پیشرانه های سوخت جامد و مایع موشک
مقدمه
پیشرانه های سوخت جامد و مایع، از جمله اجزای اصلی موشک ها هستند که برای حرکت و پرواز آن ها استفاده می شوند. پیشرانه سوخت جامد، شامل یک ماده سوختی جامد است که با احتراق آن، گاز هایی تولید می شود که به عنوان نیروی پرتاب برای موشک استفاده می شود. در حالی که پیشرانه سوخت مایع، شامل چندین ماده شیمیایی است که با ترکیب آن ها، گاز های قابل احتراق تولید می شود.
پیشرانه سوخت جامد به دلیل دارا بودن ویژگی هایی نظیر قابلیت حمل و نقل آسان، عمر طولانی، قابلیت ذخیره بالا و کاربردهای گسترده در صنعت فضائی و نظامی، یک رقم خطیر در صنعت فضائی به شمار میرود. همچنین، پیشرانه سوخت مایع به دلیل دارا بودن توان حرکتی بالا، قابلیت تنظیم قدرت و زمان اشتعال، وزن کم و قابلیت کاربرد در محدوده دماهای گسترده، یک رقم خطیر در صنعت فضائی به شمار میرود.
پیشرانه سوخت جامد
پیشرانه های سوخت جامد (Solid Fuel Rockets) از جمله انواع پیشرانه های مورد استفاده در صنعت فضایی و نظامی هستند. این پیشرانه ها شامل سوخت جامد، مثل پودر آلومینیوم، نیتروسلولز و پلاستیک های سوختنی هستند.
کارایی پیشرانه های سوخت جامد بسیار بالا است. زیرا آنها دارای چگالی بالا، حجم کم و قابل حمل هستند. علاوه بر این، آنها دارای توان بالای حرکت دهنده محسوب می شوند و به راحتی قابل کنترل و تغذیه هستند.
با این حال، چالش های مربوط به استفاده از پیشرانه های سوخت جامد شامل عدم قابل بازگشت بودن فرآیند سوخت و نجات، عدم تغذیه قابل تعقیب در طول پرواز و ناتوانی در تغذیه دقیق در طول زمان هستند. به علاوه، پیشرانه های سوخت جامد دارای محدودیت در تغییر سرعت و قابلیت کنترل هستند.
با این حال، با توجه به کارایی بالای آنها و قابلیت استفاده در شرایط سخت، پیشرانه های سوخت جامد همچنان در صنعت فضایی و نظامی استفاده می شوند.
پیشرانه های سوخت مایع
پیشرانه های سوخت مایع شامل بنزین، دیزل، نفت سفید، گازوئیل، جت فوئل و سوخت های مشابه هستند. این پیشرانه ها برای انجام کارهای مختلف در خودروها، هواپیماها، قایق ها و دستگاه های صنعتی استفاده می شوند. این سوخت ها با احتراق در داخل موتور، انرژی لازم برای حرکت و تولید قدرت را تامین می کنند.
مزایای پیشرانه های سوخت جامد
1- قابلیت ذخیره سازی بالا: پیشرانه های سوخت جامد، به دلیل عدم نیاز به مخزن های پیچیده و خطرناک، قابلیت ذخیره سازی بالایی دارند.
2- عمر مفید طولانی: پس از تولید، پیشرانه های سوخت جامد موشک به مدت چندین سال قابل استفاده هستند و نیاز به نگهداری کمتر دارند.
3- کاربردهای گسترده: این نوع پیشرانه ها در صنعت فضایی، صنعت نظامی و حمل و نقل فضایی استفاده می شود.
4- قابل حمل و جابجایی آسان: با توجه به اینکه پس از تولید، پیشرانه های سوخت جامد به صورت جامد هستند، حمل و جابجایی آن ها بسیار آسان است.
5- کارآمد: این نوع پیشرانه ها در مقایسه با سایر روش های پروپولس شامل پروپان، هیدروژن و اکسیژن، کارآمدتر هستند و در موشک های بزرگ و سنگین استفاده می شوند.
معایب پیشرانه های سوخت جامد
1- وزن بالا: پیشرانه های سوخت جامد بسیار سنگین هستند و این باعث می شود که وزن کل موشک بسیار بالا باشد.
2- عدم قابلیت تغییر: پیشرانه های سوخت جامد قابلیت تغییر ندارند و بعد از آماده شدن، نمی توان آنها را تغییر داد.
3- عمر مفید کوتاه: پس از استفاده از پیشرانه های سوخت جامد، آنها دور ریخته می شوند و نمی توان آنها را دوباره استفاده کرد.
4- ناتوان در کنترل: در مقایسه با پروپلزین های سوخت مایع، پیشرانه های سوخت جامد به راحتی قابل کنترل نبوده و در حین پرواز، به دلایل فنی گاها به صورت نامطلوب عمل می کنند.
5- آسیب پذیری: در صورتی که در فضای باز یکی از پیشران های سوخت جامد آسیب ببیند، موشک به شدیدترین شکل ممکن تحت تاثیر قرار می گیرد و احتمال از دست رفتن آن بسیار بالاست.
فرق پیشرانه های سوخت جامد با پیشرانه های سوخت مایع
پیشرانه های سوخت جامد موشک، سوختی هستند که در حالت جامد و بدون نیاز به اکسیژن هوا، انرژی لازم برای پرواز موشک را تولید می کنند. در حالی که پیشرانه های سوخت مایع موشک، سوختی هستند که در حالت مایع و با نیاز به اکسیژن هوا، انرژی لازم برای پرواز موشک را تولید می کنند.
فرق دیگر بین این دو نوع پیشرانه، در قابلیت کنترل و تغییر قابل توجه است. در پیشرانه های سوخت جامد، قابلیت کنترل و تغییر به شدت محدود است و عملا گروه طراحان باید از طرح های ثابت استفاده کنند. در حالی که در پیشرانه های سوخت مایع، قابلیت کنترل و تغییر به شکل چشمگیری بیشتر است و می توان آن را با تغییر در نوع سوخت، ترکیب سوخت، فشار و دما تغییر داد.
همچنین، پیشرانه های سوخت جامد به دلیل عدم وجود قطعات متحرک، از نظر پایداری و امنیت بیشتری برخوردار هستند. در حالی که پیشرانه های سوخت مایع به دلیل وجود قطعات متحرک و نیاز به ساماندهی دقیق بین اجزای آن، در مقابل شوک ها و لرزش ها حساس هستند.
با توجه به این تفاوت ها، هر کدام از این دو نوع پیشرانه بستگی به نوع ماموریت مورد استفاده خود را دارند.
کاربرد پیشرانه های موشکی در هوافضا
کاربرد پیشرانه های موشکی در هوافضا، به عنوان یکی از روش های اصلی تسریع و جابجایی موشک ها در فضا، استفاده می شود. این کاربرد شامل چندین پیشرانه است که به صورت پشت سر هم قرار داده شده اند و با انفجار آن ها، موشک را به سمت جلو حرکت می دهند.
پیشرانه های موشکی در هوافضا، برای تسریع و جابجایی موشک در فضا استفاده می شود. این پیشرانه ها شامل چندین بخش است که به صورت پشت سر هم قرار داده شده اند. با انفجار هر بخش، گاز و حجم بالای آن به صورت قابل توجهی منبع تسریع بعدی را فراهم می کند.
بستگی به نیروی لازم برای حمل و نقل یک موشک در فضا، تعداد و نحوه قرارگیری پیشرونده های آن تعیین می شود. همچنین، برای کاهش وزن موشک، پیشرانه هایی با وزن سبک و با کارایی بالا طراحی می شوند.
نتیجه گیری
پیشرانه های سوخت جامد و مایع موشک از دو نوع سوخت مختلف تشکیل شده اند. پیشرانه های سوخت جامد بیشتر در موشک های کوچک و کم توان استفاده می شود، در حالی که پیشرانه های سوخت مایع برای موشک های بزرگ و قدرتمند استفاده می شود.
استفاده از پیشرانه های سوخت جامد به دلیل سادگی و کارآمد بودن آنها در طول زمان، رایج شده است. با این حال، پیشرانه های سوخت مایع به دلیل قابلیت کنترل بهتر و عملکرد بهینه تر، در بسیاری از موردها به عنوان گزینه مناسب تر شناخته شده اند.
با توجه به پژوهش ها و تحقیقات صورت گرفته، نظیر پژوهش های صورت گرفته در NASA، استفاده از پیشرانه های سوخت جامد و مایع در صنعت فضایی و موشک سازی به دلیل عملکرد بهینه و کارآمد، همچنان ادامه خواهد داشت.
منبع: