Katı İtici Roket Nasıl Çalışır

Katı yakıtlı roketler tüm eski havai fişek roketlerini içerir, ancak artık katı yakıtlı yakıtlara sahip daha gelişmiş yakıtlar, tasarımlar ve işlevler vardır.

Katı yakıt roketler icat edildi Sıvı yakıtlı roketlerden önce. Katı yakıt türü bilim adamları Zasiadko, Constantinov ve Congreve. Şimdi gelişmiş bir durumda, uzay mekiği çift hidrofor motorları ve Delta serisi hidrofor aşamaları da dahil olmak üzere bugün sağlam itici roketler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yüzey alanı, itme ile doğrudan bir ilişki içinde bulunan içten yanmalı alevlere maruz kalan itici gaz miktarıdır. Yüzey alanındaki artış itişi artıracak, ancak itici gaz hızlandırılmış bir oranda tüketildiği için yanma süresini azaltacaktır. Optimum itme tipik olarak sabittir ve yanık boyunca sabit bir yüzey alanı korunarak elde edilebilir.

Sabit yüzey alanı tane tasarımlarına örnekler: uç yanma, iç çekirdek ve dış çekirdek yanması ve iç yıldız çekirdek yanması.

Tahıl-itme ilişkilerinin optimizasyonu için çeşitli şekiller kullanılır, çünkü bazı roketler başlangıç ​​için yüksek itme bileşeni, daha düşük bir itme fırlatma sonrası regresif itme için yeterli olacaktır Gereksinimler. Roket yakıtının açıkta kalan yüzey alanını kontrol ederken karmaşık taneli çekirdek desenleri genellikle yanıcı olmayan bir plastikle kaplanmış parçalara sahiptir (selüloz asetat gibi). Bu kaplama, içten yanmalı alevlerin yakıtın o kısmını tutuşturmasını önler, ancak daha sonra yanık doğrudan yakıta ulaştığında tutuşur.

Roketin itici tanesinin tasarımında, fark arızası (patlama) ve başarılı bir şekilde optimize edilmiş itme üreten roket olabileceğinden, özel dürtü dikkate alınmalıdır.

• Katı bir roket ateşlendiğinde, kapatma veya itme ayarı için herhangi bir seçenek olmaksızın yakıtının tamamını tüketecektir. Satürn V ay roketi, katı itici ile mümkün olmayan yaklaşık 8 milyon kilo itme kullandı ve yüksek bir dürtü sıvı itici gerektirdi.
• Monopropellant roketlerin önceden karıştırılmış yakıtlarında, yani bazen nitrogliserinin bir bileşenidir.

Bir avantaj, katı itici roketlerin depolanma kolaylığıdır. Bu roketlerden bazıları Dürüst John ve Nike Hercules gibi küçük füzeler; diğerleri Polaris, Çavuş ve Vanguard gibi büyük balistik füzelerdir. Sıvı itici gazlar daha iyi performans sunabilir ancak itici gazın depolanması ve mutlak sıfıra yakın sıvıların (0 derece) işlenmesindeki zorluklar Kelvin), ordunun ateş gücünün gerektirdiği sıkı talepleri karşılayamamasını sınırlandırmıştır.

Sıvı yakıtlı roketler ilk olarak 1896'da yayınlanan "Reaktif Cihazlar Yoluyla Gezegenlerarası Uzay Araştırması" nda Tsiolkozski tarafından teorize edildi. Fikri 27 yıl sonra Robert Goddard'ın ilk sıvı yakıtlı roketi başlatmasıyla gerçekleşti.

Sıvı yakıtlı roketler, güçlü Energiya SL-17 ve Satürn V roketleriyle Rusları ve Amerikalıları uzay çağının derinliklerine itti. Bu roketlerin yüksek itme kapasiteleri, ilk uzaya yolculuklarımızı mümkün kıldı. Armstrong'un aya adım atmasıyla 21 Temmuz 1969'da gerçekleşen "insanlık için dev adım", Satürn V roketinin 8 milyon poundluk itişi ile mümkün oldu.

İki metal tankı sırasıyla yakıtı ve oksitleyiciyi tutar. Bu iki sıvının özellikleri nedeniyle, genellikle lansmandan hemen önce tanklarına yüklenir. Ayrı tanklar gereklidir, çünkü birçok sıvı yakıt temas halinde yanar. Bir dizi başlatma sırası üzerine, sıvının boru hattından aşağı akmasına izin veren iki valf açılır. Sıvı itici gazların yanma odasına akmasına izin veren bu vanalar basitçe açılırsa, zayıf ve dengesiz itme oranı meydana gelir, bu nedenle basınçlı gaz beslemesi veya turbopump beslemesi Kullanılmış.

Bu ikisinden daha basit olan basınçlı gaz beslemesi, sevk sistemine bir yüksek basınçlı gaz tankı ekler. Reaktif olmayan, atıl ve hafif bir gaz (helyum gibi), yoğun bir basınç altında bir valf / regülatör tarafından tutulur ve düzenlenir.

Yakıt aktarım problemine ikinci ve sıklıkla tercih edilen çözüm bir turbo pompasıdır. Bir turbopump, normal bir pompa ile aynıdır ve itici gazları emerek ve yanma odasına hızlandırarak gaz basınçlı bir sistemi atlar.

Oksitleyici ve yakıt yanma odasının içinde karıştırılır ve ateşlenir ve itme oluşur.

Ne yazık ki, son nokta sıvı itici roketleri karmaşık ve karmaşık hale getiriyor. Gerçek modern bir sıvı bipropellant motoru, çeşitli soğutma, yakıt veya yağlama sıvıları taşıyan binlerce boru bağlantısına sahiptir. Ayrıca, turbo pompa veya regülatör gibi çeşitli alt parçalar, boruların, tellerin, kontrol vanalarının, sıcaklık göstergelerinin ve destek çubuklarının ayrı vertigolarından oluşur. Birçok parça göz önüne alındığında, bir integral fonksiyonunun başarısız olma şansı büyüktür.

Daha önce belirtildiği gibi, sıvı oksijen en çok kullanılan oksitleyicidir, ancak dezavantajları vardır. Bu elementin sıvı durumuna ulaşmak için -183 santigrat derece sıcaklık olmalıdır elde edilen - oksijenin kolayca buharlaştığı, sadece çok miktarda oksitleyici kaybettiği koşullar yükleme sırasında. Başka bir güçlü oksitleyici olan nitrik asit,% 76 oksijen içerir, STP'de sıvı haldedir ve yüksek spesifik yer çekimi―Tüm büyük avantajlar. İkinci nokta yoğunluğa benzer bir ölçümdür ve itici gazın performansı arttıkça daha da yükselir. Ancak, nitrik asit kullanımda tehlikelidir (su ile karışım güçlü bir asit üretir) ve yakıtla birlikte zararlı yan ürünler üretir, bu nedenle kullanımı sınırlıdır.

MÖ 2. yüzyılda, antik Çinliler tarafından geliştirilen havai fişekler, en eski roket formları ve en basit olanlarıdır. Başlangıçta havai fişeklerin dini amaçları vardı, ancak daha sonra orta çağlarda "yanan oklar" şeklinde askeri kullanım için uyarlandı.

Onuncu ve on üçüncü yüzyıllarda Moğollar ve Araplar, bu erken roketlerin ana bileşenini Batı'ya getirdi: barut. Top ve silah, barutun doğu tanıtımından önemli gelişmeler haline gelmesine rağmen, roketler de sonuçlandı. Bu roketler, uzun yay veya toptan başka patlayıcı barut paketlerini iten havai fişeklerden oluşuyordu.

On sekizinci yüzyılın sonlarında emperyalist savaşlar sırasında Albay Congreve, dört mil mesafeden geçen ünlü roketlerini geliştirdi. "Roketlerin kırmızı parlaması" (Amerikan Marşı), ilk askeri stratejisi biçiminde roket savaşının, McHenry Kalesi.

Bir sigorta (barutla kaplanmış pamuk sicim) bir kibritle veya bir "punk" (kömür benzeri kırmızı parlayan uçlu tahta bir çubuk) ile yanar. Bu sigorta, iç çekirdeğin barut duvarlarını tutuşturduğu roketin çekirdeğine hızla yanar. Baruttaki kimyasallardan birinin daha önce de belirtildiği gibi, en önemli bileşen potasyum nitrattır. Bu kimyasalın KNO3 moleküler yapısı, üç oksijen atomu (O3), bir azot atomu (N) ve bir potasyum atomu (K) içerir. Bu moleküle kilitlenmiş üç oksijen atomu, sigortanın ve roketin karbon ve kükürt gibi diğer iki bileşeni yakmak için kullandığı "havayı" sağlar. Böylece potasyum nitrat, oksijeni kolayca salarak kimyasal reaksiyonu oksitler. Bu reaksiyon kendiliğinden değildir ve kibrit veya "punk" gibi ısı ile başlatılması gerekir.