بهینه سازی مصرف سوخت و افزایش محموله در ماموریت بدون سرنشین استارشیپ به مریخ با استفاده از تکنیک آیروکپچر

در این پژوهش به کارگیری تکنیک آیروکپچر برای بهینه سازی مصرف سوخت و افزایش محموله در ماموریت بدون سرنشین فضاپیمای استارشیپ به سیاره ی مریخ مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به محدودیت های جرمی در ماموریت های بین سیاره ای و هزینه ی بالای حمل بار به مریخ استفاده از جو سیاره به عنوان یک ترمز آیرودینامیکی راهکاری کارآمد برای کاهش وابستگی به سوخت پیشرانشی محسوب می شود. رویکرد اصلی این پژوهش، بهینه سازی هم زمان دو پارامتر حیاتی یعنی کاهش مصرف سوخت و افزایش جرم محموله ی قابل حمل به مدار مریخ است که با استفاده از مسیر انتقال هوهمن به عنوان اقتصادی ترین مسیر ممکن از نظر مصرف سوخت برای انتقال از مدار پارکینگ ۲۰۰ کیلومتری زمین تحقق یافته است. در این تحقیق پارامترهای کلیدی مداری از جمله سرعت اضافی هذلولوی، سرعت ورود به جو و دلتا وی مورد نیاز برای تزریق مداری محاسبه شده اند. سپس با استفاده از معادله ی موشکی تسیولکوفسکی و تکله ی ویژه ی موتورهای رپتور وکیوم ۳۸۰ ثانیه جرم سوخت مصرف شده در دو حالت ورود - کاملا پیشرانشی و آیروکپچر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که روش آیروکپچر موجب کاهش حدود ۹۰ درصدی در مصرف سوخت مرحله ی تزریق مداری می شود که معادل صرفه جویی وزنی ۲۴۸ تن است. این صرفه جویی، افزایش ۶۲ درصدی جرم تحویل داده شده به مدار مریخ را امکان پذیر می سازد. ارزش اقتصادی این محموله ی اضافی با در نظر گرفتن هزینه حمل هر کیلوگرم به مریخ ۱۰۰,۰۰۰ دلار حدود ۲۴.۸ میلیارد دلار برآورد شده است که نشان دهنده ی کاهش ۷۱ درصدی هزینه ی هر کیلوگرم محموله نسبت به روش پیشرانشی کامل می باشد. لازم به ذکر است که این راهکار به دلیل زمان سفر طولانی نزدیک (۹ ماه) برای ماموریت های سرنشین دار که نیازمند کاهش زمان مواجهه با تشعشعات کیهانی و بی وزنی هستند مناسب نمی باشد و صرفا برای ماموریت های بدون سرنشین با محموله های سنگین علمی توجیه پذیر است. از سوی دیگر با توجه به برنامه های اسپیس ایکس برای انجام تعداد زیادی پرواز به مریخ در آینده این صرفه جویی ۲۴۸ تنی در هر پرواز در مقیاس چندین ده ها پرواز به صرفه جویی وزنی هزاران تنی و ارزش اقتصادی صدها میلیارد دلاری منجر خواهد شد که تاثیر چشمگیری در کاهش هزینه های کلی برنامه های اکتشافی دارد. این یافته ها تاکید می کنند که آیروکپچر نه تنها یک راهکار فنی موثر، بلکه یک ابزار اقتصادی قدرتمند برای ماموریت های آینده به مریخ محسوب می شود.

کلیدواژه ها:

آیرو کپچر ، ماموریت بدون سرنشین ، مریخ ، استارشیپ ، بهینه سازی سوخت ، مدار انتقال هوهمن