هيرميس (مركبة فضائية)

هيرميس

انطباع الفنان عن هيرميس
مصمم	المركز الوطني للدراسات الفضائية
بلد المنشأ	فرنسا
تحديد
نوع المركبة الفضائية	طائرة فضائية
إطلاق الكتلة	21000 كجم (46000 رطل)
سعة الحمولة	3000 كجم (6600 رطل)
سعة الطاقم	ثلاثة
تصميم الحياة	30 إلى 90 يومًا
إنتاج
حالة	تم الإلغاء
ارتفع →

كانت هيرميس طائرة فضائية مقترحة صممها المركز الوطني الفرنسي للدراسات الفضائية (CNES) في عام 1975، ثم صممتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) لاحقًا. كانت تشبه ظاهريًا طائرة بوينج إكس-20 دينا-سور الأمريكية ومكوك الفضاء الأكبر .

في يناير 1985، اقترحت CNES المضي قدمًا في تطوير هيرميس تحت رعاية وكالة الفضاء الأوروبية. ^{[1] [2]} كان من المقرر أن يكون هيرميس مفتاحًا لبرنامج رحلات الفضاء المأهولة التي يتم إطلاقها بواسطة مركبة الإطلاق أريان 5. في نوفمبر 1987، تمت الموافقة على المشروع للتطوير المسبق من عام 1988 إلى عام 1990، وبعد ذلك كان مطلوبًا الحصول على إذن للتطوير الكامل. ومع ذلك، واجه المشروع العديد من التأخيرات ومشاكل التمويل.

في عام 1992، تم إلغاء مشروع هيرميس بسبب التكلفة العالية والأداء غير القابل للتحقيق، بالإضافة إلى الشراكة مع وكالة الطيران والفضاء الروسية (RKA) التي قللت من الحاجة إلى طائرة فضائية مستقلة. ونتيجة لذلك، لم يتم بناء أي مكوك هيرميس على الإطلاق. خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تم اقتراح إحياء مركبة هيرميس كنظام إطلاق طائرات فضائية يتم إطلاقه من الجو وقابل لإعادة الاستخدام جزئيًا ، والمعروف باسم SOAR .

خلال الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، كان هناك اعتراف متزايد من جانب الدول الأوروبية بضرورة المزيد من التعاون الدولي للمشاريع الفضائية الكبيرة. ^[3] في عام 1973، بدأت منظمة أبحاث الفضاء الأوروبية (ESRO) - وهي مقدمة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) - في تطوير نظام إطلاق قابل للتصرف ثقيل سُمي لاحقًا باسم أريان . أرادت وكالة الفضاء الفرنسية المركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) مزيدًا من الاستقلالية لتجنب الاعتماد المفرط على وكالة ناسا ، وتصورت مركبة فضائية أوروبية الصنع قادرة على العمل البشري تعمل بالاشتراك مع أصول وكالة الفضاء الأوروبية الأخرى مثل أريان. ^[3]

في عام 1976، بدأت CNES دراسات حول نسخة مأهولة من Ariane. ^[4] تضمن مفهومان مختلفان كبسولة وطائرة شراعية. في عام 1983، اختارت CNES التركيز على طائرة فضائية من شأنها أن توفر قدرًا أكبر من الراحة والرفاهية والفعالية من حيث التكلفة. ^[4] ستعمل الطائرة الفضائية على تبسيط عملية الاسترداد من خلال امتلاك القدرة على المناورة عبر المدى اللازم للوصول إلى نقطة معينة على الأرض في غضون يوم واحد، مع توفير بيئة إعادة دخول أقل تحديًا للطاقم والحمولة. ستعمل إعادة الاستخدام أيضًا على تقليل تكلفة المهام المتعاقبة. ^[4] تضمنت التقنيات الحاسمة التي تم تحديدها الحماية الحرارية والضوابط البيئية وأنظمة دعم الحياة والديناميكا الهوائية والطاقة. ^[5]

خلال منتصف الثمانينيات، بالإضافة إلى محطة كولومبوس الفضائية المأهولة ( محطة فضاء أوروبية مستقلة ) ومركبة الإطلاق الثقيلة أريان 5 ، ^[6] دافعت CNES عن تطوير وإنتاج مكوك الفضاء كمبادرة أوروبية تشبه برامج المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام لبرنامج بوران التابع للاتحاد السوفييتي ومكوك الفضاء الأمريكي . ^[3]

في 18 أكتوبر 1985، عينت CNES شركة الفضاء الفرنسية Aérospatiale كمتعاقد أساسي لهيرميس، وهو الاسم الذي أُطلق على المركبة الفضائية. تم منح شركة تصنيع الطائرات الفرنسية Dassault-Breguet مسؤولية الجوانب الديناميكية الهوائية والحرارية الجوية للتصميم. ^{[3] كانت} شركة Arianespace مسؤولة عن منصة الإطلاق Ariane 5 ومرشحة قوية لإدارة تشغيل البنية التحتية لهيرميس . ^[3]

في 25 أكتوبر 1985، تم تقديم اقتراح هيرميس إلى الدول الشريكة في وكالة الفضاء الأوروبية. ^[3] تم تحديد موعد نهائي في مارس 1987 لـ "أوروبة" البرنامج، والذي بموجبه تم تخصيص أجزاء من العمل لهيرميس. ^[7] تم إسناد حصة العمل بنسبة 15٪ إلى ألمانيا الغربية ، و13٪ إلى إيطاليا ، و7٪ إلى بلجيكا ، و5٪ إلى هولندا ، و 4٪ لكل من المملكة المتحدة وإسبانيا والسويد ، و2٪ أو أقل إلى سويسرا والنمسا والدنمرك وأيرلندا . تم طرح المشاركة المحتملة من النرويج وكندا . [ ^{3] احتفظت فرنسا} بحصة 50 في المائة من العمل، على الرغم من أن CNES كانت منفتحة على إعادة توزيع العمل بشكل أكبر اعتمادًا على زيادة الشركاء الفرديين لحصتهم في البرنامج. في وقت مبكر، كان هناك تفاؤل بأن تأمين التمويل من أعضاء وكالة الفضاء الأوروبية للمضي قدمًا لن يكون صعبًا. ^[3]

في نوفمبر 1987، أصدرت وكالة الفضاء الأوروبية موافقتها. وكما كان متصورًا، بحلول عام 1995، سيمكن هيرميس وكالة الفضاء الأوروبية من خدمة مركبة كولومبوس المأهولة بالبشر (MTFF) المخطط لها ^[8] (تمت إعادة هيكلة MTFF وتصنيعها في النهاية كوحدة كولومبوس لمحطة الفضاء الدولية ). ^[3] كان من المقرر أن يتم تطوير هيرميس على مرحلتين: ^[3]

كان من المقرر أن تنتهي المرحلة الأولى في عام 1990. دعت خططها إلى القدرة على رفع 6 رواد فضاء و 4550 كجم (10030 رطلاً) من البضائع، ولكن بعد كارثة تشالنجر ، تمت إضافة سعة قذف لإعطاء رواد الفضاء فرصة صغيرة على الأقل للبقاء على قيد الحياة في حالة وقوع كارثة. وفقًا لذلك، تم تقليص المقاعد الستة إلى ثلاثة مقاعد قذف عادية ، والتي تم اختيارها بدلاً من كبسولة طاقم قابلة للقذف والتي كانت ستوفر خيار الهروب على ارتفاعات تزيد عن 28 كم (17 ميلاً). تم تقليل سعة الشحن إلى 3000 كجم (6600 رطل). لن تتمكن هيرميس من وضع الأشياء في المدار لأنه لا يمكن فتح حجرة الشحن الخاصة بها، تم التخلي عن هذا الخيار بسبب مخاوف تتعلق بالوزن.

على الرغم من أن هيرميس كان يُنظر إليها في الأصل على أنها قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل (حتى 30 إعادة دخول قبل الخدمة الرئيسية)، إلا أن السعة المحدودة لقاذفة أريان 5 أجبرتها على ترك وحدة الموارد في المدار. سيتم ربط وحدة موارد جديدة بهيرميس وسيتم إطلاق الهيكل بأكمله مرة أخرى.

لم تكتمل المرحلة الأولى إلا في نهاية عام 1991، وبحلول ذلك الوقت كان المناخ السياسي قد تغير بشكل كبير. فقد تم رفع الستار الحديدي وانتهى الحرب الباردة . ونتيجة لهذا، بدأت وكالة الفضاء الأوروبية فترة "تفكير" لمدة عام لتحديد ما إذا كان من المنطقي أن تبني أوروبا مكوكها الفضائي ومحطة الفضاء الخاصة بها أو ما إذا كان من الممكن العثور على شركاء جدد لتقاسم التكلفة والتطوير. رسميًا، اكتملت المرحلة الأولى في نهاية عام 1992.

لم تبدأ المرحلة الثانية أبدًا، بعد أن وافقت وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الطيران والفضاء الروسية على التعاون بشأن قاذفات المستقبل ومحطة فضائية بديلة لمير . منعت المخاوف الاقتصادية وكالة الطيران والفضاء الروسية من المشاركة في برنامج إطلاق مستقبلي، ولكن في هذه المرحلة تم إعادة توجيه احتياجات نقل طاقم وكالة الفضاء الأوروبية نحو نظام الكبسولة (على عكس نظام الطائرات الشراعية في هيرميس ) الذي دعت إليه التصميمات الروسية / الأوروبية المشتركة.

عندما انضمت كل من روسيا ووكالة الفضاء الأوروبية إلى وكالة ناسا لبناء محطة الفضاء الدولية ، تم القضاء على الحاجة إلى نظام نقل طاقم أوروبي لأن الاحتياجات الروسية والأمريكية تم تلبيتها بالفعل. وبناءً على ذلك، تخلت وكالة الفضاء الأوروبية عن مشروع هيرميس .

كان المقصود من هيرميس أن يكون نظام إطلاق قابل لإعادة الاستخدام لنقل رواد الفضاء وحمولات البضائع متوسطة الحجم إلى مدار أرضي منخفض (LEO) والعودة. ^[3] يشبه هيرميس مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام الأخرى مثل مكوك الفضاء . ومع ذلك، على عكس مكوك الفضاء، لم يكن بإمكان هيرميس حمل حمولات ثقيلة حيث كان من المقرر أن يؤدي هذا الدور بواسطة أريان 5 غير المأهولة . ^[9] كان من المتصور أن هيرميس تنقل ثلاثة رواد فضاء كحد أقصى ^[10] إلى جانب حمولة مضغوطة تزن 3000 كجم (6600 رطل). سيصل وزن الإطلاق إلى 21000 كجم (46000 رطل)، وهو الحد الأقصى العملي لقاذفة أريان 5 الممتدة.

كان من المقرر إطلاق هيرميس كمرحلة عليا من صاروخ أريان 5. قبل إعادة التصميم عام 1986، كانت هيرميس عبارة عن طائرة فضائية واحدة تحتوي (من الأمام إلى الخلف) على مقصورة طاقم لستة أفراد، وغرفة هواء، وحجرة شحن غير مضغوطة تشبه تلك الموجودة في بوران ومكوك الفضاء، ووحدة خدمة. ^[11] بعد حادث تشالنجر عام 1986 ، أعيد تصميمها بشكل كبير. ^[12] تقلصت مقصورة الطاقم لحمل ثلاثة رواد فضاء، مع وجود حجرة شحن مضغوطة وغير قادرة على حمل أو استرداد الأقمار الصناعية. تتكون هيرميس الآن من قسمين منفصلين: المركبة نفسها ووحدة موارد مخروطية الشكل بها آلية إرساء متصلة بالجزء الخلفي من المركبة، والتي تم فصلها والتخلص منها قبل إعادة الدخول . فقط المركبة المأهولة هي التي ستعيد دخول الغلاف الجوي للأرض وإعادة استخدامها. سيتم إنفاق وحدة الموارد والقاذف. ^[9] عند إطلاق هيرميس، كان من المقرر استبدال المرحلة العلوية من صاروخ أريان 5 بالطائرة الفضائية ومحول لربط المركبة بالمرحلة المبردة الرئيسية . كما كان من المقرر إزالة حجرة المعدات الخاصة بقاذفة الصواريخ، وكانت الطائرة الفضائية تؤدي جميع وظائف التوجيه والتحكم. ^[4] تأثر تطوير صاروخ أريان 5 بشدة بمتطلبات هيرميس ، مثل الأحمال الديناميكية الهوائية الإضافية إلى جانب زيادة عامل الموثوقية بمقدار 0.9999، مع الاحتفاظ بالحد الأدنى من التأثير على القدرة التنافسية التجارية لقاذفة الصواريخ في المهام غير المرتبطة بصواريخ هيرميس . ^[4]

بالمقارنة مع مكوك الفضاء، كانت هيرميس أصغر بكثير. ^[4] لم تشارك في شكل مخطط المكوك البيضاوي ، وبدلاً من ذلك اختارت جناح دلتا عالي الانحناء مزودًا بأجهزة طرف الجناح ، على غرار مركبة الفضاء المقترحة بوينج إكس-20 دينا-سور . مثل المكوك، يمكن للكابينة المضغوطة أن تستوعب أكثر من خمسة أشخاص، اثنان منهم سيخدمان كطيارين، بينما كان من المقرر أن يتم تجهيز حجرة الشحن الخلفية غير المضغوطة بأبواب كبيرة تمتد على طول الحجرة على طول جسم الطائرة. ^[13] كانت المركبة ستُدار بواسطة زوج من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل بقوة دفع 2000 نيوتن مماثلة لتلك المستخدمة في المرحلة العلوية منخفضة الطاقة L4 من صاروخ أريان 5. ^[4]

كان من المقرر توفير التحكم الديناميكي الهوائي من خلال إجمالي سبعة أسطح للتحكم في الطيران ، ودفات طرف الجناح ، ومكابح الهواء الخلفية ، وغطاء مثبت على الجسم ؛ وكان من المقرر التحكم في هذه الأسطح من خلال عناصر تحكم طيران رقمية رباعية التكرار وتشغيلها من خلال أنظمة هيدروليكية ثلاثية التكرار. ^[4] كان من المقرر إجراء إدارة المهمة من خلال ثلاثة أجهزة كمبيوتر للأغراض العامة، وجهاز كمبيوتر للمراقبة، وثلاثة حافلات بيانات رقمية . كان من المقرر توفير الطاقة الكهربائية بواسطة محرك يستخدم الأكسجين السائل - الهيدروجين السائل إلى جانب عشر خلايا وقود أمريكية الصنع . ^[5] توفر أنظمة التحكم البيئي ودعم الحياة الضغط على المقصورة، إلى جانب الهواء والماء والدفء، لدعم الطاقم لمدة أقصاها 40 يومًا، على الرغم من أنه قد يكون من الممكن تمديدها لتمكين مهام مدتها 90 يومًا. كان من الممكن أن تعمل هيرميس بشكل مستقل لمدة تصل إلى شهر واحد، وستكون قادرة على البقاء ملتحمة بمحطة فضائية مدارية لمدة أقصاها 90 يومًا. ^[5]

وفقًا لـ CNES، كان من الممكن أن تخضع هيرميس لظروف إعادة دخول أكثر تطرفًا من مكوك الفضاء بسبب حجمها الأصغر الذي يعرض المركبة لضغوط حرارية جوية أعلى. ^[14] كانت الحماية الحرارية الأساسية، ^[15] لتتحمل درجات حرارة تتراوح بين 1400-1600 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 20 دقيقة ودرسها داسو وSEP، لتتكون من عناصر كربونية مع طلاء مضاد للأكسدة يتم تطبيقه على أجزاء من الأنف والحواف الأمامية للأجنحة، بينما كان من المفترض أن تغطي البلاط الحراري الجانب السفلي من الجناح وجسم الطائرة. ^[14] كانت هذه البلاطات لتستخدم طبقات عازلة رقيقة ومعززة من السيراميك والكربون على شكل قرص العسل مفصولة بصفائح رقيقة من سبيكة معدنية لتعكس الحرارة؛ كان من الممكن أن يستخدم مفهوم بديل للبلاط أجزاء معدنية أعلى بدلاً من السيراميك. كانت الأسطح العلوية للمركبة لتتعرض لحرارة أقل من الأسطح السفلية، وتستخدم طبقات مرنة من الألياف الزجاجية والسيراميك منخفضة الكثافة تشبه البطانية. ^[14]

تم تجميد شكل هيرميس بشكل فعال بحلول نوفمبر 1985. ^[14] تم تحسينه من خلال اختبار نفق الرياح دون الصوتي في أونيرا، مقيدًا بمتطلبات الطيران دون الصوتي. من أجل جمع بيانات قيمة في مواجهة نقص الخبرة في أوروبا، اقترح داسو التحقق من صحة الخصائص الديناميكية الهوائية للمركبة من خلال إكمال نموذج تجريبي حراري جوي يبلغ وزنه 1.4 طن ، بمقياس 1، يُدعى مايا ، ليتم إطلاقه بواسطة صاروخ أريان 4 للدراسات المتعلقة بإعادة الدخول. ^[16]

تم التخطيط لأربع مهام نموذجية لهيرميس :

• استضافة التجارب على متن المركبة أثناء وجودها في مدار استوائي على ارتفاع 800 كيلومتر (500 ميل)
• رحلات إلى محطة الفضاء الدولية Freedom التابعة لناسا في مدار بزاوية 28.5 درجة
• رحلات إلى محطة كولومبوس الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية في مدار 60 درجة.
• رحلات إلى منصة الاستشعار عن بعد القطبية غير المأهولة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية في مدار 98° 500 كم (310 ميل)

بعد كل مهمة، سيتم تجديد هيرميس في منشأة مخصصة في أوروبا. ^[17] قبل حوالي 40 يومًا من تاريخ الإطلاق، سيتم نقل المركبة على متن طائرة ركاب إيرباص A300 معدلة خصيصًا إلى موقع إطلاقها في كورو ، غيانا الفرنسية ، حيث سيتم دمجها مع حمولتها وتثبيتها أعلى صاروخ أريان 5 قبل نقلها إلى منصة الإطلاق. كان من المقرر أن يكون مركز التحكم في المهمة في تولوز ، فرنسا. ^[17] أثناء المهمة النموذجية، كان من المقرر إجراء الاتصالات والتتبع بواسطة شبكة أوروبية مخطط لها من أقمار نقل البيانات مع تغطية عبر 75٪ من مهمة هيرميس في مدار 28.5 درجة على ارتفاع 400 كم (250 ميل).

بعد المهمة، ستهبط هيرميس في قاعدة إيستر لو توبي الجوية بالقرب من إيستر . ^[17] تم طرح مواقع هبوط محتملة أخرى، بما في ذلك مركز غيانا الفضائي ومطار مارتينيك إيمي سيزير الدولي في جزيرة فورت دي فرانس ومدرجات هبوط غير محددة في برمودا . في حالة فشل الإطلاق خلال أول 84 ثانية، ستتمكن هيرميس من العودة إلى كورو. من المحتمل أن يتطلب الإجهاض اللاحق هبوطًا مائيًا في المحيط الأطلسي ، وبعد ذلك ستحتاج المركبة إلى استرجاعها بواسطة سفينة استرداد. كان من المقرر تحديد مدرجات هبوط طارئة أخرى، اعتمادًا على تفاصيل كل مهمة. ^[17]

تم بناء نموذج بالحجم الكامل في عام 1986، ^[18] وتم عرضه في عام 1987 في لو بورجيه في مايو، تلا ذلك مدريد في سبتمبر وتولوز خلال أكتوبر - نوفمبر. في العام التالي (1988) تم عرض النموذج في ستراسبورغ في أبريل، وهانوفر في مايو، وبوردو في ديسمبر. مع نهاية المشروع في عام 1993، تم نقل هذا النموذج إلى ENSICA ( المدرسة الوطنية العليا لمهندسي البناء الجوي ) في عام 1996. في عام 2005 تم نقله إلى لو بورجيه لانتظار مشروع ترميم محتمل. ^[18]

يظهر نموذج بمقياس 1/7 تم بناؤه بواسطة EADS منذ عام 2002 في مطار بوردو-ميرينياك . ^[18]

• تتميز حلقة من مسلسل عائلة سمبسون عام 1994 بعنوان Deep Space Homer بتصميم مكوك فضائي مستوحى من هيرميس. ^[19]
• يتضمن فيلم The Martian لعام 2015 سفينة تدعى هيرميس ، على الرغم من أن التصميم مختلف جذريًا عن تصميم المكوك في الحياة الواقعية، وهو مصمم للسفر بين الكواكب.
• تذكر رواية فيلم فاليريان ومدينة ألف كوكب لعام 2017 أن هيرميس هو المكوك الذي استخدمته وكالة الفضاء الأوروبية خلال رحلتها الأولى إلى محطة الفضاء الدولية (التي تم تحديدها باسم "ألفا").

• هوبر  - اقتراح أوروبي في تسعينيات القرن العشرين لإنشاء طائرة فضائية آلية
• مركبة تجريبية متوسطة  – نموذج أولي لمركبة إعادة الدخول بواسطة وكالة الفضاء الأوروبية لتطوير المركبة التجريبية المتوسطة
• SOAR  – مفهوم طائرة الفضاء السويسرية لعام 2015 يعتمد على تصميم هيرميس
• دريم تشيسر  – طائرة فضاء أمريكية آلية قابلة لإعادة الاستخدام مزودة برافعة شحن

• هيرميس في Astronautix.com
• هيرميس في Aerospaceguide.net
• صور نموذجية 1:1، بما في ذلك قمرة القيادة
• هيرميس، الطائرة المكانية غير مكتملة...