الجديد

كيف تعمل الصواريخ

كيف تعمل الصواريخ

تتضمن صواريخ الدفع الصلب جميع صواريخ الألعاب النارية الأقدم ، ومع ذلك ، يوجد الآن أنواع وقود وتصاميم ووظائف أكثر تقدمًا تعمل بالوقود الصلب.

اخترعت صواريخ الدفع الصلب قبل الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. بدأ النوع الدافع الصلب بمساهمات العلماء Zasiadko و Constantinov و Congreve. الآن في حالة متقدمة ، لا تزال صواريخ الدفع الصلب تستخدم على نطاق واسع اليوم ، بما في ذلك محركات الداعم المزدوجة Space Shuttle ومراحل الداعم لسلسلة Delta.

كيف تعمل الدوافع الصلبة

مساحة السطح هي مقدار المادة الدافعة التي تتعرض لهيب الاحتراق الداخلي ، الموجودة في علاقة مباشرة مع الدفع. ستزيد الزيادة في مساحة السطح من قوة الدفع ولكنها ستقلل من وقت الاحتراق نظرًا لاستهلاك الوقود الدافع بمعدل متسارع. عادةً ما يكون الاتجاه الأمثل ثابتًا ، والذي يمكن تحقيقه من خلال الحفاظ على مساحة سطح ثابتة طوال عملية الاحتراق.

تتضمن أمثلة تصميمات الحبوب ذات المساحة الثابتة ما يلي: الاحتراق النهائي ، والحرق الداخلي ، والحرق الخارجي ، وحرق النجمة الداخلية.

تُستخدم أشكال مختلفة لتحسين علاقات دفع الحبوب نظرًا لأن بعض الصواريخ قد تتطلب مكون دفع عالي في البداية للإقلاع ، في حين أن قوة الدفع المنخفضة ستكفي لمتطلبات الدفع التراجعي بعد الإطلاق. غالباً ما تحتوي الأنماط المعقدة للحبوب الأساسية ، في التحكم في مساحة السطح المكشوفة لوقود الصاروخ ، على أجزاء مطلية ببلاستيك غير قابل للاشتعال (مثل خلات السليلوز). يمنع هذا الغطاء نيران الاحتراق الداخلي من إشعال هذا الجزء من الوقود ، ولا يتم إشعاله إلا في وقت لاحق عندما يصل الحرق إلى الوقود مباشرة.

الدافع المحدد

عند تصميم الدافع المحدد لحبوب الوقود الدافعة للصاروخ ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار لأنه يمكن أن يكون فشل الاختراق (انفجار) ، وصاروخ الدفع الأمثل المُنتج بنجاح.

الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب

إيجابيات - سلبيات

  • بمجرد إشعال صاروخ صلب ، سيستهلك الوقود بالكامل ، دون أي خيار للإغلاق أو تعديل الدفع. استخدم صاروخ ساتيرن الخامس قمرًا ما يقرب من 8 ملايين رطل من الدفعات التي لم تكن ممكنة مع استخدام الوقود الدافع الصلب ، والتي تتطلب دافعًا سائلًا دافعًا عاليًا ومحددًا.
  • إن الخطر الذي ينطوي عليه الوقود المسبق للصواريخ أحادية البروبيلين ، أي النيتروجلسرين في بعض الأحيان ، هو أحد المكونات.

ميزة واحدة هي سهولة تخزين الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. بعض هذه الصواريخ هي صواريخ صغيرة مثل Honest John و Nike Hercules. البعض الآخر صواريخ باليستية كبيرة مثل بولاريس ، الرقيب ، وطارد. قد تقدم وسائل الدفع السائلة أداء أفضل ، لكن الصعوبات في تخزين ومعالجة السوائل التي تعمل بالوقود بالقرب من الصفر المطلق (0 درجة كلفن) قد حدت من استخدامها غير قادر على تلبية المطالب الصارمة التي يتطلبها الجيش من قوته النارية.

تم وضع نظرية للصواريخ التي تعمل بالوقود السائل لأول مرة من قبل تسيولكوزكي في كتابه "البحث عن الفضاء بين الكواكب بواسطة وسائل الأجهزة التفاعلية" ، الذي تم نشره في عام 1896. تم تحقيق فكرته بعد 27 عامًا عندما أطلق روبرت جودارد أول صاروخ يعمل بالوقود السائل.

الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل دفعت الروس والأمريكيين في عمق الفضاء مع صواريخ Energiya SL-17 و Saturn V القوية. لقد مكنت قدرات الدفع العالية لهذه الصواريخ أول رحلاتنا إلى الفضاء. أصبحت "الخطوة العملاقة للبشرية" التي وقعت في 21 يوليو 1969 ، عندما صعد أرمسترونغ على سطح القمر ، ممكنة بفضل 8 ملايين رطل من صاروخ زحل الخامس.

كيف يعمل دافع السائل

اثنين من الدبابات المعدنية عقد الوقود ومؤكسد على التوالي. نظرًا لخصائص هذين السائلين ، يتم تحميلهما عادة في صهاريجهما قبل الإطلاق مباشرة. الخزانات المنفصلة ضرورية ، لأن العديد من أنواع الوقود السائل تحترق عند ملامستها. على مجموعة إطلاق تسلسل فتح صمامين ، مما يسمح للسائل بالتدفق أسفل الأنابيب العمل. إذا تم فتح هذه الصمامات ببساطة للسماح لتدفق الوقود السائل إلى غرفة الاحتراق ، فسيحدث معدل دفع ضعيف وغير مستقر ، لذلك يتم استخدام تغذية غاز مضغوطة أو تغذية توربينية.

إن أبسط الاثنين ، تغذية الغاز المضغوط ، يضيف خزان غاز عالي الضغط إلى نظام الدفع. يتم الاحتفاظ بالغاز ، وهو غاز خامل وغير نشط ، مثل الهليوم) ، ويتم تنظيمه تحت ضغط شديد ، بواسطة صمام / منظم.

الحل الثاني ، والمفضل غالباً ، لمشكلة نقل الوقود هو مضخة توربينية. المضخة التوربينية هي نفس المضخة العادية في الوظيفة وتتجاوز نظامًا مضغوطًا بالغاز عن طريق امتصاص المواد الدافعة وتسريعها في غرفة الاحتراق.

يتم خلط المؤكسد والوقود وإشعالهما داخل غرفة الاحتراق ويتم إنشاء قوة الدفع.

المؤكسدات والوقود

إيجابيات - سلبيات

لسوء الحظ ، فإن النقطة الأخيرة تجعل صواريخ الدفع بالوقود السائل معقدة ومعقدة. يحتوي المحرك الحقيقي السائل ذو الـ bipropellant على آلاف من وصلات الأنابيب التي تحمل سوائل تبريد أو تغذية أو تشحيم مختلفة. أيضًا ، تتألف الأجزاء الفرعية المختلفة مثل المضخة التوربينية أو الجهة المنظمة من دائرة منفصلة من الأنابيب والأسلاك وصمامات التحكم ومقاييس الحرارة وقوائم الدعم. بالنظر إلى الأجزاء الكثيرة ، تكون فرصة فشل وظيفة متكاملة واحدة كبيرة.

كما ذكر من قبل ، الأكسجين السائل هو المؤكسد الأكثر استخدامًا ، لكن له أيضًا عيوبه. لتحقيق الحالة السائلة لهذا العنصر ، يجب الحصول على درجة حرارة -183 درجة مئوية - الظروف التي يتبخر فيها الأكسجين بسهولة ، وفقدان كمية كبيرة من المؤكسد أثناء التحميل فقط. حمض النيتريك ، مؤكسد قوي آخر ، يحتوي على 76 ٪ من الأكسجين ، وهو في حالته السائلة في STP ، وله جاذبية خاصة عالية - كل المزايا الرائعة. النقطة الأخيرة عبارة عن قياس مماثل للكثافة ، حيث يرتفع إلى أعلى بحيث يؤدي أداء المادة الدافعة. لكن حمض النتريك خطير في التعامل (الخليط بالماء ينتج حمض قوي) وينتج منتجات ضارة في الاحتراق مع الوقود ، وبالتالي فإن استخدامه محدود.

تم تطوير الألعاب النارية في القرن الثاني قبل الميلاد على يد الصينيين القدماء ، وهي أقدم أشكال الصواريخ والأكثر بساطة. كان للألعاب النارية في الأصل أغراض دينية ، لكن تم تكييفها لاحقًا للاستخدام العسكري خلال العصور الوسطى في شكل "أسهم ملتهبة".

خلال القرنين العاشر والثالث عشر ، أحضر المغول والعرب المكون الرئيسي لهذه الصواريخ المبكرة إلى الغرب: البارود. على الرغم من أن المدفع ، وأصبح السلاح التطورات الرئيسية من مقدمة الشرقية من البارود ، أسفرت الصواريخ أيضا. كانت هذه الصواريخ عبارة عن ألعاب نارية موسعة دفعت ، إلى جانب القوس الطويل أو المدفع ، عبوات البارود المتفجر.

خلال الحروب الإمبريالية في أواخر القرن الثامن عشر ، طور العقيد كونغريفي صواريخه المشهورة ، والتي تصل مسافاتها إلى أربعة أميال. يسجل "وهج الصواريخ الأحمر" (النشيد الأمريكي) استخدام حرب الصواريخ ، في شكلها المبكر للإستراتيجية العسكرية ، أثناء معركة ملهمري فورت ماكهنري.

كيف تعمل الألعاب النارية

يضيء المصهر (خيوط القطن المطلية بالبارود) عن طريق مباراة أو "فاسق" (عصا خشبية ذات طرف أحمر متوهج يشبه الفحم). يحترق هذا الصمامات بسرعة في قلب الصاروخ حيث يشعل جدران البارود في القلب الداخلي. كما ذكر من قبل واحدة من المواد الكيميائية في البارود نترات البوتاسيوم ، المكون الأكثر أهمية. يحتوي التركيب الجزيئي لهذه المادة الكيميائية ، KNO3 ، على ثلاث ذرات من الأكسجين (O3) ، وذرة واحدة من النيتروجين (N) ، وذرة واحدة من البوتاسيوم (K). توفر ذرات الأكسجين الثلاثة المحصورة في هذا الجزيء "الهواء" الذي يستخدمه الصمامات والصاروخ في حرق المكونين الآخرين ، الكربون والكبريت. وبالتالي فإن نترات البوتاسيوم تعمل على أكسدة التفاعل الكيميائي عن طريق إطلاق الأكسجين بسهولة. هذا التفاعل ليس تلقائيًا ، ويجب أن يبدأ بالتسخين مثل التطابق أو "الشرير".