حوادث الصواريخ الفضائية المتعلقة بالوقود: التزود بالوقود بالكامل؟

لم ينجح إطلاق صاروخ البروتون عام 2010 ، ليس لأنه لم يكن يحتوي على وقود كافٍ ، ولكن لأنه كان هناك الكثير منه



. كاتب المقال هو واين إليازر ، عمل في سلاح الجو الأمريكي لمدة 25 عامًا ، وكان مدير برنامج تور ، مدير الاختبارات أطلس ، رئيس قسم الإطلاق الفضائي في مديرية إمداد القوات الجوية بأمانة البنتاغون.



من أكثر المشاكل شيوعًا التي أدت إلى حوادث الطائرات كان الطيار جالسًا بهدوء في قمرة القيادة حتى نفد الوقود من السيارة. مع عمليات الإطلاق الفضائية ، تحدث مثل هذه الإخفاقات في كثير من الأحيان ، ولكن في بعض الحالات الإرشادية بشكل خاص أثناء عمليات الإطلاق الأولى ، تم تسجيل إيقاف تشغيل أنظمة الدفع بسبب نقص الوقود.



تفتقر معظم مركبات الإطلاق التي تعمل بالوقود السائل إلى نظام تتبع مستوى الوقود - ولا حتى بسيطا مثل طيار محير يحدق في قراءات مقياس الوقود المتساقط. تم اختبار المحركات وتسجيل استهلاكها وحساب كمية الوقود والمواد المؤكسدة المطلوبة باستخدام صيغ بسيطة. الجهاز الذي يحتوي على أكسجين سائل كعامل مؤكسد كان يُملأ ببساطة بخزان ممتلئ - وكان هذا ضروريًا ، حيث تبخر الأكسجين حتى الثواني الأخيرة قبل البدء ، عندما كان الصمام مغلقًا. تم تحميل الكمية المقدرة من الوقود ، بالإضافة إلى المزيد ، فقط في حالة. هذه هي الطريقة التي عملت بها صواريخ Thor و Titan و Delta ، كما فعلت معظم الصواريخ خارج الولايات المتحدة.



عملت Atlas بشكل مختلف - فقد استخدم نظام استرداد الوقود الذي يقيس كمية الوقود والمؤكسد في الخزانات ودفع المحرك المعدل لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. ومع ذلك ، تم إطلاقه فقط أثناء تشغيل محركات الدفع - مباشرة بعد وصول المحركات الداعمة الكبيرة إلى مستويات الدفع التصميمية في أول دقيقتين من الرحلة. تم تشغيل النظام عندما تم تشغيل الجهاز بواسطة محرك الدفع المركزي. كان هذا النظام هو الذي سمح لصاروخ أطلس 19F بالتعافي من الفقد الشديد في السرعة أثناء مهمة NOAA-B في 29 مايو 1980.



تم توضيح صعوبة حساب الكمية الصحيحة للوقود من خلال فشل مهمة Thor LV-2F F34 في إطلاق أقمار صناعية عسكرية للأرصاد الجوية ، والتي تم إطلاقها في قاعدة فاندنبرغ الجوية في 19 فبراير 1976. في ذلك الوقت ، أيضًا عملية مبسطة لحساب كمية الوقود. استخدم فريق الإطلاق بيانات من الاختبارات التشغيلية للمرحلة الأولى من المسرع لحساب حمولة الوقود المطلوبة ، واستخدم عداد لقياس كمية الوقود المحملة في الصاروخ. و هذا كل شيء. تم تحميل الكمية المطلوبة من الوقود في خزان المحرك المتسارع ، وبدأ العد التنازلي ، وحدث الإقلاع. ومع ذلك ، لم تصل الحمولة إلى مدار مستقر وعادت إلى الغلاف الجوي بعد المدار الأول.



وجد التحقيق اللاحق أن بيانات اختبار أداء المحرك كانت غير صحيحة. احتاج المحرك إلى مزيد من الوقود لتحقيق الأداء المطلوب مما تتطلبه البيانات. كان الموقف مشابهًا لما إذا ذهبت إلى وكالة سيارات واخترت سيارة جديدة تستهلك 6 لترات من البنزين لكل 100 كيلومتر ، على الرغم من أن جميع السيارات الأخرى من نفس الطراز والموديل وبنفس الخيارات سيكون هذا الرقم يساوي 7 لترات مائة؛ ولن تفكر حتى في سبب كون هذه السيارة اقتصادية أكثر من غيرها. بالنسبة لعمليات الإطلاق المتبقية ، أجرى Project Thor بحثًا مكثفًا وتحليلًا أكثر تفصيلاً.



وقع حادث آخر في قاعدة فاندنبرغ الجوية في 3 أغسطس 1981 بصاروخ دلتا 3914 من مهمة Dynamics Explorer. افترض أمر الإطلاق العادي أن المرحلة الثانية من الصاروخ تم تغذيتها بالوقود أثناء العد التنازلي. في تلك المهمة ، تمت إضافة حداثة إلى معدات التزود بالوقود: "طاحونة" تدور في خرطوم التزود بالوقود كمؤشر لإمداد الوقود ، على غرار العجلة التي تدور في بعض محطات الوقود. لسوء الحظ ، تعطلت العجلة الجديدة وحدث تسرب للوقود ، مما جعل فريق إعادة التزود بالوقود يفترض أن المرحلة الثانية قد تم تزويدها بالوقود بالكامل. نفد الوقود قبل 16 ثانية من الموعد المحدد ، وهذا هو سبب عدم وصول الحمولة إلى المدار المطلوب 160 كم. ثم اتضح أن هناك خلافات حول الارتفاع المداري المطلوب ، لذلك كان أتباع مدار منخفض راضين ،على عكس أي شخص آخر.



كان 18 أبريل 2001 يومًا مهمًا لبرنامج الفضاء الهندي - ثم تم إطلاق أول صاروخ لإطلاق القمر الصناعي GSAT 1 على صاروخ حامل لإطلاق أقمار صناعية GSLV متزامنة مع الأرض. الاحتفال بالإنجازات لم يدم طويلا. استخدمت المرحلة الثالثة محركًا روسي الصنع لم يطير من قبل ويفتقر إلى قوة الدفع. دخل القمر الصناعي إلى الفضاء مع عجز في السرعة بنسبة 0.5٪ ، ولهذا لم يتمكن من الوصول إلى المكان المطلوب في المدار. عمل القمر الصناعي بشكل جيد ، لكنه نزل بسرعة ، وعبر مدارات الأقمار الصناعية الأخرى وتداخل مع عملها. كان هذا غير مقبول وتم إيقافه بعد بضعة أيام فقط.



في 6 ديسمبر 2010 ، رفعت نسخة جديدة من محرك Proton Booster الرائع صاروخًا من قاعدة بايكونور الفضائية يحمل أقمارًا صناعية GLONASS. تم استخدام مرحلة عليا جديدة في المرحلة العلياDM-03 . لم تدخل الحمولة إلى المدار مطلقًا وسقطت في المحيط الهادئ. تبين أن الوضع عكس الحالة مع Dynamics Explorer. كان حجم خزانات المرحلة العليا الجديدة أكبر بكثير من حجم النماذج السابقة ، ولم يتم أخذ هذه اللحظة في الاعتبار عند التزود بالوقود. على الرغم من أن البعثة لم تكن بحاجة إلى وقود إضافي ، إلا أنه كان لا يزال يُصب - 2000 كجم أكثر مما هو مطلوب. وبدلاً من نقص الوقود ، مثل مهمتي "Thor F34" و "Delta" Dynamics Explorer ، كان لدى "Proton" الكثير منه.



لماذا أصبح الوقود الزائد مشكلة؟ في حالة حادث Tor F34 ، لم تكن المشكلة مجرد عدم وجود وقود كافٍ على متن الطائرة. أثناء إطلاق الأقمار الصناعية العسكرية للأرصاد الجوية على صاروخ ثور والمراحل العليا ، كانت الدبابات صغيرة جدًا ، وزادت كتلة السفينة بأكملها مع كل مهمة. كان أحد الحلول لهذه المشكلة هو استبدال وقود RP-1 بوقود RJ-1. كان وقود RJ-1 ، المصمم لمحركات النفاث النفاث ، أكثر كثافة من RP-1 ، مما يسمح بحشو المزيد من الوقود لكل وحدة حجم في المساحة المحدودة لخزان وقود Thor - وبالتالي المزيد من الطاقة.



تمت ملاحظة الدفع العالي المزعوم للمحرك المستخدم في مهمة Thor F34 قبل عدة سنوات ، لذلك تم اختياره خصيصًا لأثقل مهمة في هذه السلسلة من الصواريخ. ومع ذلك ، في الواقع ، لم يكن هذا المحرك الوحيد الذي لم يكن لديه مثل هذا الدفع - من حيث المبدأ ، لا يمكن لأي محرك من هذا الجهاز أن يعطي مثل هذا الدفع. كان من المستحيل تعبئة وقود كافٍ في خزان Thor لكي تنطلق هذه المهمة بنجاح - لأن الزيادة في وزن الوقود قللت من قوة دفع المحرك.



واجه DM-03 نفس المشكلة. كان هناك الكثير من الوقود في المرحلة العليا ، ولكن تبين في النهاية أنه ثقيل جدًا بحيث لا يصل الصاروخ إلى مساره المقصود. في تصميم صواريخ Delta-4 و Atlas-5 ، كانت المعلمات الرئيسية هي تكلفة التطوير والإنتاج ، وتكلف المحركات بشكل واضح أكثر من الوقود المخزن في الخزانات. الصواريخ السابقة ، التي استخدمت محركات RL-10 في المراحل العليا ، كان لديها محركان على الأقل ، لكن كان من الممكن حساب المسار بحيث تم استخدام محرك واحد فقط. يجب أن يتحرك المسار عموديًا تقريبًا لأعلى أثناء تشغيل المرحلة الأولى ، وبالتالي تجنب كل من السحب الديناميكي الهوائي وخسائر الجاذبية المرتبطة بمسارات أقل وأكثر كفاءة. بعد أن ارتفعت بدرجة كافية ، يمكن أن تعمل المرحلة العليا من RL-10 لفترة طويلة ،التقاط السرعة أبطأ بكثير ، ولكن توفير الكثير من المال على المعدات باهظة الثمن. أثار هذا النهج بعض المخاوف بشأن المدى ، ولكن نظرًا لأن الصواريخ من مواقع الاختبار الأمريكية تحلق فوق المحيط ، فإن هذه العقبة لم تكن مستعصية على التغلب عليها.



ربما يمكن للبروتون مع المرحلة العليا DM-03 ، التي تم إطلاقها في 6 ديسمبر 2010 ، أن تذهب إلى الفضاء على طول مسار مماثل ، وترفع المرحلة العليا إلى مثل هذا الارتفاع الذي يمكنها عنده استخدام وقود إضافي ، لكن لم يفكر أحد في ذلك الفرص ، لأن هذه المرحلة لم يكن من المفترض أن تضخ الكثير من الوقود.



لذا فإن التحدي لا يكمن فقط في التأكد من ملء الخزان بالكامل قبل الرحلة ، بل التأكد من حصولك على الكمية المناسبة من الوقود للمهمة. وقبل اختيار السيارة ، اقرأ أولاً خصائص عدة نسخ.