ساخت موشک های مدل
ر یک موشک سوخت مایع، سوخت و اکسید کننده در مخازن مجزا نگه داری می شوند و از طریق سازو کاری که مرکب از لوله ها، شیدها و توربو پمپ ها می باشند ، به محفظه ی احتراق وارد شده و می سوزند.با احتراق پیشرانه گاز داغی تولید می شود که در هنگام عبور از محفظه به سرعت آن افزوده می شود و از دمای آن کاسته می گردد. به عبارت دیگر محفظه ی احتراق، انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی جنبشی تبدیل می کند ، این است که نیروی پیشران تولید می شود.
موتورهای سوخت مایع از نظر پیچیدگی نقطه ی مقابل موتورهای سوخت جامد هستند، اما به هر حال به ازای پیچیدگی موتور های سوخت مایع مزایایی هم دارند که از آن جمله می توان به این موارد اشاره نمود که در موتورهای سوخت مایع با کنترل جریان پیشرانه به محفظه ی احتراق می توان کاهش یا افزایش نیروی پیشران و توقف یا استارت مجدد موتور را سبب گردید . در حالی که در موتورهای سوخت جامد در عین سادگی چنین امکانی تقریباً غیر ممکن است.
سوخت های مایعی که در موشک های حامل استفاده شده اند را می توان به 4 دسته تقسیم کرد:
مواد نفتی 2) مواد سرمازا 3) مواد خود مشتعل 4) پیشران های مایع قدیم
**>
مواد نفتی:
که از نفت خام تصفیه شده تهیه می شوند و شامل مخلوطی از هیدروکربن های پیچیده می باشند.
یکی از مواد نفتی استفاده شده برای سوخت موشک کروسین سنگین است، کروسین نسبت به سوخت های سرمازا ضربه ی ویژه ی کمتری دارد اما بهتر از سوخت های خود مشتعل شونده می باشد.ازاین سوخت به عنوان پیشرانه (به همراه اکسیژن مایع)دراولین بوسترهای یک مرحله ای موشک های اطلس و دلتا 2 استفاده شده است.
سرمازا:
پیشرانه های سرمازا گازهایی هستندکه در دماهای بسیار پایین به صورت مایع نگه داری می شوند که معروف ترین آنها هیدروژن مایع به عنوان سوخت (LH2) و اکسیژن مایع (lox) به عنوان اکسید کننده می باشند. اکسیژن مایع و هیدروژن مایع به عنوان پیشرانه هایی با کارایی بالاتر در موتورهای شاتل های فضایی استفاده می شوند.
در دیگر سوخت های سرمازا با خواص مناسب برای سامانه های پیشران فضایی می توان به متان و اکسیژن مایع و فلورین مایع اشاره نمود.
قابل ذکر است که پیشرانه های سرمازا به دلیل مشکلاتی که در نگهداری طولانی مدت آنها موجب می شود برای استفاده در موشک های نظامی که بایستی مدت ها به صورت آماده ی پرتاب نگهداری شوند، چندان خوشایند و مطلوب نیست.
پیشرانه های خود مشتعل(هایپرگولیک):
پیشرانه هایی هستندکه سوخت واکسیدکننده به طورمجزا درون محفظه ی احتراق تزریق می شوند و بدون نیاز به آتشزنه و فقط با برخورد با یکدیگر شعله ور می شوند. که این قابلیت آن را برای سامانه های مانوری فضاپیماها که نیاز است بارها خاموش و روشن شوند ایده آل می نماید.
معمول ترین سوخت های خود مشتعل شامل هیدرازین، مونو متیل هیدرازین (MMH) و دی متیل هیدرازین نا متقارن (UDMH) می باشند.
و از اکسید کننده های خود مشتعل معروف می توان به تتروکسید نیتروژن (NTO) و اسید نیتریک اشاره نمود. در خانواده ی موشک های تیتان، موشک های ماهواره بر دلتا 2 از آیروزین50 و NTOاستفاده شده است.
پیشرانه های مایع قدیمی
(الکل ها) به طور معمول به عنوان سوخت موشک طی سال های اولیه توسعه ی فناوری موشکی مورد استفاده قرار می گرفتند. موشک آلمانی v2و همچنین موشک زمین به زمین ردستون آمریکا (با اکسیژن مایع و اتانول)کار می کردند. به هر حال در روند پیشرفت فناوری های موشکی با افزایش کارایی سوخت ها از الکل استقبال چندانی نشد. و آنها خیلی زود کنار گذاشته شدند.
پروکسید هیدروژن:
یکی از اکسید کننده های قابل توجه می باشد که در موشک انگلیسی Black Arrow استفاده شده بود.
غلظت های بالای پروکسید هیدروژن را راههای تست پراکسید یا HTP می نامند که در حضور کاتالیزور به اکسیژن و بخار فوق گرم تبدیل می شود و ضربه ویژه ای در حدود 150 ثانیه ایجاد می کند.
پیشران جامد:
پیشران جامد از دو بخش اکسید کننده و سوخت (کاهنده) تشکیل شده است. در این پیشران دو بخش تشکیل دهنده یعنی سوخت و اکسید کننده به طور مجزا آماده می شوند و پس از آن با یکدیگر مخلوط می شوند. این کار بدان دلیل انجام می شود که اکسید کننده به صورت پودر و سوخت یک مایع با غلظت متغیر است. این دو بخش با هم ترکیب شده و سپس تحت شرایط کاملاً کنترل شده درون پوسته ی راکت ریخته می شوند، افزون به سوخت و اکسید کننده، بخش های دیگری نیز افزوده می شوند تا کارایی پیشران افزایش یابد. معمولاً در میان پیشران جامد یک فضای خالی موسوم به حفره قرار می گیرد. با تغییر شکل و اندازه ی حفره می توان سرعت و مدت سوختن، در نتجه نیروی رانش را کنترل کرد.
دسته بندی پیشران های جامد:
پیشران های چامد به دو گروه همگن و مرکب دسته بندی می شوند.پیشران های همگن نیز خود به دو گروه تک پایه و دو پایه تقسیم می شوند.پیشران های تک پایه آنهایی هستند که تنها از یک ترکیب برخوردار هستند و این ترکیب خواص و ویژگی های اکسید کنندگی و کاهندگی را یکجا دارد. پیشران های دو پایه متشکل از دو ترکیب معمولاً نیتروسلولز و نیترو گلیسیرین همراه با یک نرم کننده (که برای انعطاف افزوده می شود) هستند.برتری این پیشران آن است که دود نمی کند از این رو میزان انرژی و سرعت سوزش افزایش میابد.
پیشران های مرکب به صورت مخلوط نا همگن هستند و از نمک معدنی کریستالی یا ساییده شده نرم به عنوان اکسید کننده استفاده می کنند که بیشتر بخش پیشران را تشکیل می دهد.سوخت مورد استفاده معمولاً آلومینیم است. برای یکپارچه نگه داشتن پیشران از نگهداری پلیمری استفاده می شود.
برتری پیشران های جامد نسبت به دیگر انواع پیشران های شیمیایی در آن است که این پیشران ها پایدار بوده و انبار آنها ساده است.پیشران های جامد نیازی به پمپ های توربو یا ادوات پیچیده تغذیه کننده ندارند.
کاستی پیشران جامد در آن است که پس از روشن شدن، واکنش پیشران جامد را نمی توان متوقف کرد، بدین مفهوم که اگر پیشران مشتعل شود تا پایان م
پیشرانه ی پلاسما:
در واقع پیشرانه های الکتریکی هستند که می توانند سرعت های به مراتب بیشتری برای گازهای خارج شونده از نازل فراهم کنند . بنابر این برای انجام یک مأموریت نیاز به مقدار سوخت کمتری خواهند داشت. اما این روش هم محدودیت های خودش را دارد.
نخستین نمونه ها با استفاده از المنت های مقاومت دار،انرژی الکتریکی را به حرارت تبدیل کرده و می توانستند مدار را تا 3000 درجه ی کلوین داغ کنند که سرعت خروج از نازل را تا 8 کیلومتر بر ثانیه افزایش می داد.در دهه ی 80 با استفاده از این روش نیروی رانش مورد نیاز برای حفظ مدار ماهواره تأمین می شد و اوایل دهه ی 90دانشمندان توانستند با استفاده از قوس الکتریکی به دماهای بیشتر و در نتیجه به سرعت های بیشتر دست یابند. نمونه های بعدی پیشران های یونی بودند که توانشتند به سرعت 100 کیلومتر بر ثانیه برسند و بر خلاف دو مورد قبلی طول عمر بسیار زیادی در حدود 22000 ساعت داشته باشند.شکل مشترک موارد ذکر شده نیروی رانش اندک آنها است که برای گریز از گرانش زمین ناچیز است.
در حال حاضر پیشرانه های الکترومغناطیسی MPD از جدید ترین فنّاوری سود می برند ولی نمی توانند نیروی رانش بسیار بیشتری را ایجاد کنند. در این مولّدها نیرو یک قوس الکتریکی دائمی به صورت شعاع بین میله های کاتد و آند برقرار می شود. تعامل بین جریان شعاعی و میدان مغناطیسی حلقوی سورکاتد نیرویی ایجاد می کندکه می تواند پلاسمای تزریق شده به مجموعه را شتاب دهد و در انتهای آند متمرکز کند ، در این حالت سرعت خروج پلاسما از نازل به بیش از 40 کیلومتر بر ثانیه می رسد.
تعریف پلاسما :
پلاسما حالت چهارم ماده است و به موادی گفته می شود که در مقیاس ماکروسکوپیک خنثی می باشند، اما از تعداد زیادی الکترون های آزاد و اتم ها با مولکول های یونیزه شده و در حال بر هم کنش تشکیل شده اند.
البته به هر محیطی که حاوی ذرّات باردار باشد پلاسما گفته نمی شود و باید شرایطی برقرار باشد که یکی از این شرایط داشتن اثرات حجمی است.جالب است بدانید 99% مواد موجود در جهان در حالت پلاسما است، اما در شرایط طبیعی موجود در زمین که درصد بسیار کوچکی از عالم هستی را تشکیل می دهد پلاسما یافت نمی شود.
پیشران های آینده!
پیشران های گداخت هسته ای
پیشران های ماده پادماده:
هنگامی که پادماده و ماده با هم تماس پیدا می کنند،همدیگر را خنثی می کنند ولی تصادف ذرّات مخالف ، احتراق وانتشار پرتوهایی خالص رابه همراه دارد،این پرتوها باسرعت نور از نقطه ی انفجارخارج می شوند و ماده و پادماده ناپدید می شوند. انفجاری که هنگام واکنش ماده و پادماده رخ می دهد تمامی جرم ماده و پادماده را به انرژی تبدیل می کند.
دانشمندان اعتقاد دارند که این انرژی بسیار قوی تر از انرژی های تولید شده به روش هایی است که تا به حال رایج بوده اند و می توانند نیروی پیشران بسیار زیادی فراهم سازد.
(یک فضاپیمای پاد ماده می تواند زمان مسافرت به مریخ را از 11ماه به یک ماه کاهش دهد!)
پیشران های نوری
یکی از کاربردهای لیزرهای پرتوان ، در صنعت فضا است.
لیزر این امکان را به مهندسان می دهد تا فضاپیماهای سبکتری که نیاز به منبع انرژی ندارند ساخته و گسترش دهند.
این فضاپیماها بسیار سبک هستند و نامشان لایت کرفت است. خود رسانگر لایت کرفت به عنوان پیشران کار خواهد کرد و نور به عنوان یکی از منابع وافر انرژی در جهان به عنوان سوخت به کار گرفته خوهد شد.
فرضیه ی اساسی در پیشران نوری به کارگیری لیزرهای زمین پایه است تا هوا را به سوی نوک رسانگر گرم کرده تا محترق شود و فضاپیما را به جلو براند.
منبع:
ادامه مطلب
