مقاله کنترل و پیشرانش در مبحث هوافضا

این تحقیق در مورد کنترل و پیشرانش می باشد و به بررسی تعریف و ویژگی های این سیستم در مبحث هوافضا می پردازد.

مقدمه
پیشرانش فضایی هر روشی است که برای شتاب دادن فضاپیماها و ماهواره‌ها استفاده شود. اگر شتاب به اندازه کافی ایجاد نشود، فضاپیما نمی‌تواند در مدار مشخص‌شده حرکت کند و اگر شتاب بیش از حد باشد، ممکن است فضاپیما یا ماهواره از مدار خارج شود.

بر این اساس سرنوشت پرنده‌های بدون سرنشین در فضا تا حد قابل‌توجهی به شتاب دهنده‌ها بستگی دارد. پیشرانش فضایی به مجموعه روش‌هایی گفته می‌شود که برای شتاب دادن فضاپیماها و ماهواره‌ها تعریف شده‌اند. برای این کار از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که هرکدام مزایا و معایب خود را دارند و به‌طور کلی پیشرانش فضایی حوزه بسیاری از تحقیقات کنونی در مراکز مهم فضایی دنیا بوده که نتیجه این تحقیقات بهبود روش‌های موجود و توسعه روش‌های جدید پیشرانش فضایی است.

مبنای تولید تراست (نیروی پیشران) در بسیاری از این روش‌ها شتاب دادن ذرات و اعمال عکس‌العمل آن در جهت مخالف به خود وسیله براساس قانون سوم نیوتن است. با این حال در برخی روش‌های در حال توسعه نیز از انرژی‌های موجود در طبیعت مانند انرژی ذرات و فوتون‌های بادهای خورشیدی یا انرژی مغناطیسی سیارات برای تولید تراست استفاده می‌شود که مزایای بسیار زیادی نسبت به روش‌های معمول دارد.

پیشرانش فضایی چیست؟
همه فضاپیماها و ماهواره‌های کنونی از راکت‌های شیمیایی سوخت جامد و سوخت مایع دوپایه (Bipropellant) و یا به ندرت سوخت مایع دوپایه (Monopropellant) برای پرتاب به مدار استفاده می‌کنند، اگر چه برخی پرتاب‌گرها مانند اسپیس‌شیپ وان(Spaceship One) و راکت پگاسوس (Pegasus Rocket) از موتورهای هواتنفسی در مرحله اول خود بهره می‌گیرند.

بیشتر ماهواره‌ها از رانش‌زاهای (تراستر) شیمیایی ساده و قابل اطمینان (اکثراً سوخت مایع تک پایه) و یا رانش‌زاهای الکتریکی مانند جت‌های مقاومتی برای حفظ مدار و کنترل وضعیت خود بهره می‌برند و برخی نیز از چرخ‌های مومنتومی برای کنترل وضعیت استفاده می کنند. فضاپیماهای بین سیاره‌ای نیز از رانش‌زاهای شیمیایی و الکتریکی برای انجام ماموریت‌های خود بهره می جویند.

نخستین رانش‌زاها
استفاده از رانش‌زاهای الکتریکی در ماهواره‌ها نخستین بار توسط شوروی سابق انجام گرفت. اولین رانش‌زای مورد استفاده در یک ماموریت فضایی یک رانش‌زای الکتریکی از نوع پالس پلاسمایی یا PPT بود که در سال ۱۹۶۴ بر روی ماهواره Zond-۲ با ماموریت کنترل وضعیت سه محوره به پرواز درآمد.

این اولین استفاده از یک رانش‌زا در فضا بود که زمینه گسترش انواع دیگر رانش‌زاهای الکتریکی را برای استفاده در ماموریت‌های فضایی پس از آن فراهم کرد. ماهواره‌های غربی نیز پس از آن جهت حفظ موقعیت شمال- جنوب یا NSSK (north – south station keeping) خود استفاده از رانش‌زاهای الکتریکی را آغاز کردند. سال‌ها پس از آن بود که استفاده از رانش‌زاهای شیمیایی نیز در سیستم پیشرانش ماهواره‌ها آغاز شد. استفاده از رانش‌زاهای الکتریکی و شیمیایی در فضاپیماها و ماهواره‌ها تا به امروز ادامه دارد.

نیاز ماهواره به پیشرانش فضایی
یک ماهواره پس از آنکه از زمین به مدار پرتاب شود، باید در مدار مشخص و از قبل تعیین شده‌ خود قرار گیرد. پس از قرارگیری در مدار خود، احتیاج به کنترل وضعیت خود دارد تا بتواند در جهت مناسب نسبت به زمین، خورشید و در صورت نیاز  سایر اجرام سماوی قرار گیرد.

ماهواره‌ها تحت اثر پسای ناشی از لایه نازک اتمسفر نیز قرار دارند، به همین دلیل برای باقی‌ماندن در مدار در زمان طولانی، نیاز به یک سیستم پیشرانش که گه‌گاهی اصلاحات کوچک مداری انجام دهد (حفظ مدار) احساس می‌شود. بسیاری از ماهواره‌ها نیازمندند تا در زمان‌هایی مشخص از مداری به مدار دیگر انتقال یابند که این امر توسط یک سیستم پیشرانش صورت می‌پذیرد. در زمانی که ماهواره توانایی اصلاح مدار خود را داشته باشد، عمر کاری آن نیز افزایش می یابد.

فضاپیماهایی که برای سفرهای طولانی‌تر ساخته شده‌اند (مانند سفرهای بین سیاره‌ای (Interplanetary)، بین ستاره‌ای (Interstellar) و اعماق فضا (Deep Space)  نیز نیاز به سیستم پیشرانش دارند. آنها نیز مانند ماهواره‌ها به مدار خارج از جو پرتاب می‌شوند ولی پس از آن خود باید قادر باشند تا مدار را ترک کنند و به مسیر مورد نظر بروند. البته به جز روش‌های پیشرانش فضایی معمول، روش‌های جدید دیگری مثل استفاده بادبان خورشیدی (Solar Sail) نیز در حال بررسی‌های گسترده است که به علت محدودیت ذخیره سوخت و زمان سفز، بسیار مناسب این دسته از ماموریت‌ها هستند.

فهرست مطالب
مقدمه
پیشرانش فضایی چیست؟
نخستین رانش‌زاها
نیاز ماهواره به پیشرانش فضایی
مانور مداری
ماموریت یک ماهواره دارای رانش‌زا
پیاده‌سازی سیستم پیشرانش فضایی
حال و آینده پیشران‌های فضایی
سامانه‌های پیشرانش با پیشران شیمیایی
سیستم های پیشران غیر شیمیایی
سامانه‌های پیشرانش الکتریکی
سامانه های پیشرانش گرما-هسته‌ای
تابش خورشیدی و روش‌های دیگر
منابع