موشک و پیشرانه ها

ghxzy

کاربر فعال تالار اسلام و قرآن ,
کاربر ممتاز
راکت چیست؟


راکت در واقع همان موشکی است که سامانه هدایت ندارد و در هوا به صورت آزاد حرکت می­کند. برخی از اوقات به سامانه تولید نیروی پیشران در موشک­ها نیز راکت می­گویند و برخی از اوقات به موشک­های فضایی راکت می­گویند. راکت در حقيقت ماشيني است که به وسيله‌ي خروج سريع گاز، نيروي جلوبرندگي ايجاد مي‌کند.


موشک چیست؟

موشک در واقع یک وسیله حمل و نقل بدون سرنشینی است که یک بار مفید را از یک نقطه به یک نقطه دیگر حمل می­کند. این وسیله نیروی لازم برای حرکت را از موتور راکتی درونش می­گیرد. منظور از موشک همان راکت دارای سامانه هدایت است. اجزاي اصلي يک موشك موتور، پيشرانه (شامل سوخت و اکسيدکننده ) قاب (بدنه) يا پوششي براي نگهداري قسمت‌هاي مختلف، سامانه‌ي کنترلي و محموله (مانند سرجنگي و یا ماهواره هستند. موشك هنگامي که به عنوان وسيله‌ي پرتاب ماهواره يا محموله‌هاي ديگر به فضا استفاده شود، «موشك ماهواره‌بر» يا «موشك حامل»ناميده مي‌شود.

ماهواره: در ستاره شناسي : 1. يك جسم سماوي كه دور يك سياره مي‌چرخد ( قمر يا ماه)؛ 2. يك جسم كوچك كه به دور جسم بزرگ‌تري مي‌گردد، جسم بزرگ‌تر خود نيز به دور يك ستاره مي‌چرخد. در منظومه‌ي شمسي تمامي سيارات به جز تير (عطارد) و زهره داراي قمر مي‌باشند. تاكنون بيش از 100 قمر سياره‌اي شناخته شده است . در علم هوافضا : 1. جسمي كه به مدار زمين يا مدار يك جسم سماوي ديگر فرستاده مي‌شود. 2. يك فضاپيما كه در مدار يك سياره قرار دارد (معمولاً زمين)؛ اين گونه فضاپيما‌ها، وسيله‌هايي براي انجام مشاهدات، پژوهش‌ها و كار‌هاي مخابراتي در فضا هستند. معاني ديگري نيز براي واژه‌ي ماهواره آمده است كه خارج از حوزه هوافضا هستند؛ به عنوان مثال در علوم ژنتيك، ميكروب شناسي و علوم سياسي براي واژه‌ي "Satellite " تعاريف ويژه‌اي وجود دارد.


اژدر چیست؟


اژدر، پرتابه، جنگ افزار یا موشک خود کشش زیر آبی به شکل سیگار برگ است که از یک زیردریایی، هواپیما و یا کشتی شلیک می­شود. این پرتابه طراحی شده است تا هنگام برخورد به هدف و یا در نزدیکی آن منفجر شود.

هواپیما یک وسیله­ ی حمل و نقل بوده که از توانایی پرواز در هوا و یا به طور کلی در اتمسفر یک سیاره را دارا است؛ از دیدگاه کلی هواپیماها به سه دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند:
* هواپیماهای نظامی (مانند هواپیماهای شکاری و بمب افکن)
* هواپیما­های حمل و نقل تجاری (مانند هواپیماهای مسافربری و باربری)
* هواپیماهای عمومی هوانوردی (مانند هواپیماهای شخصی) از نظر دارا بودن سرنشین نیز هواپیماها به دو دسته تقسیم می­ شوند: * هواپیماهای سرنشین دار * هواپیماهای بدون سرنشین

انواع موشک


از یک دیدگاه نظامی بر اساس مبدا و مقصد می­توان موشک­ها را در چهار دسته تقسیم بندی کرد:
1. موشک سطح (زمین) به سطح (زمین)
2. موشک سطح (زمین) به هوا
3. موشک هوا به هوا
4. موشک هوا به سطح (زمین)

از یک دیدگاه دیگر نظامی بر اساس مسیر و نوع حرکت می­توان دو نوع کلی برای موشک­ها در نظر گرفت:
1. موشک­ کروز
2. موشک بالستیک

ساختمان موشک ها

موشک­ها در حالت عادی از 4 بخش تشکیل می­شوند:


1- بار مفید یا سرجنگی،2- سامانه­ پیشرانش (موتور موشک)، که انرژی لازم برای شتاب دادن بار مفید به سرعت مورد نیاز را فراهم می­کند،3- سامانه­ی هدایت و کنترل، که موشک را در مسیر از قبل برنامه­ریزی شده به سوی هدف مورد نظر هدایت و کنترل می­کند(البته همه موشک­ها هدایت شونده نیستند)، 4- سازه­ی پوششی که همه چیز را باهم نگه می­دارد؛ روی این سازه­ی پوششی یا بدنه­ اصلی، معمولاً بخش­هایی همچون بال یا بالک و دماغه مخروطی نصب می­شوند.بخشی از موشک که مواد منفجره در آن جای می­گیرد سرجنگی نام دارد و به سامانه­ای که موشک را بدون آن که به خلبان نیاز داشته باشد به سوی هدف هدایت کند، سامانه­ی هدایت می­گویند. جلوترین بخش هر موشک هدایت شونده و یا حتی هر راکت دماغه­ای است که معمولاً به شکل مخروط بوده و هنگام حرکت در جو از موشک و راکت در برابر گرمای حاصل از اصطکاک حفاظت می­کند.
راکت در تعریفی دیگر يك نوع سامانه توليد نيروي حرکت است كه با استفاده از تركيب سوخت و اكسيد كننده (كه هر دو در داخل سامانه هستند) نيروي عكس العملي توليد مي­ كند كه به حرکت وسيله منجر مي ­گردد. در بيان عمومي گاهي به كل وسيله پرتابگر نيز راكت گفته مي­ شود.
پیش از پرتاب، زیر سامانه­های موشک برای آمادگی عملیاتی بازرسی می­شوند و برنامه­ی پرواز یا مسیر پرواز به رایانه­ی هدایت، داده می­شود. هنگام احتراق، سوخت­های مایع یا جامد نیروی پیشرانش را برای پرتاب موشک فراهم می­کنند. اگر موشک چند مرحله­ای باشد، هر مرحله هنگامی که سوخت آن مرحله تمام شده و یا نزدیک به تمام شدن باشد، نیروی پیشرانش خود را به پایان رسانده و سپس از باقی موشک جدا شده و مرحله بعدی شروع به احتراق می­کند. سامانه­ی هدایت و کنترل، موشک را در مسیر صحیح هدایت کرده و می­راند. پس از آنکه مرحله پایانی نیروی پیشرانش خود را به پایان رساند، بار مفید معمولاً به مسیر مورد نظر خود رها می­شود. در برخی از سامانه­ها بار مفید به بدنه موشک متصل باقی مانده و با آن به سوی هدف حرکت می­کند.

تعریف مرحله:
بيش‌تر موشک‌هاي دوربرد از دو يا تعداد بيش‌تري «مرحله» تشکيل شده‌اند، که «روي هم» و يا «در كنار هم» سوار مي‌شوند. مرحله‌ي دوم بالاي مرحله‌ي اول است و به همين ترتيب بقيه‌ي مراحل جا داده مي‌شوند. مرحله‌ي اول، موشک را از سکوي پرتاب بلند مي‌کند و گاهي با عنوان «بوستر» يا «مرحله‌ي اصلي» شناخته مي‌شود. هنگامي که پيشرانه‌ي مرحله‌ي اول تمام مي‌شود و يا موشك به ارتفاع و سرعت مطلوبي مي‌رسد، موتور اين مرحله خاموش مي‌شود و اين قسمت از بقيه‌ي موشك، جدا مي‌گردد تا مرحله‌ي بعدي مجبور نباشد يک جرم غيرضروري را حمل کند. به خاطر اين کاهش وزن، مراحل بعدي مي‌توانند موتور ضعيف‌تري داشته باشند و نيز مي‌توانند پيشرانه‌ي کم‌تري حمل کنند؛ که در نتيجه امکان انتقال محموله‌هاي سنگين‌‌تري فراهم مي‌شود..
موشک­های حامل فضایی و موشک­های گمانه­زنی برای قرار دادن ماهواره­ها در مدار و یا جمع­آوری داده­های علمی از لایه­های بالایی جو به کار می­روند. تفاوت ویژه مابین این موشک­ها با موشک­های بالستیک تهاجمی در بار مفید و کاربرد مورد نظر آن­ها است. با افزایش بار­ها و سامانه­های جنگ افزاری و الگوریتم­های هدایت متفاوت، موشک­های حامل فضایی و موشک­های گمانه­زنی می­توانند به عنوان موشک­های بالستیک تهاجمی عمل کنند. در اصل بسیاری از ماهواره­برها و موشک­های حامل فضایی معمولی کنونی مدل پیشرفته­ی موشک­های بالستیک قدیمی­تر هستند.


به این دلیل که سامانه­های موشکی کامل بزرگ هستند به ندرت به عنوان یک واحد کاملاً سرهم شده در یک بسته بندی قرار بگیرند تا از محل تولید به محل به کارگیری و یا به دست متقاضی ارسال شوند. به جای آن زیر سامانه­های اصلی در جعبه­هایی با کشتی­ها به محل های مورد نظر فرستاده می­شوند و آن­جا سرهم می­شوند. با این حال موشک­های بالستیک سیار که به صورت کامل سرهم شده اند، بر روی یک سامانه­ی حامل و پرتاب کننده­ی سیار به محل مورد نظر فرستاده می­شوند. موشک­های بالستیک و کروزموشك­هاي بالستيك به موشك­هايي مي­گويند كه تا ارتفاع بسيار بالايي اوج مي گيرند(كه اين قسمت راه با موتور روشن انجام مي­شود) و مابقي راه را با استفاده از نيروي جاذبه زمين به سمت هدف مي­روند كه مانند يك سقوط آزاد البته با هدايت صحيح است. برخي از موشك هاي بالستيك حتي از جو زمين نيز خارج مي­شوند و دوباره به جو زمین باز مي­گردند كه برد بسيار بالايي دارند.

موشک کروز:
موشک کروز پرتابه‌اي است که نيروي جلوبرندگيش را يک موتور جت (بيش‌تر نوع توربوفن) تامين مي‌کند؛ بنابراين طبق تعريف راکت و موشک، اصلا موشک نيست ولي همه جا اين اصطلاح به کار مي‌رود. موتور موشک کروز، در تمام مسيرش روشن است و گاهي اوقات، اين موشک بال هم دارد. به خاطر داشتن بال و موتور جت، برخي اوقات به آن «هواپيماي کوچک بدون سرنشين» يا «موشك بال‌دار» هم مي‌گويند. اين موشک‌ها اغلب، در ارتفاع پايين حرکت مي‌کنند. موشک کروز نیز دارای چهار ویژگی عمده هستند:· موشک کروز در طبقات پایین جو (حدود30 کیلومتر) از نیروی برای آیرودینامیکی(نیرویی که موشک یا هواپیما را روی هوا نگه می­دارد) استفاده می­کند­. · در حین پرواز قادر به تغییر مسیر و ارتفاع بوده و می­تواند به دفعات این کار را تکرار کند. · بردی بیشتر از 50 کیلومتر دارد­. · در یک پرواز عادی یکسره، موشک در تمام مسیر هدایت شده وحامل انواع مختلفی از سر جنگی است­. موشک­های کروز معمولا از فناوری­های مورد استفاده در هواپیما استفاده می­کنند و دارای کلاهک مشابه­، کوچکتر و ارزانتر از موشک­های بالستیک هستند. به کارگیری سامانه­های ناوبری و هدایت پیشرفته دقیق نظیر جی پی اس و گلوناس باعث شده تا نسبت به موشک­های بالستیک دقت بیشتری را دارا بوده و به همین دلیل از توسعه و تولید بیشتری نیز برخوردار باشند.

پیشرانش موشک ها


در يك موشك بر اثر احتراق سوخت، گازهاي داغي حاصل مي‌شود كه در هنگام خروج از يك نازل (شيپوره) نيرويي ايجاد مي‌كند كه مي‌تواند موشك را از زمين بلند كند. اگر چه اين نيرو ثابت مي‌ماند. اما شتاب موشك افزايش مي‌يابد چون بر اثر مصرف سوخت، موشك سبك تر مي‌شود .

موشك به همان آساني كه در جو كار مي‌كند، در فضاي ماوراي جو هم كار مي‌كند اما در ماوراي جو، پيشرانش موشك به علت فشار گاز‌هاي داغ در برخورد با جو نيست، بلكه بر اثر واكنش در برابر كنش است. وضعيت موشك در اين حالت مانند وضعيت كسي است كه در وسط يك زمين يخ زده بسيار لغزنده قرار گرفته است. او هر چقدر هم كه دست و پا بزند، از جايش تكان نخواهد خورد. اما اگر بر حسب اتفاق تعدادي كيف يا چمدان كوچك به همراه داشته باشد مي‌تواند براي حركت كردن از آن ها استفاده كند. اگر او كيف ها را يكي پس از ديگري در جهت معيني پرتاب كند، به آهستگي در جهت مخالف شروع به حركت خواهد كرد . در موشك‌هاي ابتدايي، مانند آنهايي كه چينيان ابداع كرده بودند، از سوخت جامد (باروت) استفاده مي‌شده است. هنگامي كه جرقه‌اي به باروت زده شود، اين سوخت جامد انرژي خود را به صورت يك انفجار آزاد مي‌كند. پيشرفت در طرح و ساخت موشك‌هاي قرن حاضر ، بيشتر معطوف به استفاده از سوخت‌هاي مايع بوده است. از اين نوع سوخت‌ها در مقايسه با وزن مساوي از سوخت جامد نه تنها انرژي بيشتري آزاد مي‌كنند، بلكه بهتر هم قابل كنترل هستند .
در موشكي كه با سوخت مايع كار مي‌كند، سوخت نخواهد سوخت مگر اينكه با يك اكسيد‌كننده مخلوط شود. برخلاف يك هواپيماي جت موشك نمي‌تواند هميشه اكسيژن مورد نياز سوختش را از جو تامين كند (چون به ارتفاع‌هاي خيلي بالايي مي‌رود كه غلظت اكسيژن حتي به صفر مي‌رسد)، بنابراين بايد اكسيژن مورد نياز را با خود ببرد. سوخت و اكسيد‌كننده را در مخازن جداگانه ذخيره و حمل مي‌كنند و در هنگام احتراق آنها را در محفظه احتراق تلمبه مي‌كنند، كه در آنجا سوخت مي‌سوزد (در واقع منفجر مي‌شود). گازهاي حاصل از راه شيپوره با سرعت زيادي خارج مي‌شوند. و مقدار نيروي پيشرانش موشك، از طريق زياد يا كم كردن ميزان سوخت و اكسيد‌كننده ورودي به محفظه احتراق، كنترل مي‌شود .
موتور جت:

موتورجت موتوری است که هوا را در سرعت جریان آزاد گرفته، آن را به وسیله­ ی احتراق با سوخت در داخل مخزن گرم می­ کند و سپس مخلوط داغ هوا و محصولات احتراق را با سرعتی خیلی بیشتر از عقب به بیرون می ­فرستد. بر طبق قانون سوم نیوتن، عکس العمل مخالف و مساوی یک نیروی پیشرانش را به وجود می ­آورد. موتور جت یک موتور عکس العملی است که سیال را بر اساس قانون سوم نیوتن با سرعت بالا به حرکت در می­ آورد. این تعریف کلی از موتورهای جت دربرگیرنده توربو جت­ ها، توربو فن­ ها و موشک­ ها است. به طور عمومی بیشتر موتورهای جت از نوع موتورهای احتراق داخلی هستند ولی انواع احتراق خارجی آن نیز وجود دارد. موتورهای جت از سه قسمت اصلی تشكیل شده اند كه عبارتند از كمپرسور،‌ محفظه­ ی احتراق و توربین. توربین در قسمت انتهایی موتور قرار دارد و نیروی محركه كمپرسور را تأمین و از طریق یك یا چند میله به كمپرسور می رساند.

سوخت موشک آلماني V2 در جنگ جهاني دوم، نفت سفيد و اكسيژن بود. امروزه سوخت موشك‌ها، هيدرازين (يكي ديگر از هيدروكربن‌هاي مايع) يا سوخت‌هاي سرما‌زا ( از قبيل هيدروژن مايع و اكسيژن مايع) است. هيدرازين يك سوخت هايپر‌گوليك است، يعني در صورت وجود اكسيد‌كننده‌اي مانند دي‌نيتروژن تتروكسيد به طور خودبه‌خودي محترق (منفجر) مي‌شود. بازده هيدرازين در حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد كمتر از سوخت‌هاي سرما‌زا است، اما كاربرد آن ساده‌تر و مطمئن‌تر است. سوخت‌هاي سرما‌زا را براي اينكه مايع باقي بمانند، بايد تا دماي پاييني سرد كنند. بنابراين موتور بايد سيستم پيچيده‌اي از لوله‌ها براي عبور سوخت سرد شده داشته باشد. اين سوخت‌ها نيز به يك محترق كننده نياز دارند.درست در طي پرتاب موشك است كه سوخت‌هاي سرما‌زا برتري خود را نشان مي‌دهند، يعني زماني كه حداكثر بازده ممكن براي بلند كردن موشك و بار‌هاي آن از زمين لازم است.

پیشرانه های موشکی
سوخت ماده‌اي است که وقتي مي‌سوزد با اکسيژن ترکيب مي‌شود و براي موتور (پيشرانش)، گاز داغ ايجاد مي‌کند. اکسيدکننده عاملي است که براي ترکيب با سوخت، اکسيژن يا ماده‌ي اكسيدكننده كه لزوما اكسيژن نيست آزاد مي‌نمايد. يكي از غلط‌هاي مصطلح استفاده از واژه‌ي سوخت به جاي هر دو مولفه‌ي «سوخت» و «اكسيدكننده» است. درست آن است كه از واژه‌ي پيشرانه (propellant) استفاده شود و منظور از آن هر دو مولفه‌ي «سوخت» و «اكسيدكننده‌» است. موتورهاي پيشرانه‌ي جامد يا با نام معروف‌ترِ موتورهاي سوخت جامد بين تمامي موشك‌ها، از ساده‌ترين طراحي برخوردار مي‌باشند. اين دسته از موتورها شامل محفظه يا پوسته‌اي از جنس فولاد ضدزنگ بوده، درون آن با مخلوطي از ترکيبات جامد پر مي‌شود. اين تركيبات جامد، هم داراي عامل يا مولفه‌ي «سوخت» است و هم عامل يا مولفه‌ي «اكسید کننده» است .
پيشرانه‌هاي جامد
اين ترکيبات داراي سرعت سوزش بالايي هستند و گازهاي داغ ناشي از احتراق آن‌ها، هنگام خروج از بخش استوانه‌اي و نازل، نيروي پيشران (تراست) لازم را ايجاد مي‌نمايند. وقتي موتور شروع به کار مي‌کند، پيشرانه‌ي جامد از قسمت مياني به سمت کناره شروع به سوزش مي‌نمايد. شکل کانال ميانيِ تعبيه‌شده در ميانِ پيشرانه‌ي جامد، تعيين‌کننده‌ي سرعت و الگوي سوزش مي‌باشد. بنابراين نوع طراحي کانال، وسيله‌اي براي کنترل نيروي پيشران (تراست) به شمار مي‌رود. بر خلاف موتورهاي پيشرانه‌ي مايع، موتورهاي پيشرانه‌ي جامد چندان كنترل‌پذير نيستند و پس از روشن شدن آن‌ها، امکان کنترل فرآيند کار موتور و در صورت نياز خاموش کردن، تقريباً ناممکن است. عموماً اين دسته از موتورها پس از روشن شدن تا وقتي که تمامي پيشرانه مصرف شود، مي‌سوزند.پيشرانه‌هاي همگن به دو دسته‌ي تک‌پايه و دوپايه تقسيم مي‌شوند. ترکيب پيشرانه‌ي تک‌پايه، معمولاً نيتروسلولزي مي‌باشد که داراي هر دو خاصيت اکسيدکنندگي و احياکنندگي مي‌باشد. پيشرانه‌هاي دوپايه، معمولاً داراي نيتروسلولز و نيتروگلسيرين مي‌باشند، که با يک پلاستي‌سايزر، پر مي‌شوند. در شرايط معمولي، پيشرانه‌هاي همگن، ايمپالس ويژه‌اي بالاتر از 210 ثانيه ندارند و عمده‌ي مزيت آن‌ها، در توليد نكردن دودهاي قابل رديابي مي‌باشد؛ لذا معمولاً از آن‌ها در جنگ‌افزارهاي تاکتيکي استفاده مي‌شود. اغلب از اين نوع پيشرانه‌ها، در انجام عمليات کمکي يا فرعي، همانند پرتاب قطعات بدرد نخور به دريا يا در سامانه‌ي جدايش يک بخش موشك از بخش ديگر آن، استفاده مي‌شود.پيشرانه‌هاي جامد دو خانواده دارند: همگن و مرکب. هر دو نوع اين پيشرانه‌ها، متراکم بوده، در دماي معمولي پايدار مي‌باشند و به سادگي مي‌توان آن‌ها را نگهداري نمود .
پيشرانه‌هاي مرکب پيشرفته، پودرهاي ناهمگني (مخلوط) مي‌باشند که شامل يک نمک کريستاله‌شده يا نمک‌هاي معدني بسيار نرم، مثل پرکلرات آمونيوم مي‌باشند. اين نمک‌ها نقش اکسيدکنندگي داشته، بين 60% تا 90% وزن پيشرانه را تشکيل مي‌دهند. جزء احياشونده يا سوخت، معمولاً آلومينيوم مي‌باشد. پيشرانه به‌وسيله‌ي يک بايندر نظير پلي اوره‌اتان يا پلي‌بوتادي‌ان _ که به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي‌گيرند _ کنار يکديگر نگه‌داشته مي‌شوند. علاوه بر آن‌چه گفته شد، گاهي ترکيبات حاوي کاتاليست نيز، براي کمک به افزايش سرعت سوزش و يا تسهيل فرآيند توليد پيشرانه، به سوخت جامد اضافه مي‌شود. محصول نهايي جسمي شبيه لاستيک با استحکامي نزديک به پاک‌کن لاستيکي سفت است.
پيشرانه‌هاي مرکب اغلب با نوع بايندر استفاده‌شده شناخته مي‌شوند.
دو نوع بايندر، معمولا مورد استفاده قرار مي‌گيرند؛ پلي‌بوتادي‌ان اکريليک اسيد اکريلونيتريل (پي.‌بي‌.اِي‌.‌ان) و هيدروکسي ترميناتور پلي‌ بوتادي‌ان (اِچ.‌تي.‌پي.‌بي). فرمولاسيون «پي.بي.اِي.ان» نسبت به فرمولاسيون «اِچ.تي.پي.بي» ايمپالس ويژه، دانسيته و سرعت سوزش نسبتاً بالاتري دارد. به ‌هرحال، پيشرانه‌ي «پي.بي.اِي.ان» مشکلاتي را در اختلاط و توليد دارد كه به دليل نياز به بالابردن دما جهت تهيه آن ايجاد مي‌شود. بايندر «اِچ.تي.پي.بي» بسيار قوي‌تر و انعطاف‌پذيرتر از «پي.بي.اِي.ان» مي‌باشد. از ويژگي‌هاي خوب اين دو پيشرانه مي‌توان به مشخصات مکانيکي مناسب و پتانسيل زمان سوزش طولاني‌تر نسبت به پيشرانه‌هاي همگن، اشاره کرد.
موتورهاي پيشرانه‌ي جامد، تنوع کاربري خوبي دارند. اغلب، موتورهاي پيشرانه‌ي جامدِ کوچک، به‌عنوان شتاب‌دهنده‌هاي مرحله‌ي پاياني ماهواره‌برها و يا براي جابه‌جايي سامانه‌هاي فضايي به مدارهاي بالاتر، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. موتورهاي پيشرانه‌ي جامدِ متوسط كاربردهاي ديگري دارند، مانند؛ «بخش کمک‌كننده‌ي بارمفيد» (پي.اِي.ام) و «مرحله‌ي پاياني اينِرشيال» (آي.يو.اِس) كه اين‌ها تراسترهاي کمکي محسوب مي‌شوند و باعث رسيدن به مدار بالاتر يا افزايش برد و جابه‌جايي خط سير موشک، مي‌شوند.در پرتاب‌گرهاي فضاپيماي شاتل، موشك دلتا و تيتان از موتورهاي پيشرانه‌ي جامد، براي افزايش تراست _ به ويژه در مرحله‌ي اول _ استفاده مي‌شود؛ به اين تقويت‌كننده‌هاي تراست، بوستر سوخت جامد گفته مي‌شود. در پرتاب‌گر فضاپيماي شاتل، از بوسترهاي سوخت جامد بزرگي استفاده مي‌شود كه هر يك شامل 500 تن‌ (1100000 پوند) پيشرانه مي‌باشد و مي‌تواند نيروي پيشراني بيش از 14680 تن‌كيلوگرم (يا 3300000 پوندنيرو) توليد نمايد.
(
شاتل فضايي، يك سامانه حمل و نقل فضايي سرنشين‌دار، قابل بازگشت و قابل استفاده مجدد است. این سامانه از 1981 میلادی توسط آمریکا براي حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ايستگاه‌هاي فضايي و مواد و تجهيزات مورد نياز ايستگاه‌هاي فضايي، به فضا استفاده مي‌شود .)

 

ghxzy

کاربر فعال تالار اسلام و قرآن ,
کاربر ممتاز

پيشرانه‌هاي مايع


در يک موشک سوخت مايع، سوخت و اکسيدکننده در مخازن مجزا نگهداري مي‌شوند و از طريق سازوكاري که مركب از لوله‌ها، شيرها و توربوپمپ مي‌باشد، به محفظه‌احتراق وارد مي‌شوند و مي‌سوزند. با احتراق پيشرانه ، گاز داغي توليد مي‌شود كه در هنگام عبور از محفظه بر سرعت آن افزوده مي‌شود و از دماي آن كاسته مي‌شود. به عبارت ديگر محفظه‌احتراق، انرژي شيميايي سوخت را به انرژي جنبشي بدل مي‌كند و اين است كه نيروي پيشران (تراست) ايجاد مي‌گردد.

موتورهاي سوخت مايع از نظر پيچيدگي نقطه‌ي مقابل موتورهاي سوخت جامد هستند اما به هرحال به ازاي پيچيدگيِ موتورهاي سوخت مايع، مزايايي هم دارند که از آن جمله، مي‌توان به اين مورد اشاره نمود که در موتورهاي سوخت مايع، با کنترل جريان پيشرانه به محفظه‌احتراق، مي‌توان كاهش يا افزايش نيروي پيشران، توقف يا استارت مجدد موتور را سبب گرديد در حالي كه در موتورهاي سوخت جامد در عين سادگي، چنين امكاني تقريبا غيرممكن است.يک سوخت خوب، سوختي است که داراي ضربه‌ي ويژه‌ي بالايي باشد يا از جنبه‌ي ديگر، سرعت خروج گازهاي داغ از نازل (شيپوره‌ي خروجي) آن زياد باشد. بالا بودن اين سرعت مي‌تواند به دليل بالا بودن دماي احتراق و گازهاي خروجي و يا كم‌تر بودن وزن مولکولي گاز داغ، باشد.
فاکتورهاي مهم ديگري نيز در خوب بودن يك سوخت دخالت دارد از آن جمله مي‌توان به جرم‌حجمي، دماي نگهداري و سميت سوخت اشاره نمود. استفاده از سوختي با جرم‌حجمي پايين به اين معني است که مخازن بزرگي براي ذخيره‌ي آن در موشك نياز مي‌باشد، و اين امر افزايش وزن موشک را به همراه خواهد داشت.
سوختي با دماي نگهداري پايين نيازمند يك سامانه‌ي برودتي جهت نگهداري است و مخازن نگهداري آن بايد داراي عايق‌کاري ويژه باشد. بديهي است استفاده از اين تجهيزات نيز وزن موشک را افزايش خواهد داد.

همچنين سميت سوخت مهم است، چراکه مشکلات ايمني زيادي را، موقع جابجايي، ترابري، نگهداري و کار با سوخت موجب خواهد شد. به علاوه معمولا چنين سوخت‌هايي بسيار خورنده نيز مي‌باشند.
سوخت‌هاي مايعي که در موشک‌هاي حامل (يا ماهواره‌بر) تجاري استفاده شده‌اند را، مي‌توان در سه گروه دسته‌بندي نمود:
مواد نفتي، سرمازا و خودمشتعل.

پيشرانه هاي نفتي


سوخت‌هايي هستند که از اجزاء نفت خام تصفيه شده، تهيه مي‌شوند و شامل مخلوطي از هيدروکربن‌هاي پيچيده مي‌باشند. هيدروکربن‌ها دسته‌اي از ترکيبات آلي هستند که تنها داراي کربن و هيدروژن مي‌باشند. يكي از مواد نفتي استفاده شده براي سوخت موشک، کروسين سنگين است که در آمريكا آن را «آر پي - 1» مي‌نامند. سوخت‌هاي نفتي معمولاً در ترکيب با اکسيژن مايع - به عنوان مولفه‌ي اکسيدکننده‌ي پيشرانه‌ي موشك - استفاده مي‌شوند. کروسين نسبت به سوخت‌هاي سرمازا ضربه‌ي ويژه‌ي کم‌تري دارد،
اما بهتر از سوخت‌هاي خودمشتعل‌شونده مي‌باشد.
كروسين يا «آر پي - 1» را مي‌توان سوخت تميزي دانست كه براي اولين بار در سال 1957 در امريکا مورد استفاده قرار گرفت. اولين تجربه‌ي استفاده از سوخت، با مشخصه‌هايي مانند پس‌ماند قيرمانند در کانال‌هاي خنک‌كاري موتور، دوده‌ي بيش از اندازه، کُک و نيز ساير رسوبات در مولدگازِ موتور، همراه بود. با آن كه براي از بين رفتن اين اثرات نامطلوب كارهايي زيادي انجام گرفت اما كروسين‌هاي جديد نيز پس‌ماندهايي را موجب مي‌شدند که باعث محدود شدن مدت زمان کاربري آن‌ها مي‌گرديد.اکسيژن مايع و «آر پي -1» به عنوان پيشرانه در اولين بوسترهاي تک مرحله‌ايِ موشک‌هاي اطلس و دلتا 2 استفاده شدند. هم‌چنين از اين زوج به عنوان نيروي بالابرنده‌ي مرحله‌ي اول موشک‌هاي «ساتورن 1-بي» و «ساتورن 5 » استفاده شده است.

طراحي سوختي نفتي با استفاده از برش‌هاي نفتيِ حاصل از تصفيه‌ي نفت خام با توجه به مشخصات شيميايي و احتراقي آن صورت مي‌گيرد که از جمله مشخصات فيزيکي و شيميايي مورد استفاده در طراحي سوخت، مي‌توان به جرم‌حجمي، دامنه‌ي جوش، ميزان و نوع ترکيبات موجود، نقطه‌ي اشتعال، نقطه‌ي آنيليني و ... اشاره نمود.


پيشرانه‌هاي سرمازا


پيشرانه‌هاي سرمازا گازهايي هستند که در دماهاي بسيار پايين به صورت مايع نگهداري مي‌شوند. معروف‌ترين پيشرانه‌هاي سرمازا، هيدروژن مايع - به عنوان سوخت «ال اچ2» - و اکسيژن مايع «ال اُ ايکس يا ال اُ 2» - به عنوان اکسيدکننده - مي‌باشند. هيدروژن در دماي 253- درجه سانتي‌گراد و اکسيژن در دماي 183- درجه سانتي‌گراد مايع مي‌باشند.

تامين دماي پايين پيشرانه‌هاي سرمازا، مشکلاتي را در نگهداري طولاني مدت آن‌ها، موجب مي‌شود. به همين دليل اين نوع پيشرانه‌ها براي استفاده در موشک‌هاي نظامي که بايستي مدت‌ها به صورت آماده‌‌ي پرتاب، نگهداري شوند، چندان خوشايند و مطلوب نيست. به‌علاوه هيدروژن مايع داراي جرم‌حجمي بسيار کمي است (071/0 گرم در هر ميلي‌ليتر) لذا براي نگهداري آن‌ها نسبت به سوخت‌هاي ديگر به تانک‌هايي با حجم چندين برابر بزرگ‌تر نياز داريم. اين مشکلات باعث شده که زوج پيشرانه‌ي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» عملياتي نباشند. ضربه‌ي ويژه‌ي هيدروژن مايع حدود 30 تا 40 درصد بيش‌تر از ساير سوخت‌هاي موشکي است و اين يكي از مزاياي اساسي اين زوج موفق است!
اکسيژن مايع و هيدروژن مايع به عنوان پيشرانه‌اي با کارايي بالا، در موتورهاي شاتل‌هاي فضايي استفاده مي‌شوند. از اين زوج در موتورهاي مراحل بالاي موشك‌‌هاي «ساتورن يك بي» و «ساتورن 5» استفاده شده است. امريکا اولين موشک پيشرانه «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» خود را در سال 1962 استفاده کرد.
از ديگر سوخت‌هاي سرمازا با خواص مناسب براي سامانه‌هاي پيشران فضايي، مي‌توان به متان (با نقطه جوش 162- درجه‌ي ساني‌گراد) اشاره نمود. پيشرانه‌ي «متان و اکسيژن مايع»، ويژگي‌هاي بارزتري نسبت به پيشرانه‌هاي قابل نگهداري دارد، همچنين نسبت به پيشرانه‌ي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» حجم كم‌تري را اشغال مي‌كندو نسبت به پيشرانه‌هاي هايپرگوليکِ معمول (خود مشتعل) وزن موشک حامل، کم‌تر مي‌باشد. پيشرانه‌ي «متان و اکسيژن مايع» تميز مي‌سوزد، سمي نيست و مي‌توان آن را از منابع طبيعي تهيه نمود. البته از لحاظ تاريخي هيچ تست پرتابي با اين زوج پيشرانه انجام نشده است و تعداد تست‌هاي زميني که با اين سوخت زده شده نيز، محدود مي‌باشد. شايد دليل اين امر آن است كه طراحي موشك‌هاي جديدي كه بتواند با زوج «متان و اکسيژن مايع» كار كند، در مقابل استفاده از موشك‌هاي قديمي بسيار بالاست.
موتورهايي که با فلورين مايع (با نقطه‌ي انجماد 188- درجه‌ي سانتي‌گراد) مي‌سوزند، به پيشرفت‌هاي جالبي رسيده‌اند و به‌طور موفقيت‌آميزي شليک شده‌اند. فلورين به شدت سمي است اما يك اکسيدکننده‌ي بسيار عالي مي‌باشد و تقريباً به طور شديدي با اغلب عناصر و تركيبات به جز نيتروژن - که گاز نجيبي است ! - واکنش مي‌دهد و ترکيبات فلورينه توليد مي‌نمايد. علي‌رغم سميت بالا، وجود فلورين موجب بالا رفتن عملکرد موتورها مي‌گرد. فلورين مي‌تواند با اکسيژن مايع مخلوط شود و ويژگي‌هاي موتورهاي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» را بهبود ببخشد.
نتيجه‌ي اختلاط را «اف‌ ال اُ ايکس» مي‌نامند. چون فلورين‌ها سميت بسيار بالايي دارند، در اغلب نمايشگاه‌هاي بين‌المللي هوافضايي مطرود هستند.

بيش‌تر فلورين‌ها شامل ترکيباتي از قبيل کلرين پنتافلوريد مي‌باشند که به عنوان اکسيدکننده در عمليات فضايي دوردست استفاده‌ي گسترده‌اي دارند.

پیشرانه های خود مشتعل

پيشرانه‌هايي هستند که سوخت و اکسيدکننده به طور مجزا درون محفظه احتراق تزريق مي‌شوند و بدون نياز به آتشزنه و فقط با برخورد با يکديگر، شعله‌ور مي‌شوند. دقت كنيد كه ديگر پيشرانه‌هايي كه ناكنون از آن‌ها نام برديم براي شروع احتراق به آتشزنه نياز دارند. استارت آسان و قابليت استارت مجدد از مزاياي پيشرانه‌هاي خودمشتعل مي‌باشند که آن‌ها را براي سامانه‌هاي مانوري فضاپيماها - كه نياز است بارها خاموش و روشن شوند - ايده‌آل نموده است. همچنين چون در دماي معمولي به صورت مايع مي‌باشد، در اين نوع سوخت‌ها با مشکلات و مسائلي پيشرانه‌هاي سرمازا روبه‌رو نيستيم. خودمشتعل‌ها (هايپرگوليک‌ها) بسيار سمي هستند و مي‌بايستي با نهايت دقت جابه‌جا شوند.
معمول‌ترين سوخت‌هاي خودمشتعل (هايپرگوليک) شامل هيدرازين، مونومتيل هيدرازين(ام ام اچ) و دي متيل هيدرازين نامتقارن (يو دي ام اچ) مي‌باشند. هيدرازين به عنوان سوخت موشک از ويژگي‌هاي مناسبي برخوردار است، اما چون داراي نقطه‌ي انجماد بالايي است و ناپايدار مي‌باشد، نمي‌توان به آن به عنوان يك عامل خنک‌کننده اطمينان نمود چون ساختار موتورهاي سوخت مايع به گونه‌اي است كه هر مولفه‌ي پيشرانه بايد بتواند خنك‌كننده‌ي خوبي نيز، باشد.«ام ام اچ» نسبتاً پايدارتر است و تا نقطه‌ي انجمادش عملکرد خوبي دارد و به عنوان پيشرانه در فضاپيماها استفاده مي‌شود. «يو دي ام اچ» داراي نقطه‌ي ذوب پايين‌تري است و از پايداري دمايي مناسب‌تري برخوردار مي‌باشد و در موتورهاي بزرگ - که با مولفه‌ي سوخت خنک مي‌شوند - کاربرد دارد. در نتيجه «يو دي ام اچ» به طور معمول در موشک‌هاي حامل (ماهواره‌برها) استفاده مي‌شود و نسبت به ساير مشتقات هيدرازين از کارايي مناسب‌تري برخودار است. از اين سوخت، در سوخت‌هاي ترکيبي، مانند آيروزين 50 (يا 50 - 50) - که مخلوطي از 50 درصد «يو دي ام اچ» و 50 درصد هيدرازين مي‌باشد - استفاده شده است. آيروزين 50 تقريباً پايدارتر از «يو دي ام اچ» بوده، عملکرد بهتري دارد.
از اکسيدکننده‌هاي خودمشتعل معروف و معمول مي‌توان به تتروکسيد نيتروژن «ان تي اُ» و اسيدنيتريک اشاره نمود. تتروکسيد نيتروژن خورندگي کم‌تري نسبت به اسيد نيتريک دارد و عملکرد بهتري از خود نشان مي‌دهد، اما از نقطه‌ي ذوب بالايي برخوردار است. در نتيجه وقتي نقطه‌ي انجماد چندان اهميت نداشته باشد، تتروکسيد نيتروژن بهترين گزينه براي اکسيدکنندگي مي‌باشد.در امريکا، اسيدنيتريکي که به عنوان اکسيدکننده استفاده مي‌شود، از نوع «اِي - 3» است و اسيد نيتريک دودکننده‌ي قرمز ممانعت‌شده «آي آر اِف اِن اِي» ناميده مي‌شود. «آي آر اِف اِن اِي» حاوي اسيدنيتريك، 14 درصد تتروکسيد نيتروژن، 5/1 تا 2 درصد آب و 6/0 درصد فلوريدهيدروژن مي‌باشد.
در اين مخلوط فلوريدهيدروژن به منظور ممانعت‌کننده‌ي خوردگي افزوده مي‌شود.
مشخصات نظامي «آي آر اِف اِن اِي» و «يو دي ام اچ» براي اولين بار به ترتيب در سال‌هاي 1954 و 1955 در امريکا انتشار يافت. در خانواده‌ي موشك‌‌هاي تيتان، موشک‌هاي ماهواره‌بر دلتا 2 از آيروزين 50 و «ان تي اُ» استفاده شده است. از زوج «ان تي اُ + ام ام اچ» در سامانه‌هاي پيشرانِ، مانور مداري و عكس‌العمليِ شاتل‌هاي فضايي استفاده شده است.استفاده از زوج پيشرانه‌ي «آي آر اِف اِن اِي» و «يو دي ام اچ» در موشک‌هاي تاکتيکي در فاصله‌ي سال‌هاي 1972-1991 در بين دو ابرثدرت موشكي، بسيار معمول بوده است.
بيشتر اوقات از هيدرازين به عنوان تک پيشرانه، در موتورهاي تجزيه‌‌اي کاتاليتيکي استفاده مي‌شود. در اين موتورها، سوخت مايع در حضور يک کاتاليست، تجزيه مي‌شود و گاز داغ مورد نياز براي پيشرانندگي را ايجاد مي‌كند.
تجزيه‌ي هيدرازين دمايي حدود 925 درجه سانتي‌گراد و ضربه‌ي ويژه‌اي حدود 230 يا 240 ثانيه توليد مي‌نمايد. هيدرازين هنگام تجزيه به هيدروژن و نيتروژن، يا آمونياک و نيتروژن شكسته مي‌شود.

پيشرانه‌هاي مايع قديمي

الکل‌ها به طور معمول به عنوان سوخت موشک، طي سال‌هاي اوليه توسعه‌ي فناوري موشكي مورد استفاده قرار مي‌گرفتند. موشک آلماني «وي2» و همچنين موشک زمين به زمين ردستون امريکا، با اكسيژن مايع و اتانول) كار مي‌كردند. به هر حال در روند پيشرفت‌هاي فناوري موشكي، با افزايش کارايي سوخت‌ها، از الکل‌ها استقبال چنداني نشد و آن‌ها خيلي زود كنار گذاشته شدند.

پروکسيدهيدروژن يکي از اکسيدکننده‌هاي قابل توجه مي‌باشد که در موشک انگليسي بلک آرو استفاده شده بود. غلظت‌هاي بالاي پروکسيد هيدروژن را «هاي تست پروکسيد يا «اچ تي پي» مي‌نامند. عملکرد و جرم حجمي «اچ تي پي» کم‌تر از اسيدنيتريک است و از سميت و خورندگي کم‌تري برخوردار مي‌باشد. «اچ تي پي» نقطه‌ي انجماد پاييني دارد و ناپايدار مي‌باشد. گرچه هيچ موقع از آن به عنوان عامل اکسيدکننده در موشک‌هاي بزرگِ دومولفه‌اي استفاده نشده است ولي ديده شده که به عنوان پيشرانه يک مولفه‌اي مورد استفاده قرار گرفته است. «اچ تي پي» در حضور کاتاليست به اکسيژن و بخار فوق گرم تبديل مي‌شود و ضربه‌ي ويژه‌اي حدود 150 ثانيه ايجاد مي‌نمايد.
 

ghxzy

کاربر فعال تالار اسلام و قرآن ,
کاربر ممتاز
موتور موشک های هیبریدی

موتور موشک های هیبریدی

در موشك‌هاي با پيشرانه‌ي ترکيبي سعي مي‌شود که امتيازات پيشرانه‌هاي مايع و جامد با هم جمع شود. به همين خاطر سوخت را جامد و اکسيدکننده را مايع در نظر مي‌گيرند. يک موتور موشک با پيشرانه‌ي ترکيبي شامل يک محفظه‌ي لوله‌اي شکل به عنوان محفظه‌ي احتراق مي‌شود. اين محفظه مشابه با موتورهاي با پيشرانه‌ جامد است و از يک ماده‌ شيميايي جامد پر شده است. بالاي اين محفظه‌ احتراق، مخزنی وجود دارد که حاوي يک مايع شيميايي است. اين مايع نقش اکسيدکننده را بازي مي‌کند. اين دو ماده‌ شيميايي از نوع خود مشتعل هستند، يعني پس از برخورد به يكديگر بدون نياز به جرقه‌ اوليه، آتش مي‌گيرند. بنابراين با تزريق اکسيدکننده به درون محفظه‌ احتراق، سوزش اتفاق مي‌افتد و نيروي پیشرانش عبارتند از:


  • · قابليت توقف و راه‌اندازي دوباره و داشتن نيروي جلوبرندگي متغير (کنترل پذيري بالا)؛ مانند موتورهاي با پيشرانه‌ي مايع؛ كه اين قابليت در موتورهاي سوخت جامد يا وجود ندارد و يا بسيار به سختي انجام مي‌پذيرد.

  • · توليد انرژي بيش‌تر نسبت به موتورهاي با پيشرانه جامد

  • · قابليت ذخيره و انبارشوندگي به مدت طولاني؛ مانند موتورهاي با پيشرانه جامد

  • · دارا بودن نيمي از پيچيدگي‌هاي توربوماشيني (پمپ و لوله‌کشي) موتورهاي با پيشرانه‌ي مايع، به خاطر حذف يكي از مولفه‌هاي سوخت مايع و وجود تنها يك مولفه مايع

  • · حساسيت کم‌تر در مقابل خوردگي نسبت به پيشرانه‌هاي جامد، به خاطر حذف اکسيدکننده‌ جامد

  • · ايمني بالاتر نسبت به پيشران‌هاي جامد؛ زيرا سوخت و اکسيدکننده از قبل با هم ترکيب نشده‌اند و احتمال آتش‌گرفتن تصادفي آن‌ها از بين مي‌رود.
در مورد معايب پيشرانه‌هاي ترکيبي هم مي‌توان گفت که آن‌ها نسبت به پيشرانه‌هاي مايع انرژي کم‌تري توليد مي‌کنند (زيرا سوخت با سرعت کم‌تري در آن‌ها مي‌سوزد) و از موتورهاي با پيشرانه‌ جامد پيچيده‌تر هستند.موتورهاي با پيشرانه‌ ترکيبي هنوز در مرحله‌ تحقيقاتي هستند و در زمينه‌ي نظامي، چندان عملياتي نشده‌اند. کاربردهاي تحقيقاتي آن‌ها، البته جالب است. به عنوان نمونه محققان از آن‌ها براي شتاب بخشيدن به موتورسيکلت‌ها و اتومبيل‌هاي تحقيقاتي که سعي در شکستن رکورد سرعت زميني داشتند، استفاده کرده‌اند. همچنين امنيت بالاي آن‌ها باعث شده است تا طراحان، اين نوع پيشرانه را در برنامه‌هاي انسان پرنده يا پرواز انساني استفاده کنند. يکي از اين آزمايش‌ها مربوط به شرکت امريکايي اسکيلد کامپوزيتز مي‌شود که در سال 2004 با استفاده از وسيله‌اي به نام کشتي فضايي يک انجام شد. در اين آزمايش يک خلبان آزمايش‌کننده به نام ميشل ملويل با استفاده از کشتي فضايي يك -که از يک هواپيما پرتاب شد و مجهز به موشکي ترکيبي بود- به ارتفاع 100 کيلومتري بالاي سطح زمين، يعني به فضا برده شد.بايد توجه داشت که اين نوع موشک‌ها هنوز آن ‌قدر قدرتمند نشده‌‌اند که از روي سطح زمين، بتوانند انساني را به فضا بفرستند؛ ولي براي ارسال تجهيزات نجومي و ماهواره‌هاي تمريني به فضا استفاده مي‌شوند.
 

* violet

عضو جدید
دوست خوبم مرسی که زحمت کشیدین.اما فکر میکنم جاش اینجا نیست( به جز پست سوم )بهتر بود تو تالار هوافضا میذاشتین:gol:
 

Similar threads

بالا