پيشرانه ها

در يك موشك سوخت مايع، سوخت و اكسيد كننده در مخازن مجزا نگه داري مي شوند و از طريق سازو كاري كه مركب از لوله ها، شيدها و توربو پمپ ها مي باشند ، به محفظه ي احتراق وارد شده و مي سوزند.با احتراق پيشرانه گاز داغي توليد مي شود كه در هنگام عبور از محفظه به سرعت آن افزوده مي شود و از دماي آن كاسته مي گردد. به عبارت ديگر محفظه ي احتراق، انرژي شيميايي سوخت را به انرژي جنبشي تبديل مي كند ، اين است كه نيروي پيشران توليد مي شود.

موتورهاي سوخت مايع از نظر پيچيدگي نقطه ي مقابل موتورهاي سوخت جامد هستند، اما به هر حال به ازاي پيچيدگي موتور هاي سوخت مايع مزايايي هم دارند كه از آن جمله مي توان به اين موارد اشاره نمود كه در موتورهاي سوخت مايع با كنترل جريان پيشرانه به محفظه ي احتراق مي توان كاهش يا افزايش نيروي پيشران و توقف يا استارت مجدد موتور را سبب گرديد . در حالي كه در موتورهاي سوخت جامد در عين سادگي چنين امكاني تقريباً غير ممكن است.

سوخت هاي مايعي كه در موشك هاي حامل استفاده شده اند را مي توان به 4 دسته تقسيم كرد:

مواد نفتي 2) مواد سرمازا 3) مواد خود مشتعل 4) پيشران هاي مايع قديم

 

 

 

مواد نفتي:

 كه از نفت خام تصفيه شده تهيه مي شوند و شامل مخلوطي از هيدروكربن هاي پيچيده مي باشند.

يكي از مواد نفتي استفاده شده براي سوخت موشك كروسين سنگين است، كروسين نسبت به سوخت هاي سرمازا ضربه ي ويژه ي كمتري دارد اما بهتر از سوخت هاي خود مشتعل شونده مي باشد.ازاين سوخت به عنوان پيشرانه (به همراه اكسيژن مايع)دراولين بوسترهاي يك مرحله اي موشك هاي اطلس و دلتا 2 استفاده شده است.

سرمازا:

 پيشرانه هاي سرمازا گازهايي هستندكه در دماهاي بسيار پايين به صورت مايع نگه داري مي شوند كه معروف ترين آنها هيدروژن مايع به عنوان سوخت (LH2) و اكسيژن مايع (lox) به عنوان اكسيد كننده مي باشند. اكسيژن مايع و هيدروژن مايع به عنوان پيشرانه هایي با كارايي بالاتر در موتورهاي شاتل هاي فضايي استفاده مي شوند.

در ديگر سوخت هاي سرمازا با خواص مناسب براي سامانه هاي پيشران فضايي مي توان به متان و اكسيژن مايع و فلورين مايع اشاره نمود.

قابل ذكر است كه پيشرانه هاي سرمازا به دليل مشكلاتي كه در نگهداري طولاني مدت آنها موجب مي شود براي استفاده در موشك هاي نظامي كه بايستي مدت ها به صورت آماده ي پرتاب نگهداري شوند، چندان خوشايند و مطلوب نيست.

 

پيشرانه هاي خود مشتعل(هايپرگوليك):

پيشرانه هايي هستندكه سوخت واكسيدكننده به طورمجزا درون محفظه ي احتراق تزريق مي شوند و بدون نياز به آتشزنه و فقط با برخورد با يكديگر شعله ور مي شوند. كه اين قابليت آن را براي سامانه هاي مانوري فضاپيماها كه نياز است بارها خاموش و روشن شوند ايده آل می نماید.

معمول ترين سوخت هاي خود مشتعل شامل هيدرازين، مونو متيل هيدرازين (MMH) و دي متيل هيدرازين نا متقارن (UDMH) مي باشند.

و از اكسيد كننده هاي خود مشتعل معروف مي توان به تتروكسيد نيتروژن (NTO) و اسيد نيتريك اشاره نمود. در خانواده ي موشك هاي تيتان، موشك هاي ماهواره بر دلتا 2 از آيروزين50 و NTO استفاده شده است.

 

پيشرانه هاي مايع قديمي

(الكل ها) به طور معمول به عنوان سوخت موشك طي سال هاي اوليه توسعه ي فناوري موشكي مورد استفاده قرار مي گرفتند. موشك آلماني v2 و همچنين موشك زمين به زمين ردستون آمريكا (با اكسيژن مايع و اتانول)كار مي كردند. به هر حال در روند پيشرفت فناوري هاي موشكي با افزايش كارايي سوخت ها از الكل استقبال چنداني نشد. و آنها خيلي زود كنار گذاشته شدند.

پروكسيد هيدروژن:

 يكي از اكسيد كننده هاي قابل توجه مي باشد كه در موشك انگليسي Black Arrow استفاده شده بود.

غلظت هاي بالاي پروكسيد هيدروژن را راههاي تست پراكسيد يا HTP مي نامند كه در حضور كاتاليزور به اكسيژن و بخار فوق گرم تبديل مي شود و ضربه ويژه اي در حدود 150 ثانيه ايجاد مي كند.

 

پيشران جامد:

 پيشران جامد از دو بخش اكسيد كننده و سوخت (كاهنده) تشكيل شده است. در اين پيشران دو بخش تشكيل دهنده يعني سوخت و اكسيد كننده به طور مجزا آماده مي شوند و پس از آن با يكديگر مخلوط مي شوند. اين كار بدان دليل انجام مي شود كه اكسيد كننده به صورت پودر و سوخت يك مايع با غلظت متغير است. اين دو بخش با هم تركيب شده و سپس تحت شرايط كاملاً كنترل شده درون پوسته ي راكت ريخته مي شوند، افزون به سوخت و اكسيد كننده، بخش هاي ديگري نيز افزوده مي شوند تا كارايي پيشران افزايش يابد. معمولاً در ميان پيشران جامد يك فضاي خالي موسوم به حفره قرار مي گيرد. با تغيير شكل و اندازه ي حفره مي توان سرعت و مدت سوختن، در نتجه نيروي رانش را كنترل كرد.

دسته بندي پيشران هاي جامد:

 پيشران هاي چامد به دو گروه همگن و مركب دسته بندي مي شوند.پيشران هاي همگن نيز خود به دو گروه تك پايه و دو پايه تقسيم مي شوند.پيشران هاي تك پايه آنهايي هستند كه تنها از يك تركيب برخوردار هستند و اين تركيب خواص و ويژگي هاي اكسيد كنندگي و كاهندگي را يكجا دارد. پيشران هاي دو پايه متشكل از دو تركيب معمولاً نيتروسلولز و نيترو گليسيرين همراه با يك نرم كننده (كه براي انعطاف افزوده مي شود) هستند.برتري اين پيشران آن است كه دود نمي كند از اين رو ميزان انرژي و سرعت سوزش افزايش ميابد.

پيشران هاي مركب به صورت مخلوط نا همگن هستند و از نمك معدني كريستالي يا ساييده شده نرم به عنوان اكسيد كننده استفاده مي كنند كه بيشتر بخش پيشران را تشكيل مي دهد.سوخت مورد استفاده معمولاً آلومينيم است. براي يكپارچه نگه داشتن پيشران از نگهداري پليمري استفاده مي شود.

برتري پيشران هاي جامد نسبت به ديگر انواع پيشران هاي شيميايي در آن است كه اين پيشران ها پايدار بوده و انبار آنها ساده است.پيشران هاي جامد نيازي به پمپ هاي توربو يا ادوات پيچيده تغذيه كننده ندارند.

كاستي پيشران جامد در آن است كه پس از روشن شدن، واكنش پيشران جامد را نمي توان متوقف كرد، بدين مفهوم كه اگر پيشران مشتعل شود تا پايان م

پيشرانه ي پلاسما:

در واقع پيشرانه هاي الكتريكي هستند كه مي توانند سرعت هاي به مراتب بيشتري براي گازهاي خارج شونده از نازل فراهم كنند . بنابر اين براي انجام يك مأموريت نياز به مقدار سوخت كمتري خواهند داشت. اما اين روش هم محدوديت هاي خودش را دارد.

نخستين نمونه ها با استفاده از المنت هاي مقاومت دار،انرژي الكتريكي را به حرارت تبديل كرده و مي توانستند مدار را تا 3000 درجه ي كلوين داغ كنند كه سرعت خروج از نازل را تا 8 کیلومتر بر ثانیه افزايش مي داد.در دهه ي 80 با استفاده از اين روش نيروي رانش مورد نياز براي حفظ مدار ماهواره تأمين مي شد و اوايل دهه ي 90دانشمندان توانستند با استفاده از قوس الكتريكي به دماهاي بيشتر و در نتيجه به سرعت هاي بيشتر دست يابند. نمونه هاي بعدي پيشران هاي يوني بودند كه توانشتند به سرعت 100 کیلومتر بر ثانیه برسند و بر خلاف دو مورد قبلي طول عمر بسيار زيادي در حدود 22000 ساعت داشته باشند.شكل مشترك موارد ذكر شده نيروي رانش اندك آنها است كه براي گريز از گرانش زمين ناچيز است.      

در حال حاضر پيشرانه هاي الكترومغناطيسي MPD از جديد ترين فنّاوري سود مي برند ولی نمي توانند نيروي رانش بسيار بيشتري را ايجاد كنند. در اين مولّدها نيرو يك قوس الكتريكي دائمي به صورت شعاع بين ميله هاي كاتد و آند برقرار مي شود. تعامل بين جريان شعاعي و ميدان مغناطيسي حلقوي سوركاتد نيرويي ايجاد مي كندكه مي تواند پلاسماي تزريق شده به مجموعه را شتاب دهد و در انتهاي آند متمركز كند ، در اين حالت سرعت خروج پلاسما از نازل به بيش از 40 کیلومتر بر ثانیه مي رسد. 

تعريف پلاسما :

پلاسما حالت چهارم ماده است و به موادي گفته مي شود كه در مقياس ماكروسكوپيك خنثي مي باشند، اما از تعداد زيادي الكترون هاي آزاد و اتم ها با مولكول هاي يونيزه شده و در حال بر هم كنش تشكيل شده اند. 

   البته به هر محيطي كه حاوي ذرّات باردار باشد پلاسما گفته نمي شود و بايد شرايطي برقرار باشد كه يكي از اين شرايط داشتن اثرات حجمي است.جالب است بدانيد 99% مواد موجود در جهان در حالت پلاسما است، اما در شرايط طبيعي موجود در زمين كه درصد بسيار كوچكي از عالم هستي را تشكيل مي دهد پلاسما يافت نمي شود.

پيشران هاي آينده!

پيشران هاي گداخت هسته اي

پيشران هاي ماده پادماده:

هنگامي كه پادماده و ماده با هم تماس پيدا مي كنند،همديگر را خنثي مي كنند ولي تصادف ذرّات مخالف ، احتراق وانتشار پرتوهايي خالص رابه همراه دارد،اين پرتوها باسرعت نور از نقطه ي انفجارخارج مي شوند و ماده و پادماده ناپديد مي شوند. انفجاري كه هنگام واكنش ماده و پادماده رخ مي دهد تمامي جرم ماده و پادماده را به انرژي تبديل مي كند.  

دانشمندان اعتقاد دارند كه اين انرژي بسيار قوي تر از انرژي هاي توليد شده به روش هايي است كه تا به حال رايج بوده اند و مي توانند نيروي پيشران بسیار زیادی فراهم سازد.  

(يك فضاپيماي پاد ماده مي تواند زمان مسافرت به مريخ را از 11ماه به يك ماه كاهش دهد!)

پيشران هاي نوري

يكي از كاربردهاي ليزرهاي پرتوان ، در صنعت فضا است.

ليزر اين امكان را به مهندسان مي دهد تا فضاپيماهاي سبكتري كه نياز به منبع انرژي ندارند ساخته و گسترش دهند.

اين فضاپيماها بسيار سبك هستند و نامشان لايت كرفت است. خود رسانگر لايت كرفت به عنوان پيشران كار خواهد كرد و نور به عنوان يكي از منابع وافر انرژي در جهان به عنوان سوخت به كار گرفته خوهد شد.

فرضيه ي اساسي در پيشران نوري به كارگيري ليزرهاي زمين پايه است تا هوا را به سوي نوك رسانگر گرم كرده تا محترق شود و فضاپيما را به جلو براند.

 kharkovhavafaza.blogfa.com