پايگاه‌هاي پرتاب فضايي

A spaceport or space launch facility is a site for launching spacecraft, by analogy with seaport for ships or airport for aircraft. In rocketry, major spaceports (such as Cape Canaveral Air Force Station) often include more than one launch complex, each of which may have more than one launch pad. Spaceports like the Mojave Spaceport include runways for takeoff or landing of rocket-powered aircraft like SpaceShipOne. Typically a spaceport site is large enough that, should a vehicle explode, it will not endanger human lives or adjacent launch pads.Typically preferred are launches from near the equator in an easterly direction. This allows maximum use of the Earths rotational speed, and a good orientation for arriving at a geostationary orbit. The rotational boost increases the amount of mass that can be lifted to a given orbit with a given amount of fuel. For polar or Molniya orbits, these aspects do not apply. For safety, a launch vector over water or deserted land is important.It is believed that future hypersonic aircraft will require a very long runway rather than a vertical launch pad. Such hypothetical spaceports will present unique challenges in noise abatement, zoning, and passenger access, with as much as a 5 mile wide corridor surrounding a 30 mile long runway. A dedicated mass transit system from the nearest public access point to the aircraft boarding area will be required.[citation needed]The space tourism industry is being targeted by spaceports in numerous locations, including California, Oklahoma, New Mexico, Florida, Virginia, Alaska and Wisconsin in the United States, as well as Singapore and the United Arab Emirates.

در حالي كه حدود 50 سال از آغاز عصر فضا سپري شده است، پايگاه‌هاي فضايي زيادي در سراسر دنيا وجود ندارند. حدود 33 پايگاه پرتاب فضايي در سراسر دنيا ساخته شده‌اند كه به مدد تلاشهاي فراوان شوروي سابق در امر فضا بيشتر تجمع آنها در نيم‌كره شرقي است. .

مکان تقريبي 22 پايگاه مهم فضايي دنيا در اين نقشه علامت‌گذاري شده‌اند

پايگاه پرتاب مکاني است که تجهيزات لازم جهت نصب، آماده سازي، سوخت‌گيري، آزمايشهاي قبل از پرتاب و پرتاب راکت در آنجا تعبيه شده و از نظر منطقه‌اي، شرايط لازم همچون امنيت و ايمني در آن ديده شده باشد.

از آنجايي‌که تجهيزات آماده‌سازي و پرتاب موشکها مخصوص به هر موشک يا راکت، طراحي و ساخته مي‌شود، هر موشکي را نمي‌توان از هر پايگاهي پرتاب کرد. از اين رو پايگاه‌هاي پرتاب را با توجه به کلاس موشکهايي که از آنجا پرتاب مي‌شود به سه دسته کلي تقسيم مي‌کنند.

دسته اول پايگاه‌هاي پرتاب نظامي هستند که خود به چند زير شاخه تقسيم مي‌شوند اما از آنجايي‌که خارج از بحث ما هستند به آنها نخواهيم پرداخت. دسته دوم پايگاه هاي پرتاب زير مداري (Suborbital) مي‌باشند که پرتابهاي مربوط به راکتهاي کاوش را پوشش مي‌دهند. دسته سوم پايگاه‌هاي پرتاب فضايي هستند که موضوع اين گزارش مي‌باشند.

البته در بعضي موارد ديده شده است که از يک پايگاه، کلاسهاي متفاوتي از موشکها پرتاب مي‌شوند. در چنين مواقعي اگر حتي يک پرتاب فضايي از اين پايگاه انجام شود، سايت را فضايي رتبه‌بندي مي‌کنند. موشکهاي فضايي به دليل ابعاد بزرگ و تجهيزات حساس معمولاً در خود پايگاه سرهم شده و توسط تجهيزات حمل‌و‌نقل ريلي يا غير ريلي عظيمي به سکوي پرتاب حمل مي‌شوند. انتقال تجهيزات و مراحل گوناگون يک موشک فضايي از کارخانه سازنده به پايگاه پرتاب در بيشتر موارد توسط هواپيما، هلي‌کوپتر و يا قطار انجام مي‌شود. يک پايگاه پرتاب فضايي نيازمند سالنهاي مونتاژ، تجهيزات متنوع نصب، آزمايشگاه‌ها، سيستم حمل‌و‌نقل ويژه، مخازن بزرگ سوخت و اکسيد‌کننده، باند هواپيما و هلي‌کوپتر، مرکز کنترل پرواز، هتل، رستوران، بيمارستان، شبکه ريلي و جاده‌اي مناسب و بسياري الزامات ديگر مي‌باشد که گردآوري آنها مستلزم شناخت مناسب از نيازمندي‌هاي وسيله پرتابي است.

بعضي از پايگاه‌هاي پرتاب سري محسوب شده و ورود به آنها براي همگان آزاد نيست اما برخي ديگر در زمره پايگاه‌هاي پرتاب تجاري و يا علمي تحقيقاتي قرار دارند كه افراد مرتبط بنا به ضرورت مي‌توانند در آنها رفت‌و‌آمد كنند.

انتخاب محل استقرار پايگاه پرتابهاي فضايي به مسائل سياسي، امنيتي، ايمني و نيازمندي‌هاي فني بي‌شماري مربوط مي‌شود. از آغاز عصر فضا تا كنون بيش از 5000 محموله فضايي از پايگاه‌هاي فضايي سراسر دنيا به فضا پرتاب شده‌اند. برخي از اين پايگاه‌ها همچنان فعالند و برخي ديگر از رونق افتاده‌اند.

كيپ كاناورال، وندنبرگ، بايكنور، پلستسك، كورو، تانگاشيما، ژيوگوآن، ژيچانگ، سريهاريكوتا از جمله شلوغ‌ترين و پر رفت ‌و ‌آمدترين. پايگاه‌هاي فضايي دنيا محسوب مي‌شوند و بيشتر محموله‌هاي فضايي دنيا از اين پايگاه‌ها راهي فضا مي‌شوند.

فعاليتهاي فضايي ايالات متحده آمريكا و اتحاد جماهير شوروي سابق بيشترين حجم مأموريتهاي فضايي بشر را به خود اختصاص داده و تقريباً هر دو در يك سطح بوده و قابل مقايسه مي‌باشند. چين، آژانس فضايي اروپا، فرانسه، ژاپن، آلمان، ايتاليا، هندوستان، انگلستان، كانادا، برزيل، بلژيك و اسپانيا در ادامه فعاليتهاي دو ابرقدرت فضايي دنيا، تلاشهايي را در جهت دست‌يابي به فضا و استفاده از آن انجام داده‌اند كه آنها را به چهره‌هايي فعال در بهره‌برداري از فضا تبديل كرده است. امروزه تلاش و سهم اين كشورها در استفاده از فضا روز به روز در حال گسترش مي‌باشد.

... اهميت مكاني پايگاه‌هاي پرتاب

طراحي سيستمي و سازه‌اي فضاپيماها و ماهواره‌ها به شدت به مشخصات موشک حامل آنها بستگي دارد. طراحان محموله‌هاي فضايي با توجه به دفترچه راهنماي موشکهاي حامل محدوديت‌هايي را براي محموله فضايي خود در نظر مي‌گيرند. چنين محدوديت‌هايي معمولاً به سايت پرتاب موشکهاي فضايي نيز مربوط مي‌شود. به گونه‌اي که محدوديت‌هاي اعمال شده توسط يک حامل به خصوص از يک پايگاه پرتاب به پايگاه ديگر متفاوت خواهد بود. به همين دليل آشنايي طراحان محموله‌هاي فضايي با مشخصات پايگاه‌هاي پرتاب بسيار مهم به نظر مي‌رسد.

پرتابگرهاي فضايي زماني که از مدار استوا پرتاب مي‌شوند بهترين راندمان را خواهند داشت. دليل اين امر به استفاده بهينه از سرعت زاويه‌اي زمين باز مي‌گردد. زمين و هرآنچه در آن قرار دارد با سرعت زاويه‌اي 15 درجه بر ساعت به دور محوري که از قطبين زمين مي‌گذرد، مي‌چرخند. اين چرخش که از غرب به شرق است، عامل اصلي پيدايش شب و روز در زمين مي‌باشد.

از فيزيک مکانيک به خاطر داريم که با رابطه V = r مي‌توانيم سرعت زاويه‌اي را به سرعت مماسي تبديل کنيم. در اين رابطه V سرعت مماسي بر حسب متر بر ثانيه، r فاصله تا محور چرخش بر حسب متر و سرعت زاويه‌اي زمين بر حسب راديان بر ثانيه است.

با دور شدن از استواي زمين، سرعت مماسي کاهش مي‌يابد

سرعت مماسي مورد اشاره در زمان پرتاب محموله‌هاي فضايي همچون انرژي ذخيره شده ذاتي عمل کرده و باعث صرفه‌جويي در توان مورد نياز پرتاب مي‌شود. طبق رابطه ذکر شده و با توجه به ثابت بودن سرعت زاويه‌اي زمين در همه جاي اين سياره، با افزايش فاصله از محور چرخش، سرعت مماسي جسم يا به عبارتي انرژي ذاتي آن نسبت به مرجع اينرسي بيشتر مي‌شود. بيشترين فاصله سطح زمين از محور چرخش آن در استواي اين سياره است. با نزديک شدن به دو قطب شمال و جنوب اين فاصله و به طبع آن سرعت مماسي کاهش مي‌يابد.

با توجه به توضيحات داده شده مشخص است که عرض جغرافيايي نقطه پرتاب يکي از مهمترين مشخصات يک سايت پرتاب به شمار مي‌رود. بهترين. سايتهاي پرتاب فضايي جهان در حوالي استواي زمين قرار دارند. از سوي ديگر ناگفته پيداست که براي دو سايت پرتاب با عرض جغرافيايي يکسان، سايتي که ارتفاع بيشتري داشته باشد به دليل افزايش مقدار r، مطلوبتر به شمار مي‌رود.

غير از موضوع سرعت مماسي مسئله ديگري نيز باعث شده تا سايتهاي پرتاب مستقر در نواحي استوايي محبوب‌تر از ديگر پايگاه‌هاي پرتاب فضايي باشند.

عرض جغرافيايي هر پايگاه پرتاب معرف حداقل زاويه ميل مدار محموله‌اي است که از آن پايگاه پرتاب مي‌شود. حداقل زاويه ميل محموله‌هاي فضايي در بهترين حالت برابر با عرض جغرافيايي پايگاهي است که پرتاب از آنجا صورت گرفته است. اين موضوع منوط به اين است که محدوديت ديگري بر پرتاب اعمال نگردد چه در غير اين صورت حداقل زاويه ميل مداري از عرض جغرافيايي پايگاه پرتاب بزرگتر خواهد شد.

براي رسيدن به زاويه ميل مداري برابر با عرض جغرافيايي نقطه پرتاب، بايستي پرتابگر با زاويه آزيموت 90 (دقيقاً به سمت شرق) راهي فضا شود. طبق تعريف، زاويه آزيموت، زاويه بين امتداد صفحه پرتاب و راستاي شمال است که در جهت راستگرد اندازه گيري شود.

براي مثال آزيموت شمال غربي برابر است با 315 درجه

براي رسيدن به زاويه ميل کمتر، بايستي در مدار موتورهاي محموله مورد نظر را روشن کرده و مانور فضايي مناسبي را انجام دهيم. بد نيست بدانيد جهت تغيير يک درجه‌اي زاويه ميل محموله فضايي در مدارهاي کم ارتفاع، بايستي تغيير سرعتي معادل 208 متر بر ثانيه ايجاد شود. روشن است که حتي براي يک محموله سبک چند صد کيلوگرمي، چنين تغيير سرعتي مستلزم مصرف سوخت و اکسيد فراواني است که براي رساندن هر گرم از آنها به فضا هزاران دلار هزينه صرف شده است.

از آن طرف به منظور تزريق محموله فضايي در مداري با زاويه ميل بزرگتر از عرض جغرافيايي پايگاه پرتاب کافي است زاويه آزيموت پرتاب را از 90 درجه تغيير دهيم. تنها عاملي که حداکثر زاويه ميل مداري محموله هاي ارسال شده از يک پايگاه پرتاب را محدود مي‌کند، ملاحظات امنيتي، منطقه‌اي و مسائل مربوط به ايمني شهرونداني است که در مسير پرتاب موشک زندگي يا کار مي‌کنند. چنانچه اين محدوديت‌ها ‌پرتاب در آزيموت 90 درجه را مسدود نمايند، حداقل زاويه ميل مداري در دسترس از پايگاه فضايي مورد نظر باز هم افزايش خواهد يافت.

محدوديت‌هاي آزيموت پرواز، دسترسي به هر زاويه ميلي را در پايگاه‌هاي پرتاب غير ممکن مي‌کند

رابطه بين زاويه ميل مداري، عرض جغرافيايي نقطه پرتاب و آزيموت پرتاب براي دو نيم کره شمالي و جنوبي طبق روابط زير به دست مي‌آيند.

Az North = sin-1 (cos i/cos L)

Az South = 180° - sin-1 (cos i/cos L)

i = زاويه ميل مداري محموله

L = عرض جغرافيايي سکوي پرتاب

Az = آزيموت پرتاب

روابط فوق نيز نشان مي‌دهند که در صورت کمتر شدن زاويه ميل مداري از عرض جغرافيايي سکوي پرتاب، مقدار سينوس آزيموت از يک بيشتر مي‌شود که آگاهيم اين موضوع از نظر رياضي غير ممکن است.

مجموعه آنچه گفته شد ما را به اين سمت راهنمايي مي‌نمايد که مشخصات مهم يک پايگاه پرتاب فضايي را مي‌توان در طول و عرض جغرافيايي، حداقل و حداکثر زاويه ميل مداري در دسترس، ارتفاع از سطح دريا و نوع پرتاب کننده‌هايي که از اين پايگاه مي‌توان راهي فضا نمود، خلاصه کرد.

همانطور که گفته شد حدود 33 پايگاه پرتاب فضايي در سرتاسر دنيا وجود دارد. برخي از اين پايگاه‌ها غير فعال بوده و يا از فعاليت کمي برخوردارند. اما از سوي ديگر برخي از آنها تقريباً تمام بار فعاليتهاي فضايي بشر را بر دوش مي‌کشند. جدول زير، ليست تمامي 33 پايگاه پرتاب فضايي دنيا به همراه مشخصات اصلي آنها مي‌باشد. در مورد پايگاه‌هايي که نام دو کشور در فهرست مشخصات آنها ذکر شده است، کشور اول مکان تأسيس پايگاه فضايي است و کشور دوم مالک يا مستأجر پايگاه است که بهره‌برداري از پايگاه را نيز بر عهده دارد.

* اين پايگاه هاي فضايي غير فعال هستند

براي کسب اطلاعات بيشتر در مورد پايگاه‌هاي پرتاب فضايي، مطالب زير را نيز بخوانيد:

... سايت‌هاي پرتاب فضايي جهان

... Spaceport

. شهرام يزدان‌پناه، پژوهشگر علوم و فناوري فضايي