مرحلتان للوصول إلى المدار

الصاروخ ثنائي المراحل إلى المدار ( TSTO ) أو الصاروخ ثنائي المراحل هو مركبة إطلاق تتكون من مرحلتين منفصلتين توفران الدفع بالتتابع لتحقيق السرعة المدارية. وهو يقع بين الصاروخ ثلاثي المراحل إلى المدار والصاروخ أحادي المرحلة إلى المدار (SSTO) الافتراضي .

عند الإطلاق، تتولى المرحلة الأولى مسؤولية تسريع المركبة. وفي مرحلة ما، تنفصل المرحلة الثانية عن المرحلة الأولى وتستمر في الدوران حول الأرض بقوتها الذاتية.

تتميز هذه الأنظمة بمزايا تفوق البدائل الأخرى. فعلى عكس المركبات الفضائية أحادية المرحلة التي تصل إلى المدار، لا تُنقل معظم الكتلة الجافة إلى المدار. وهذا يُؤدي إلى زيادة نسبة الحمولة من الكتلة التي تصل إلى المدار، بدلاً من كونها وزنًا فائضًا، مما يُقلل تكلفة الإطلاق. ^{[ 1 ]} وفي الوقت نفسه، فهي أقل تعقيدًا وتتطلب عددًا أقل من عمليات الانفصال مقارنةً بالأنظمة متعددة المراحل، مما يُقلل التكلفة ومخاطر الفشل. ^{[ 2 ]}

• تاريخي
  • كوزموس-3 إم
  • دلتا 4 متوسط
  • فالكون 1
  • زحل 1ب
  • تيتان 2 جي إل في
  • تسيكلون-2
  • زينيت-2 وزينيت -2M
• حاضِر
  • أطلس 5 401 و 501
  • إلكترون
  • فالكون 9
  • قنطور فولكان
• قيد التطوير
  • أنغارا 1.2
  • سفينة الفضاء
  • نيو غلين
  • ميورا 5

ليس من الواضح دائمًا متى تكون المركبة صاروخًا من نوع TSTO، نظرًا لاستخدام صواريخ معززة جانبية عند الإطلاق. تُفصل هذه الصواريخ في بداية الرحلة، وقد تُعتبر مرحلة إضافية أو لا تُعتبر كذلك إذا استمر المحرك (أو المحركات) الأساسي في العمل. تُعتبر هذه الصواريخ أحيانًا نصف مرحلة، مما يؤدي إلى استخدام مصطلح "مرحلة ونصف إلى المدار" (1.5STO)، كما هو الحال مع صاروخ لونغ مارش 5B ^{[ 3 ]} أو صاروخ أطلس ^{[ 4 ] [ 5 ]} ، الذي كان عبارة عن مرحلة أساسية واحدة مع معززات إضافية. وبالمثل، يمكن الإشارة إلى التصاميم ثنائية المراحل مع معززات إضافية باسم صواريخ 2.5 مرحلة، كما هو الحال مع صاروخ أريان 5 أو معظم أنواع أطلس 5 (جميعها باستثناء 401 و501).

فيما يتعلق بنظام إطلاق قابل لإعادة الاستخدام، يُقترح هذا النهج غالبًا كبديل لنظام الإطلاق أحادي المرحلة إلى المدار ( SSTO ). ويجادل مؤيدوه بأنه نظرًا لأن نسبة كتلة كل مرحلة قد تكون أقل من نظام إطلاق SSTO، فإنه يمكن بناء هذا النظام بعيدًا عن حدود قدرة مواده الهيكلية. ويُقال إن تصميم المرحلتين يتطلب صيانة واختبارات أقل، ويقل فيه احتمال حدوث الأعطال، ويتمتع بعمر تشغيلي أطول. إضافةً إلى ذلك، يسمح نهج المرحلتين بتحسين أداء المرحلة السفلية للعمل في الغلاف الجوي السفلي للأرض، حيث يكون الضغط والسحب مرتفعين، بينما يمكن تحسين أداء المرحلة العلوية للعمل في ظروف شبه الفراغ في الجزء الأخير من عملية الإطلاق. وهذا يسمح بزيادة نسبة كتلة الحمولة في مركبة ثنائية المراحل مقارنةً بالمركبات أحادية المرحلة أو المركبات ذات المرحلة والنصف، والتي يتعين عليها العمل في كلا البيئتين باستخدام نفس المكونات.

يرى النقاد أن تعقيد تصميم مرحلتين منفصلتين تتفاعلان، واللوجستيات اللازمة لإعادة المرحلة الأولى إلى موقع الإطلاق، وصعوبة إجراء اختبارات تدريجية على المرحلة الثانية، كلها عوامل تفوق هذه الفوائد. وفي حالة المراحل السفلية الشبيهة بالطائرات، يجادلون أيضاً بصعوبة وتكلفة تطوير وتشغيل طائرات عالية السرعة (مثل SR-71 )، ويشككون في مزاعم الأداء. كما تواجه العديد من تصاميم "المكوك المصغر" التي تستخدم طائرات نقل كمراحل أولى مشاكل مماثلة مع الجليد/الرغوة، كما هو الحال مع مكوك الفضاء، وذلك بسبب اشتراط حملها خزان وقود خارجي كبير.

حتى عام 2023، كانت شركتا سبيس إكس وناسا هما المزودان الوحيدان لعمليات الإطلاق اللذان نجحا في إعادة استخدام المرحلة الأولى من مركبة مدارية، وذلك باستخدام صاروخ فالكون 9 ثنائي المرحلة وصاروخ فالكون هيفي ثنائي المرحلة ونصف من سبيس إكس، بالإضافة إلى معززات الصواريخ الصلبة لمكوك الفضاء التابع لناسا . وقد استعادت شركة روكيت لاب عدة مراحل أولى من صاروخ إلكترون الخاص بها ، لكنها لم تستخدمها مرة أخرى.

• مرحلة واحدة إلى المدار