ماهواره‌بر «سیمرغ» چگونه متولد شد؟ +عکس

به گزارش حلقه وصل، 20 بهمن ماه سال 98 قرار بود تا جدیدترین ماهواره ایرانی با نام ظفر بوسیله ماهواره بر سیمرغ به مدار 500 کیلومتری تزریق شود؛ برنامه ای که البته در فاز نهایی یعنی تزریق ماهواره با موفقیت روبرو نبود.

جمهوری اسلامی ایران قریب به 2 دهه است که برنامه فضایی خود را با جدیت دنبال می کند؛ مسیری که البته در برخی مقاطع به دلیل عملکرد برخی دولتها با فراز و فرودهایی نیز همراه بوده است.

در این میان متخصصان و دانشمندان ایرانی نه تنها از شکست‌های گذشته دلسرد نشدند، بلکه بر تلاش خود در جهت ساختن پلی برای پیروزی در آینده افزوده‌اند.

تا پیش از توسعه «ماهواره‌بر سیمرغ»، تمام بار پرتاب ماهواره‌های ایرانی بر عهده «ماهواره‌بر سفیر-1» بود. در سال 1393 که آخرین مأموریت موفق ماهواره‌بر سفیر-1 صورت گرفت، «ماهواره فجر» مسافر سفیر-1 بود.

با توجه به رده وزنی محموله قابل حمل توسط این ماهواره‌بر که نهایتاً در حدود 50 کیلوگرم به مدار بیضوی 250 در 375 کیلومتر بود، نیاز به ماهواره‌بر قدرتمندتری برای حمل ماهواره های سنگین‌تر رده 80 تا 100 کیلوگرم مانند طلوع، آت‌ست (پیام) و ظفر وجود داشت. این ماهواره‌بر به نام سیمرغ در همان دهه 1380 در مسیر طراحی قرار گرفت و موتور مرحله اول و ماکت مقیاس واقعی (ماک آپ) خود ماهواره‌بر در 14 بهمن 1388 رونمایی شد.

ماهواره‌بر سفیر-1 در نمونه پایه خود، دارای طول 22 متر، قطر 1.25 متر، وزن 26.5 تن، نیروی رانش (تراست) مرحله اول 32 تن-نیرو و مرحله دوم 3.4 تن-نیرو، زمان کارکرد مرحله اول حدود 150 ثانیه، مرحله دوم 315 ثانیه، جرم محموله 27 کیلوگرم، ارتفاع حضیض 250 و ارتفاع اوج 375 کیلومتر و شیب مداری 55 درجه بود.

در نمونه سفیر-1-آ -که «ماهواره امید» را به فضا پرتاب کرد- زمان کار پیشران مرحله اول 149.5 و مرحله دوم 312.5 ثانیه اعلام شد.

ماهواره‌بر سفیر امید که به عنوان نوع پایه ماهواره‌برهای کشور وارد خدمت شد، ماهواره 27 کیلوگرمی امید را با سرعت حدود 8110 متر بر ثانیه در مدار قرار داد. نمونه بعدی از این ماهواره‌بر سفیر-1-بی نام داشت که توان حمل محموله 50 کیلوگرمی را به دست آورده بود و ماهواره های نوید و فجر را در مدار قرار داد.

در ماهواره‌بر دو مرحله‌ای سفیر-2 یا سیمرغ، موتور مرحله اول از کلاستر یا خوشه‌ای سازی چهار موتور مرحله اول سفیر-1 ایجاد شد. به این ترتیب حدود 128 تن نیرو از بخش اصلی موتور و حدود 15 تن نیرو از مجموع چهار محفظه کنترلی حاصل می شود. در مرحله دوم نیز چهار موتور مشابه دو موتور مرحله دوم سفیر-1 مورد استفاده قرار گرفت.

در هر مرحله این موتورها باید با اختلاف زمانی کمتر از یک هزارم ثانیه شروع به کار کنند در غیر اینصورت عدم تعادل نیرویی ایجاد شونده سبب بروز مشکل در عملکرد ماهواره‌بر می شود. این دقت زمانی در موتورهای ماهواره‌بر سیمرغ حاصل شده است.

ماهواره‌بر سیمرغ دارای طول کلی 25.97 متر است که 17.81 متر مربوط به مرحله اول و 8.15 متر نیز متعلق به مرحله دوم آن است. قطر مرحله اول این ماهواره‌بر برابر 2.4 متر و قطر مرحله دوم برابر 1.5 متر است. همچنین در زمان رونمایی، رانش مرحله اول 144 و مرحله دوم نیز 7.2 تن-نیرو اعلام شد.

نگاهی به این اعداد نشان می‌دهد که یک تفاوت مهم سیمرغ و سفیر-1 از نظر ظاهری علاوه بر طول بدنه، تفاوت در قطر مراحل اول و دوم آنها است. قطر مرحله اول سیمرغ 92 درصد و قطر مرحله دوم آن نیز 20 درصد بیشتر از ماهواره‌بر سفیر-1 است.

با وجود وزن تقریباً 3.34 برابری سیمرغ نسبت به سفیر-1 اما طول آن تنها 18 درصد بیشتر از نسل اول ماهواره‌برهای ایرانی است. این امر یعنی پیشگیری از افزایش بیش از حد طول ماهواره‌بر به لطف حرکت متخصصان ایرانی از ماهواره‌بری با قطر 1.25 به قطر 2.4 متر در سیمرغ حاصل شده است. در تصویر زیر تفاوت ابعاد دو ماهواره‌بر سفیر و سیمرغ مشاهده می‌شود.

این ماهواره‎بر در واقع گام نخست ایران برای انتقال ماهواره‎ها به مدار برگشت ناپذیر بیش از 1000 کیلومتری از سطح زمین است که علاوه بر تأمین عمرهای بسیار بالاتر برای آنها، زمان پوشش دهی ماهواره ها بر کشور را نیز به نحو چشمگیری می‎افزاید.

ماهواره‌بر سیمرغ که پیچیدگی های فنی بسیاری نسبت به سفیر-1 داشت پس از یک دوره نسبتاً طولانی سکوت خبری در مورد آماده پرتاب بودن آن، پرتاب آزمایشی موفقی در بهار سال 95 داشت که به دلایل نامعلومی رسانه ای نشد.

چند ماه قبل از آن، رئیس مرکز ملی فضایی در مصاحبه ای به حدود زمانی برنامه ریزی شده برای این پرتاب اشاره کرده بود. اخیراً گفته می شود که هدف از آن پرتاب، صرفاً آزمایش واقعی و عملیاتی پایگاه پرتاب با تمام اجزاء مربوطه در یک پرتاب فضایی بود.

سیمرغ ماهواره‌بری 80 تنی است که طبق اعلام رسمی محموله 250 کیلوگرم را در مدار 500 کیلومتری تزریق می کند. البته در برخی منابع خارجی توان حمل محموله 350 کیلوگرم برای سیمرغ درج شده است. این ماهواره‌بر بزرگ بر خلاف سفیر-1 که به صورت افقی مونتاژ می شود، روی یک برج متحرک خدمات به صورت عمودی مونتاژ شده و از یک سکوی پرتاب پیشرفته و متفاومت با سفیر-1 از نوع ثابت پرتاب می شود.

مدت زمان اجرای عملیات پرواز سیمرغ تا مدار 500 الی 530 کیلومتری 480 تا 495 ثانیه اعلام شده است. موتور سوخت مایع مرحله اول در ارتفاع بین 80 تا 90 کیلومتری و پس از رساندن ماهواره‌بر به سرعت 2300 متر بر ثانیه، از مجموعه جدا می شود. سپس در شرایط خلاء در ارتفاع مذکور، موتور سوخت مایع مرحله دوم شروع به کار کرده و همزمان پوشش ماهواره نیز جدا می شود و پس از رسیدن به سرعت حدود 7400 متر بر ثانیه در ارتفاع بیش از 500 کیلومتری، ماهواره در مدار تزریق می شود.

ماهواره‌بر سیمرغ، امید برنامه فضایی ایران برای تزریق ماهواره های کاربردی در مدار است. ماهواره هایی که به جای طول عمر چند ماه، بتوانند چند سال مورد بهره برداری عملیاتی قرار بگیرند.

ماهواره‌بر سیمرغ یک دستاورد فنی بزرگ برای صنعت فضایی کشور به شمار می رود. این ماهواره‌بر حتی توانمندی کافی برای تزریق همزمان چند ماهواره سبک به مدار را نیز دارد. مطلبی که توسط سخنگوی گروه فضایی وزارت دفاع تصریح شده و اعلام شد که طی یک تا 2 سال آینده، پرتاب همزمان یک ماهواره اصلی و دو ماهواره مکعبی با سیمرغ آزمایش خواهد شد.

طراحی این ماهواره‌بر در بخش‌های سازه و بدنه که قطرهای بیشتری نسبت به ماهواره‌بر سفیر-1 دارند در هر دو مرحله اول و دوم کاملاً جدید بوده و مشابه هیچ یک از موشک های نظامی کشور نیست. در نتیجه کلیه فرایندهای طراحی، شبیه سازی و آزمایش روی تمام اجزای این ماهواره‌بر به انجام رسیده است.

بیش از 10 نهاد دانشگاهی، بیش از 100 پیمانکار، بیش از 400 متخصص و در 15 تیم کاری روی این ماهواره‌بر کار کرده اند. بیش از 50 پروژه اکتساب فناوری و بیش از 10 پروژه زیرسامانه ای برای توسعه سیمرغ به انجام رسیده است.

زیرسامانه های اصلی این ماهواره‌بر شامل موارد زیر است:

سازه و بدنه که شامل مخازن سوخت و اکسید کننده و لوله های انتقال آنها نیز است موتور مرحله اول موتور کنترلی موتور مرحله دوم کابلاژ هدایت و کنترل بلوک های الکترومکانیکی هدایت و کنترل بلوک های الکترونیکی هدایت و کنترل

موتور اصلی سیمرغ دارای 6181 قطعه در 945 نوع و متشکل از 46 جنس (آلیاژهای مختلف انواع فلزات)، موتور کنترلی با 1956 قطعه و 570 نوع قطعه متشکل از 47 جنس، سازه متشکل از 4000 قطعه با 800 تنوع قطعه، کابلاژ هدایت کنترل با 50 مجموعه، بلوک های الکترومکانیکی 15 مورد و 4 بلوک الکترونیکی هدایت و کنترل که هر یک دارای 2000 قطعه با 250 تنوع قطعه است. این اعداد تا حدودی گویای میزان پیچیدگی ماهواره‌بر سیمرغ است. قیمت تمام شده این ماهواره‌بر 3.5 میلیون دلار اعلام شده است.

در تابستان سال 96 اما آزمایش این ماهواره‌بر مقارن با افتتاح رسمی پایگاه فضایی امام خمینی (ره) در سمنان بود. نکته مهم، قرار دادن ماهواره حدوداً 80 کیلوگرمی طلوع-1 در این ماهواره‌بر در پرتاب مرداد 96 بود.

پرتاب بعدی سیمرغ در دی 1397 با مأموریت تزریق ماهواره حدوداً 100 کیلوگرمی پیام (آت‌ست) ساخت دانشگاه امیرکبیر در مدار بود. طبق گفته وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات، ماهواره‌بر در چند ثانیه پایانی عملکرد خود، موفق به رساندن ماهواره به سرعت کافی نشد و ماهواره نیز پس از چند ساعت به دلیل نداشتن سرعت کافی دچار افت ارتفاع شده و در اقیانوس سقوط کرد. با این وجود بیش از 90 درصد عملکرد ماهواره‌بر در این پرتاب با موفقیت همراه بود. در جدیدترین اطلاع رسانی راجع به پرتاب مذکور، مشکل در بردهای الکترونیکی سبب قطع کارکرد سیمرغ اعلام شده است. به گفته برخی منابع سیمرغ در پرتاب ماهواره پیام تا 6200 متر بر ثانیه سرعت گرفته بود.

اما در حدود یک سال بعد و در اواخر دی 1398 اخباری از آمادگی ماهواره ظفر برای پرتاب منتشر شد. با توجه به رده وزنی این ماهواره، انتظار می رفت که پرتاب آن نیز توسط ماهواره‌بر سیمرغ صورت پذیرد که اعلام رسمی مسئولان نیز این گمانه را به واقعیت تبدیل کرد. توئیت وزیر ارتباطات حاکی از آن بود که تغییرات و بهبودهایی در ماهواره‌بر سیمرغ اعمال شده است زیرا وی عملکرد موفق این ماهواره‌بر را نشانه گام فنی مهمی برای سیمرغ بیان کرد. ماهواره ظفر جدید نسبت به نمونه اولیه رونمایی شده در سال 1389، تفاوت های چشمگیری داشته و جرم آن نیز به 113 کیلوگرم افزایش یافته بود که در گزارش مستقلی به آن پرداخته شد.

طبق طراحی مأموریت، ماهواره ظفر با قرارگیری در مدار حدود 530 کیلومتری دایروی، در تمام مدت حرکت خود، فاصله یکسانی را با زمین حفظ می نمود بر خلاف ماهواره های قبلی که در مدار بیضوی بوده و بین ارتفاعات حدود 250 تا 375 کیلومتر در حال حرکت بودند. در پرتاب ماهواره ظفر، قرار بود اصلاحات و بهبودهای انجام شده روی بخشهایی از پایگاه پرتاب امام خمینی(ره) نیز تحت آزمایش قرار گیرد. پرتاب جدید سیمرغ با توجه به تجربیات دو پرتاب قبلی، از اهمیت بالاتری برخوردار بود. طبق برنامه برای رسیدن به ارتفاع 540 کیلومتری، مراحل اول و دوم سیمرغ باید جمعاً 490 ثانیه به طور موفق عمل می کردند.

پرتاب ظفر با سیمرغ در ساعات ابتدایی شب در 20 بهمن 1398 صورت گرفت و به گفته مسئولین امر، 30 تیم مختلف در پایگاه پرتاب امام خمینی(ره) برای آماده سازی ماهواره، ماهواره‌بر و تجهیزات پرتاب فعالیت کردند.

در مأموریت پرتاب ماهواره ظفر توسط ماهواره‌بر سیمرغ همه فرآیندهای پرتاب فضایی از قبیل مونتاژ مراحل ماهواره‌بر و ماهواره، آزمایش‌های پیش پرتاب، تزریق سوخت و پیش فشار گذاری به طور کامل و موفق به انجام رسید.

فرآیند پرتاب و روشن شدن موتورهای مرحله 1 ماهواره‌بر، رسیدن به ارتفاع مرز جو رقیق، جدایش مراحل و شروع به کار موتور مرحله 2 به درستی انجام شد ولی در حدود 12 ثانیه به انتهای مسیر، ماهواره‌بر به علت اشکالی در موتور خود، به سرعتِ مورد نیاز جهت تزریق ماهواره در مدار مورد نظر نرسید.

در پرتاب فوق، با وجود عدم موفقیت کامل در تزریق ماهواره ظفر، دستاوردهای مختلفی حاصل شد که شامل رسیدن به ارتفاع بیش از 500 کیلومتری، رسیدن به سرعت 6533 متر بر ثانیه، ارسال کامل اطلاعات از ماهواره‌بر و ماهواره از جمله آنها بود. ماهواره ظفر نیز از لحظه بلند شدن تا نزدیک به 7 دقیقه پس از جدا شدن از سیمرغ داده های خود را به ایستگاه های زمینی ارسال کرد.

پرتاب ظفر، سومین پرتاب تحقیقاتی ماهواره بر سیمرغ محسوب می شد. در پرتاب اول در تابستان 96 این ماهواره بر تنها 120 ثانیه عمل کرد. در پرتاب دوم در دی 97 سیمرغ به مدت 450 ثانیه از مأموریت خود را به درستی انجام داده و در 40 ثانیه پایانی دچار مشکل شد. اما در پرتاب ظفر ماهواره بر سیمرغ به مدت 475 ثانیه که شامل 102 ثانیه عملکرد مرحله اول و بقیه عملکرد مرحله دوم بود، به طور صحیح عمل نمود و در 15 ثانیه پایانی مشکل در موتور مرحله دوم سبب ناموفق شدن عملیات تزریق ماهواره شد. صرفاً با احتساب این زمان ها نسبت به مدت 490 ثانیه طول زمان لازم عملکرد، سیمرغ در پرتاب اول 25%، در پرتاب دوم 92 درصد و در پرتاب سوم 97 درصد عملکرد صحیح داشت.

به گفته مسئولین، با داده‌های ارسالی از سیمرغ، علت ایجاد اشکال مشخص شده است. باید پذیرفت که در عرصه فضایی و بدون همکاری بین المللی، برخی داده های مورد نیاز برای طراحی صحیح تنها از طریق آزمایش بدست می آید که برخی از این آزمایش ها نیز تنها در محیط عملیاتی واقعی قابل اجرا هستند ویا در سطح زمین نیاز به هزینه های بسیار هنگفتی برای ایجاد بستر آزمایش دارند. به عنوان مثال آزمایش کارکرد زیرسامانه ها خصوصاً موتورها در خلأ کامل در ارتفاعات 500 کیلومتری روی زمین هزینه ای معادل چند ده برابر پرتاب ماهواره‌بر دارد.

قرار است نسخه دوم این ماهواره در سه ماهه اول سال 1399 مجدداً با ماهواره‌بر سیمرغ پرتاب شود. این ماهواره که از دوربین های پیشرفته تر با قدرت تفکیک بسیار بهتری نسبت به ماهواره های پرتاب شده قبلی و حتی نسل اول خود بهره مند است می‌تواند اولین خروجی های کاربردی را در صنعت فضایی کشور تولید کند.

تصاویر دریافتی از ظفر، برای به روز رسانی نقشه های کاربردی اراضی در مقیاس بزرگ، پایش توسعه شهری، به روز رسانی مرز پهنه های کشاورزی در مقیاس بزرگ، پایش تغییرات در عرصه های طبیعی و جنگلی، به روز رسانی نقشه های پهنه بندی و پایش دریاچه های دائمی و فصلی در سطح کشور استفاده خواهد شد.

همچنین آثار تخریب بلایای طبیعی و تهیه نقشه های ساختاری شناسایی گسل ها و چین های موجود در کشور نیز با تصاویر دریافتی از این ماهواره ممکن خواهد شد. ظفر دو مأموریت جانبی نیز بر عهده دارد که شامل ایجاد ارتباط مخابراتی یک سویه بین کاربران و نیز اندازه گیری دقیق تشعشعات فضایی روی قطعات الکترونیکی است.

* نیاز به شتاب بیشتر در برنامه فضایی کشور

یک نکته بسیار مهم که لزوم افزایش شتاب حرکت در برنامه فضایی کشور را روشن می سازد این است که تمام ماهواره‌های کاربردی کشور مانند ایران باس-150 که ماهواره ای با توان ارائه تصاویر با تفکیک 1.5 متر است منتظر آماده شدن نمونه های بعدی سیمرغ هستند نه حتی خود سیمرغ. این در حالی است که ماهواره‌بر سیمرغ تا کنون چهار پرتاب را تجربه کرده است که برای رسیدن به ضریب اطمینان معمول ماهواره‌برهای کاربردی، کافی نیست.

نکته دیگر ناشی از تأخیر در پرتاب ماهواره های مختلف مطرح در سند برنامه فضایی کشور این است که با فرض اینکه بازخوردهای پرتاب چهار ماهواره امید، رصد، نوید و فجر به خوبی در صنعت فضایی کشور و در بین دست اندرکاران طراحی و ساخت ماهواره یعنی صاایران، پژوهشگاه فضایی و دانشگاه های مختلف به گردش درآمده باشد، تمامی ماهواره های طراحی شده تنها بر اساس تجارب همین چهار ماهواره طراحی شده اند.

این در حالی است که در صورت پرتاب به موقع و موفق ماهواره های دیگر مانند طلوع، پیام، دوستی، ناهید و ظفر و ... ماهواره هایی که هم اکنون در مراحل طراحی هستند بر اساس تجربه حدود 10 ماهواره با عمر عملیاتی مختلف چند ماه و شاید چند سال، طراحی و در واقع بر اساس تجربیات بیشتری ساخته می شدند. در این صورت به احتمال بسیار زیاد می شد گفت که در عملکرد خود در محیط فضا نیز بدون نقص عمل خواهند کرد.

با توجه به اینکه مالک تمام فناوری ماهواره های کشور که در وزارت دفاع، وزارت علوم و وزارت ارتباطات طراحی و ساخته شده اند، دولت است انتظار می رود که ضمن حفظ حق تقدم انتشار مقالات و ثبت اختراعات، گردش اطلاعات کاملی بین این بخش ها صورت گیرد تا در فرایند تولید هر ماهواره مطرح شونده در برنامه فضایی ایران، از تمام تجارب به دست آمده قبلی استفاده شده و محصول با بهترین کارایی و قابلیت اطمینان ممکن به دست آید.

امروز برنامه فضایی کشور به شدت از نقشه راه خود عقب افتاده است که در پرتو برخورد سیاسی با آن است. در واقع اشتباه راهبردی بزرگ همین بوده که گاهی به امید لبخند آن طرف آب، برنامه فضایی دچار رکود شدید شده و حتی ماهواره و ماهواره‌بر از روی سکوی پرتاب پائین کشیده شده که بعد هم با اعلام این امر توسط رسانه‌های آمریکایی، عزت و استقلال مسئولین و در واقع کشور زیر سوال رفته و گاهی در پاسخ به یاوه گویی های آمریکا، یک مرحله مهم از برنامه فضایی کشور یعنی آزمایش ماهواره‌بر سیمرغ و بهره برداری رسمی از پایگاه پرتاب امام خمینی(ره) به انجام رسیده است. این یعنی برنامه فضایی را ابزاری برای مواجهه سیاسی قرار دادن که طبعاً بخشی از پاسخ دشمن نیز متوجه همین برنامه خواهد شد در حالی که باید این برنامه از ابتدا بدون توجه به فشارهای خارجی به راه خود چه در عرصه ماهواره ها و چه در زمینه کاوشگرها ادامه می داد تا طرف مقابل خود را مجبور به پذیرش آنچه که هست، کند.

یادمان نرود که این صنعت بنا به تجربه 60 ساله در دنیا، دارای برگشت سرمایه 300 تا 400 درصدی است. گردش مالی این صنعت در سالهای اخیر در دنیا بالغ بر 400 میلیارد دلار اعلام شده است.

در همین وضعیت فعلی نیز، خریدهای مورد نیاز دستگاههای مختلف، با ارقام قابل توجه دلاری، از منابع خارجی صورت می گیرد و در عین حال، بابت خدمات پخش تصاویر صدا و سیما، نیز هزینه های متنابهی بر دوش کشور خواهد بود، از این رو کافیست دولت در وهله اول علاوه بر بودجه تخصیصی سالانه، هر میزان صرفه جویی را ناشی از خروجی کاربردی صنعت فضایی در هر مرحله که محقق شد، در بودجه سال بعد به این صنعت تخصیص دهد و قطعاً خدمات تصویری و ارتباطاتی که در آینده (با ترسیم روند صحیح) به دست می آید در کشورهای دوست و نیازمند این خدمات، طرفداران بسیاری خواهد داشت که درآمد قابل توجهی را به ارمغان می آورد.