در شش دهه نخست پروازهای مداری، هر موشکی که سکوی پرتاب را ترک میکرد، از نظر اقتصادی دستگاهی یکبارمصرف بود. مرحلههای نخست ــ بزرگترین و گرانترین بخش هر وسیله پرتاب ــ تنها چند دقیقه استفاده میشدند و سپس رها میشدند تا یا در جو بسوزند یا در اقیانوس غرق شوند. هر مأموریت یک بوستر کامل را مصرف میکرد و در هر پرواز میلیونها دلار به هدر میرفت.
سپس در ۲۱ دسامبر ۲۰۱۵، مرحله نخست یک فالکون ۹ با غرش از میان آسمان شب کیپ کاناورال بازگشت و سالم روی یک سکوی بتنی فرود آمد. همین رویداد ــ نخستین بازیابی موفق یک بوستر در کلاس مداری ــ ساختار صنعت جهانی پرتاب را از نو تنظیم کرد. ظرف یک دهه، موشکهای قابلاستفادهمجدد هزینههای پرتاب را حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد کاهش دادند، سهم اسپیسایکس از بازار جهانی پرتابهای تجاری را به حدود ۶۰ درصد رساندند و مدلهای کسبوکار کاملاً جدیدی را ممکن ساختند که شاخصترین آنها منظومه اینترنت ماهوارهای استارلینک است.
صنعتی مبتنی بر ماشینهای دورریختنی
پیش از فالکون ۹، موشکهایی مانند ساترن ۵ و اطلس ۵ از ابتدا برای یکبارمصرف بودن طراحی شده بودند. هر پرتاب به بوستری کاملاً جدید، موتورهای تازه و عملیات پیچیده مونتاژ زمینی نیاز داشت. ساخت یک موشک دهها میلیون دلار هزینه داشت و بوستر ــ گرانترین جزء آن ــ دقیقاً یک بار پرواز میکرد.
ابعاد این اتلاف با بررسی ساختار هزینه خود فالکون ۹ روشنتر میشود: هنگام نخستین فرود در سال ۲۰۱۵، برآورد میشد مرحله نخست حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد از کل هزینه پرتاب را تشکیل دهد. استدلال اسپیسایکس این بود که بازیابی و پرواز دوباره این سختافزار میتواند هزینه نهایی هر پرتاب را به نسبت مشابهی کاهش دهد. هدف بلندپروازانه این شرکت، رساندن موشکها به سطح قابلاستفادهمجدد بودن هواپیماها و کاهش شدید هزینه انتقال هر کیلوگرم محموله به مدار بود.
۲۱ دسامبر ۲۰۱۵؛ فرودی که همهچیز را تغییر داد
این موفقیت بهآسانی به دست نیامد. دو تلاش پیشین برای بازیابی در سال ۲۰۱۵ ــ یکی در ژانویه و دیگری در آوریل، هر دو روی کشتیهای پهپادی خودران در دریا ــ به محل مورد نظر رسیدند اما هنگام تماس با سطح سقوط کردند. سومین تلاش در مأموریت ORBCOMM-2 انجام شد که ۱۱ ماهواره را به مدار پایین زمین حمل میکرد. اسپیسایکس برای نخستین بار بازیابی روی خشکی را در سکوی اختصاصی منطقه فرود ۱ در کیپ کاناورال امتحان کرد و بوستر با موفقیت فرود آمد.
نقطه اثبات بعدی در ۳۰ مارس ۲۰۱۷ رقم خورد؛ زمانی که مأموریت تجاری SES-10 با یک بوستر بازیابیشده پرواز کرد ــ همان مرحلهای که مأموریت CRS-8 را در آوریل ۲۰۱۶ انجام داده بود. این پرواز مجدد نشان داد بوسترهای بازیابیشده واقعاً میتوانند دوباره پرواز کنند و یک نمایش مهندسی تماشایی را به مدلی اقتصادی و تکرارپذیر تبدیل کردند.
از آن پس، آهنگ عملیات بیوقفه افزایش یافت. تا اکتبر ۲۰۲۳، اسپیسایکس از مجموع ۳۳۰ تلاش، ۳۰۵ فرود موفق ثبت کرده بود ــ نرخ موفقیت ۹۲ درصدی ــ و تا سال ۲۰۲۴ شمار فرودهای موفقش از ۳۰۰ مورد گذشت. در سالهای ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵، هر بوستر بهطور معمول ۱۵ تا بیش از ۲۵ مأموریت انجام میداد و برخی از آنها تنها ظرف ۲۱ روز برای پرواز مجدد آماده میشدند.
کالبدشناسی فرود یک بوستر
آنچه شبیه نمایشی علمیتخیلی به نظر میرسد، توالی دقیقی از روشنشدن موتورها، هدایت آیرودینامیکی و عملکرد نرمافزارهای خودران است. بازگشت بوستر فالکون ۹ در چند مرحله مشخص انجام میشود:
جدایش مراحل
مرحله نخست پس از حدود ۲٫۵ دقیقه شتابگیری ــ با رسیدن به ارتفاع تقریبی ۸۰ کیلومتر و سرعت ۶ ماخ ــ موتورهایش را خاموش کرده و جدا میشود. مرحله دوم حمل محموله به مدار را ادامه میدهد، درحالیکه بوستر پرواز بازگشت خود را آغاز میکند.
مانور پیشرانشی بازگشت
اگر مشخصات مأموریت امکان بازگشت به محل پرتاب را فراهم کند، بوستر با استفاده از پیشرانههای گاز سرد میچرخد و تعدادی از ۹ موتور مرلین خود را دوباره روشن میکند ــ موتور مرکزی حدود ۳۰ ثانیه کار میکند ــ تا مسیرش را معکوس کرده و بهسوی سکوی فرود بازگردد. برای فرود روی کشتی پهپادی در فاصلهای دورتر از ساحل، این مانور حذف یا تعدیل میشود.
مانور ورود مجدد و بالکهای شبکهای
روشنشدن کوتاهمدت موتورها هنگام ورود دوباره بوستر به جو، سرعت آن را کاهش میدهد. همزمان، بالکهای شبکهای (Grid Fins) که از بالای بوستر باز میشوند، مانند بالهای کوچکی عمل کرده و با تنظیم زاویه، کنترل آیرودینامیکی دقیقی را برای هدایت بوستر بهسوی نقطه فرود فراهم میکنند.
مانور فرود
در فاصله کوتاهی پیش از تماس با سطح، تنها موتور مرکزی برای آخرین بار روشن میشود تا سرعت بوستر به نزدیک صفر برسد. پایههای فرود از پایین بوستر باز میشوند و وسیله با آرامش روی سکوی بتنی یا عرشه کشتی پهپادی مینشیند. کل فرآیند از جدایش تا فرود، کاملاً خودران و بدون دخالت انسانی انجام میشود.
فروپاشی هزینههای پرتاب
قابلیت استفاده مجدد بوسترهای فالکون ۹، معادله اقتصادی پرتابهای مداری را بهطرز بنیادینی دگرگون کرد. پیش از این نوآوری، هزینه پرتاب یک ماهواره به مدار پایین زمین معمولاً در محدوده ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون دلار بود. با بازگرداندن و پرواز دوباره بوسترها، اسپیسایکس توانست این هزینه را بهطور چشمگیری کاهش دهد و به مدلی بر اساس پرتابهای حجمی و تکرارشونده دست یابد.
کاهش هزینهها تنها به خود پرتاب محدود نماند. وقتی هر بوستر میتواند دهها بار پرواز کند، سرمایهگذاری اولیه روی ساخت آن در طول چندین مأموریت بازپرداخت میشود. این رویکرد، مقیاسپذیری بیسابقهای را ممکن ساخت و زمینه را برای پروژههایی فراهم کرد که پیشتر غیراقتصادی به نظر میرسیدند.
استارلینک؛ فرزند اقتصاد استفاده مجدد
مهمترین دستاورد تجاری ناشی از قابلیت استفاده مجدد فالکون ۹، منظومه استارلینک است. این پروژه که هزاران ماهواره کوچک را در مدار پایین زمین مستقر کرده، نیازمند پرتابهای مکرر و پرحجم بود ــ چیزی که در مدل موشک یکبارمصرف کاملاً غیرممکن مینمود. استارلینک اکنون به یکی از بزرگترین منظومههای ماهوارهای جهان تبدیل شده و خدمات اینترنت پرسرعت را به مناطق دورافتاده ارائه میدهد.
آینده استفاده مجدد در صنعت فضایی
موفقیت فالکون ۹ تنها آغاز داستان است. اسپیسایکس اکنون در حال توسعه استارشیپ است؛ موشکی کاملاً قابلاستفادهمجدد که قرار است هر دو مرحله آن بازگردانی و دوباره پرواز کنند. رقیبان سنتی مانند بلو اوریجین و یونایتد لانچ الاینس نیز برنامههای استفاده مجدد خود را پیش میبرند، اما هنوز فاصله قابلتوجهی با دادههای عملیاتی اسپیسایکس دارند.
پرسش اصلی اکنون این نیست که آیا استفاده مجدد در صنعت فضایی تثبیت میشود یا نه، بلکه اینکه چه کسی آن را به سطوح بالاتری میرساند و آیا استارشیپ میتواند همان تحولی را که فالکون ۹ برای پرتابهای مداری رقم زد، برای سفرهای بینسیارهای بازتولید کند.
