، ساده‌سازی طرح و یا کاهش هزینه‌ها باشند.
طراحی مفهومی یک حامل فضایی، پیکربندی و خلاصه‌ای از وضعیت کلی حامل را ارائه می‌دهد. معمولاً این طراحی در جهت رسیدن به عملکرد مناسب (یا به تعبیری کاهش وزن حامل) برای ارضاء شرایط یک مأموریت تعریف‌شده خواهد بود. پیکربندی را می‌توان شامل موارد زیر دانست:
مشخص کردن تعداد بلوک و مراحل ماهواره‌بر
انتخاب نوع فناوری
