آشنایی با موشکهای فضایی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: مقدمه
امروزه اکتشافات فضایی بدون استفاده از نیروی رایانه غیر ممکن است. رایانه ها قادرند فضاپیماها را هدایت کنند، قسمتهای بیشمار فضاپیما را بررسی و صحت عملکرد آنها را اعلام کنند، مرکز هدایت زمینی را در جریان وضعیت فضاپیما قرار دهند و در صورت نیاز مسیر حرکت فضاپیماها را مشخص کرده، آنها را هدایت کنند.

در نخستین پروازهای فضایی به اندازه امروز از رایانه ها استفاده نمیشد؛ در حقیقت ، رایانه هایی که آن روزها برای هدایت فضاپیمای ایلات متحده امریکا یعنی آپولو مورد استفاده قرار میگرفتند، نیرویی به اندازه رایانه های شخصی امروزی ما داشتند. کاوشگرهایی که در فاصله های دوردست کره زمین در فضا پرواز میکنند، با خود رایانه هایی را حمل میکنند که برای هدایت دوربین ها و اندازه گیری های مختلف برنامه نویسی شده اند.

رایانه ها قادرند اطلاعاتی که از کاوشگرهای فضایی بصورت علایم ضعیف رادویی دریافت میکنند را به اطلاعات لازم و قابل فهمی تبدیل کنند. دانشمندان نیز به نوبه خود این اطلاعات را مورد تجزیه و تحلیل قرار میدهند، تابه نکات جدیدی در مورد اجرام آسمانی دست یابند.

نیروی موشک
موشکهای فضایی مانند موشکهای آتشبازی عمل میکنند. سوخت با ماده ای به نام اکسنده که حاوی گاز تسریع کننده احتراق یعنی اکسیژن است ترکیب میشود. آنگاه این ترکیب که یک پیشران محسوب میشود، میسوزد و گازهای داغی را تولید میکند، این گازها منسبط شده ، از طریق یک دماغه خارج و باعث میشوند موشک بطرف بالا حرکت کند.

این واکنش برای اولین بار در قرن هفدهم توسط دانشمندان انگلیسی ، اسحاق نیوتن ، در قانون سوم حرکتش بیان شد. او اظهار داشت که برای هر علمی (خروج گازها در اینجا) عکس العملی است مساوی و مخالف جهت آن (در اینجا ، حرکت موشک)

نیرویی که یک موشک را به طرف جلو حرکت میدهد، نیروی پیشران نامیده میشود. قدرت نیروی پیشران به سرعت خارج شدن گاز خروجی بستگی دارد. نیروی پیشران به موشک شتاب داده ، باعث افزایش سرعت آن میشود. مقدار شتاب نیز بستگی به جرم موشک دارد. هرچه موشک سنگین تر باشد، برای رسیدن به فضا ، به نیروی پیشران بیشتری نیازمند است. تا وقتی که موتور های موشک، روشن و درحال تولید نیروی پیشران هستند، شتاب فضاپیما نیز هر لحظه زیادتر میشود.

موتور موشک یا از پیشران مایع استفاده میکند یا جامد، اما بعضی اوقات ، یک موشک کامل ممکن است در مراحل مختلف از هر دو نوع پیشران استفاده کند. کارشناسان موشکهایی را پیشنهاد کرده اند که از انرژی اتمی به عنوان سوخت استفاده میکنند، چرا که آنها از نظر مصرف انرژی بسیار مقرون به صرفه اند. اما ترس از خطر استفاده از سوخت اتمی مانع استفده از این نوع موشکها شده است.

موشکهایی با سوخت پیشران جامد
سوختهای پیشران از یک نوع سوخت و یک اکسنده تشکیل شدهاند. برای روشن شدن موشک ، کافی است یک جرقه کوچک سوخت پیشران آنرا آتش بزند. سوخت آتش گرفته تا آخرین قطره میسوزد. گازهای حاصل از سوخت پیشران را از طریق دماغه انتهایی موشک خارج میشوند. اولین موشکها را احتمالا در قرن یازدهم میلادی در کشور چین ساختهاند. آنها موشکهایی بودند که از سوخت پیشران جامد استفاده میکردند. سوخت موشک یک نوع باروت بود که از مخلوطی از نیترات پتاسیم ، زغال چوب و سولفور تشکیل شده بود.

موشکهایی که از سوخت پیشران جامد استفاده می کنند، اغلب به عنوان موشکهای تقویت کنندهای استفاده میشوند که نیروی اولیه موشکهای بزرگتر را تأمین میکنند. موشکهای بزرگتر خود از سوخت پیشران مایع استفاده میکنند. بزرگترین موشکهای مصرف کننده سوخت جامد با 45 متر ارتفاع جزء موشکهای تقویت کننده شاتل فضایی ایالات متحده محسوب میشوند. آنها حاوی 586500 کیلوگرم (2/1 میلیون پوند) سوخت پیشران هستند که بطور متوسط 13 میلیون تن (5/3 میلیون پوند نیرو) نیروی پیشران را تولید میکنند.

این موشکها را طوری طراحی کردهاند که بعد از اتمام سوخت و افتادن در دریا ، از دریا بیرون کشیده شده ، دوباره برای مأموریتهای بعدی سوختگیری میشوند. ساخت موشکهایی که از سوخت جامد استفاده میکنند چندان دشوار نیست. آنها مقدار زیادی نیروی پیشران را در یک مدت زمان کم تولید میکنند. تنها ایراد این نوع موشکها این است که بعد از روشن شدن به راحتی خاموش نمی شوند. به عبارت دیگر ، نمیتوان آن را به آسانی تحت کنترل درآورد.

نیروی پیش برنده
شاتل فضایی ایالات متحده از موشکهای تقویت کننده عظیم الجثهای برخوردار است که از سوخت پیشران جامد استفاده می کنند. این پیشران از پر کلرات آمونیم به عنوان اکسنده و پودر آلومینیوم به عنوان سوخت تشکیل شده است.

موشکهای با سوخت مایع
اکثر موشکهایی که از آنها در پروازهای فضایی استفاده میشود، از سوخت پیشران مایع بهره می برند. سوخت و اکسنده که در مخزنهای جداگانهای نگهداری میشوند، هر دو مایع هستند. پمپهای قدرتمندی آنها را به محفظه احتراق میبرند؛ در آنجا آنها باهم ترکیب شده ، شروع به تولید گازهای خروجی میکنند. گازهای مذکور نیز به نوبه خود از دماغه انتهایی موشک خارج میشوند. بعضی از موشکها از یک ماده قابل اشتعال سریع برای شروع احتراق استفاده میکنند. سوخت پیشران سایر موشکها هگام ترکیب سوخت و اکسنده شروع به احتراق میکند.

سیاری از موشکها ، از جمله موشکهای شاتل فضایی ایالات متحده از هیدروژن مایع به عنوان سوخت و اکسیژن مایع به عنوان اکسنده استفاده میکنند. تعداد موشکهای مصرف کننده سوخت پیشران مایع به مراتب بیشتر از موشکهای مصرف کننده سوخت پیشران جامد است. علت این امر کنترل آسان نیروی پیشران موتور موشکهای مصرف کننده سوخت مایع در مواقع ضروری است. با وجود این، موشکهای مصرف کننده پیشران مایع خالی از ایران نیستند ، چرا که بعضی از پیشرانها را بایست در دمای پایین نگهداری کرد.

دلیل این امر اینست که ، در دماهای جوی ، پیشرانهای مایع به گاز تبدیل شده، فضای بیشتری را اشغال میکنند. موشکهای بزرگ مانند موشکهای آریان آزانس فضایی اروپا یا شاتلهای فضایی ناسا بجای یک موتور از چند موتور مصرف کننده سوخت پیشران مایع بطور همزمان استفاده میکنند. موتورهای مذکور به کمک هم نیروی کافی را جهت پرتاب یک فضاپیما به مدار تولید میکنند.

فرآیند احتراق پیشران مایع
اکسنده و سوخت باهم ترکیب میشوند و در محفظه احتراق شروع به سوختن میکنند. سپس گازهای خروجی حاصل از فرآیند احتراق از دماغه خارج و به عنوان نیروی پیشران ، موشک را به طرف جلو حرکت میدهند.

مراحل مختلف یک موشک
برای سفر به فضا ، یک موشک چند مرحلهای مورد نیاز است. هر کدام از این مراحل یک موشک جداگانه محسوب میشود که هم دارای منبع سوخت است و هم موتور. بسته به وزن محموله ماهواه ، از موشکهای تقویت کنندهای در کنار مراحل مختلف موشک برای افزایش نیروی موتورها استفاده میشود. مرحله اول ، کل موشک را از زمین بلند میکند و به محض اتمام سوخت از بقیه موشک جدا شده، به زمین سقوط میکند. آنگاه موتور مرحله دوم روشن میشود. بخاطر وزن سبکتر موشک در این مرحله ، شتاب موشک نیز بیشتر میشود؛ این سیر صعودی شتاب با جدا شدن هر مرحله از موشک ادامه مییابد. مرحله پایانی موشک قسمت حامل ماهواره را به فضا و به طرف مقصدش حمل می کند.