طرز کار راکت فضایی

مقدمه:
یكی از عجیب ترین كشفیات انسان دسترسی به فضا است كه پیچیدگی و مشكلات خاصخود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا كه باید با بسیاری ازمشكلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشكلات گرما و حرارت
- مشكل ورود مجدد به زمین
- مكانیك مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های كیهانی و خورشیدی
- طراحی امكانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشكل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمیناست كه برای درك این موضوع باید به بررسی طرز كار موتورهای موشك پرداخت.

در یك دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشكرابهآسانی و با هزینه ای نسبتا كم طراحی كرد و حتی آن را به پرواز درآورد امااگر بخواهیم مسئله را در سطح كلان بررسی كنیم با مشكلات و پیچیدگی هایبسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشك (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است كه تا به حال تنها سه كشور توانسته اند با استفاده ازاین فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشك های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز كار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نكات پایه ای:

عموما وقتی كسی درباره موتورها فكر می كند، خود به خود مطالبی دربارهچرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حركت متناوب پیستون در موتور بنزینی كهانرژی چرخشی برای به حركت در آوردن چرخ ها را تولید می كند. و یا موتورالكتریكی كه با تولید میدان الكتریكی كه با تولید میدان مغناطیسی نیرویچرخشی برای پنكه یا سی دی رام تولید می كنند. موتور بخار هم به طور مشابهكار می كنند.

ولی موتور موشك از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشك ها موتورهایواكنشی هستند.اساس كار موتور موشك برپایه ی قانون معروف نیوتون است كه میگوید: “برای هر كنش واكنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن”. موتور موشك نیز جرم را در یك جهتپرتاب می كند و از واكنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واكنش) ممكن است در ابتداكمی عجیب به نظر بیاید، چرا كه در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار،صدا و فشار چیزهایی است كه در ظاهر باعث حركت موشك می شود و نه “پرتابجرم”.

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن كنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیك كردهباشید، متوجه می شوید كه ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد بهشانه شما وارد می كند.

یك اسلحه مقدار ۱ انس فلز را به یك جهت و با سرعت ۷۰۰ مایل در ساعت شلیك می كند و در واكنش شما را به عقب حركت می دهد.

● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید كه براینگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف كنید (اگر دقت كرده باشیدگاهی ۲ یا ۳ آتش نشان یك شیر را نگه می دارند) كه در این جا شیر آتش نشانیمثل موتور موشك عمل می كند.

شیر آتش نشانی، آب را در یك جهت پرتاب میكند و آتش نشان ها از نیرو ووزن خود استفاده می كنند تا در برابر واكنش آن مقاومت كنند. اگر آن هااجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یك اسكیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

● اگر یك بادكنك را باد كنید و آن را رها كنید، بادكنك به پرواز در میآید، تا وقتی كه هوای داخل آن به طور كامل خالی شود. پس می توان گفت كهشما یكم موتور موشك ساخته اید. در این جا چیزی كه به بیرون پرتاب می شودمولكول های هوای درون بادكنك هستند.

بسیاری از مردم فكر می كنند كه مولكول های هوا اهمیتی ندارند، در حالیكه اینطور نیست. هنگامی كه شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادكنكبه بیرون پرتاب شوند، بر اثر واكنش به وجود آمده بادكنك به جهت مخالفپرتاب می شود.

در ادامه برای درك بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می كنم:

● سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور كنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در كنار فضاپیما معلق مانده اید وچندین توپ بیسبال دردستدارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب كنید، واكنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حركت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور كه می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

همچنین میدانیم كه هر نیرویی كه شما به توپ وارد كنید، توپ نیز نیروییمساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میكند كه همان واكنش است. پس میتوان گفت:

m.a=m.a

حال فرض می كنیم كه توپ بیسبال ۱ كیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما ولباس فضایی هم ۱۰۰ كیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را باسرعت ۲۱ متر در ساعت پرتاب كنید. یعنی شما با دست خود به یك توپ بیسبال ۱كیلو گرمی، شتابی وارد كرده اید كه سرعت ۲۱ متر در ساعت گرفته است. واكنشآن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما ۱۰۰ برابر توپ بیسبالاست. پس بدن شما با ۱۰۰/۱ سرعت توپ بیسبال (یا ۰.۲۱ متر بر ساعت) به عقبحركت می كند.

حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده

شما می توانید یا یك توپ سنگین تر پرتاب كنید و یا اینكه شما می توانیدتوپ بیسبال را سریع تر پرتاب كنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دوتنها كارهایی است كه می توانید انجام دهید.

یك موتور موشك نیز به طور كلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب میكند؛ موتور گاز را در یك جهت به بیرون پرتاب می كند تا از واكنش آن در جهتمخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی كه در موتور موشك می سوزد بدست میآید.

عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشك با سرعت زیاد بیرون بیاید.

وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییرنمی كند بلكه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یك كیلو سوخت مایعموشك را بسوزانید مقدار یك كیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشكبا دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:

نیروی پرتاب:

قدرت موتور یك موشك را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریكا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریك با واحد نیوتون شناخته شده است (هر ۴.۴۵ نیوتون نیروی پرتاب برابر است با ۱ پوند نیروی پرتاب).

هر یك پوند نیروی پرتاب (۴.۴۵ نیوتون) مقدار نیروی است كه می تواند یكشی ۱ پوندی (۴۵۳.۵۹ گرم) را در حالت ساكن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.

بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه ۲۱ متر در ساعت در ثانیه (۳۲ فوت در ثانیه در ثانیه) است

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: