تقديم فنان لـ Powerhead Demonstrator المتكامل. حقوق الصورة: ناسا. اضغط للتكبير.
عندما تفكر في تكنولوجيا الصواريخ المستقبلية ، ربما تفكر في الدفع الأيوني والمحركات المضادة للمادة والمفاهيم الغريبة الأخرى.
ليس بهذه السرعة! لم يتم حتى الآن كتابة الفصل الأخير من الصواريخ التقليدية التي تعمل بالوقود السائل. تجري الأبحاث حاليًا على جيل جديد من تصميمات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل والتي يمكن أن تضاعف الأداء مقارنة بتصميمات اليوم مع تحسين الموثوقية أيضًا.
كانت الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل موجودة منذ فترة طويلة: تم تنفيذ أول إطلاق يعمل بالسوائل في عام 1926 من قبل روبرت هـ.جودارد. أنتج هذا الصاروخ البسيط حوالي 20 رطلاً من الدفع ، وهو ما يكفي لحمله حوالي 40 قدمًا في الهواء. منذ ذلك الحين ، أصبحت التصاميم معقدة وقوية. على سبيل المثال ، يمكن لمحركات مكوك الفضاء الثلاثة التي تعمل بالوقود السائل أن تمارس أكثر من 1.5 مليون رطل من الدفع المشترك في طريقها إلى مدار الأرض.
قد تفترض أنه ، حتى الآن ، يجب أن يكون قد تم إجراء كل التحسينات الممكنة في تصميمات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. ستكون مخطئا. اتضح أن هناك مجال للتحسين.
بقيادة مجموعة القوات الجوية الأمريكية ، تعمل مجموعة تتكون من وكالة ناسا ووزارة الدفاع والعديد من شركاء الصناعة على تحسين تصميمات المحركات. ويطلق على برنامجهم تقنيات الدفع الصاروخية المتكاملة عالية العائد ، وهم يبحثون في العديد من التحسينات الممكنة. أحد الخطط الواعدة حتى الآن هو مخطط جديد لتدفق الوقود:
الفكرة الأساسية وراء صاروخ يعمل بالوقود السائل بسيطة إلى حد ما. يتم تغذية الوقود والمؤكسد ، في شكل سائل ، في غرفة الاحتراق وإشعالها. على سبيل المثال ، يستخدم المكوك الهيدروجين السائل كوقوده والأكسجين السائل كمؤكسد. تتسرب الغازات الساخنة الناتجة عن الاحتراق بسرعة من خلال الفوهة على شكل مخروط ، مما ينتج عنه دفع.
التفاصيل ، بالطبع ، أكثر تعقيدًا. أولاً ، يجب تغذية الوقود السائل والمؤكسد في الغرفة بسرعة كبيرة وتحت ضغط كبير. ستقوم المحركات الرئيسية للمكوك باستنزاف حمام سباحة مليء بالوقود في 25 ثانية فقط!
يتم تشغيل سيل الوقود المتدفق هذا بواسطة مضخة توربينية. لتشغيل المضخة التوربينية ، يتم "تحضير" كمية صغيرة من الوقود ، وبالتالي توليد الغازات الساخنة التي تدفع المضخة التوربينية ، والتي بدورها تضخ بقية الوقود في غرفة الاحتراق الرئيسية. يتم استخدام عملية مماثلة لضخ المؤكسد.
ترسل الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل اليوم كمية صغيرة فقط من الوقود والمؤكسد من خلال preburners. يتدفق الجزء الأكبر مباشرة إلى غرفة الاحتراق الرئيسية ، متجاوزًا المحضرات تمامًا.
أحد الابتكارات العديدة التي يتم اختبارها من قبل القوات الجوية ووكالة ناسا هي إرسال كل الوقود والمؤكسد من خلال ما قبل كل منهما. يتم استهلاك كمية صغيرة فقط هناك - ما يكفي لتشغيل التوربينات ؛ ويتدفق الباقي إلى غرفة الاحتراق.
يتميز تصميم "الدورة المرحلية ذات التدفق الكامل" بميزة مهمة: فمع مرور المزيد من الكتلة عبر التوربين الذي يحرك المضخة التوربينية ، يتم دفع المضخة التوربينية بقوة أكبر ، وبالتالي الوصول إلى ضغوط أعلى. ارتفاع الضغوط يساوي أداء أكبر من الصاروخ.
لم يتم استخدام هذا التصميم أبدًا في صاروخ يعمل بالوقود السائل في الولايات المتحدة من قبل ، وفقًا لـ Gary Genge في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا. Genge هو نائب مدير المشروع في برنامج Powerhead Demonstrator (IPD) - محرك اختبار لهذه المفاهيم.
يقول Genge: "يمكن أن تعزز هذه التصميمات التي نستكشفها الأداء بعدة طرق". "نحن نأمل في كفاءة أفضل للوقود ، ونسبة دفع إلى وزن أعلى ، وموثوقية محسنة - كل ذلك بتكلفة أقل".
"في هذه المرحلة من المشروع ، نحاول فقط أن يعمل نمط التدفق البديل هذا بشكل صحيح" ، يلاحظ.
لقد حققوا بالفعل هدفًا رئيسيًا واحدًا: محرك يعمل ببرودة أكبر. يقول جينجي: "يمكن أن ترتفع المضخات التوربينية التي تستخدم أنماط التدفق التقليدية حتى 1800 درجة مئوية". هذا كثير من الضغط الحراري على المحرك. المضخة التوربينية "ذات التدفق الكامل" أكثر برودة ، لأنه مع مرور المزيد من الكتلة عبرها ، يمكن استخدام درجات حرارة منخفضة ولا تزال تحقق أداءً جيدًا. يقول: "لقد خفضنا درجة الحرارة بعدة مئات من الدرجات".
يقصد IPD فقط بمثابة اختبار للأفكار الجديدة ، تلاحظ Genge. المتظاهر نفسه لن يطير إلى الفضاء. ولكن إذا كان المشروع ناجحًا ، فقد تجد بعض التحسينات على IPD طريقها إلى مركبات الإطلاق في المستقبل.
بعد ما يقرب من مائة عام وآلاف من عمليات الإطلاق بعد جودارد ، ربما لا تزال أفضل الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل قادمة.
المصدر الأصلي: مقالة علوم ناسا
