أداء محرك الصاروخ: الصورة والأداء والفيديو
آخر
أداء محرك الصاروخ: الصورة والأداء والفيديو

أداء محرك الصاروخ: الصورة والأداء والفيديو

يعد استكشاف الفضاء من أروع الأنشطة التي يقوم بها الإنسان. علاوة على ذلك، فإن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو مدى تعقيد هذه العملية.

 

ليس سراً أن استكشاف الفضاء معقد بسبب العديد من المشكلات التي يجب حلها والتغلب عليها. على سبيل المثال، الفضاء الخالي من الهواء، ومشكلة العودة إلى الغلاف الجوي، ومشكلة درجة الحرارة، والميكانيكا المدارية، والحطام الفضائي والنيازك الدقيقة، والإشعاع الشمسي والفضائي، والخدمات اللوجستية المتعلقة بالجاذبية الصفرية، وما إلى ذلك. ولكن ربما تكون المهمة الأصعب هي مشكلة رفع المركبة الفضائية عن الأرض. هنا لا يمكنك الاستغناء عن محرك الصاروخ الذي سنناقشه أدناه.

 

قد يبدو للكثيرين أن محركات الصواريخ بسيطة. من ناحية أخرى، فإن محركات الصواريخ معقدة للغاية لدرجة أن 3 دول فقط في العالم تشارك في توصيل الأشخاص إلى المدار.

صور 1

عندما يفكر الناس في محرك أو محركات، فإنهم يربطونها بالدوران. على سبيل المثال، ينتج محرك البنزين في السيارة طاقة دورانية، مما يجعل العجلات تتحرك. يوفر المحرك الكهربائي طاقة دورانية لتحريك القرص أو المروحة. يفعل المحرك البخاري نفس الشيء لتشغيل التوربين البخاري.

 

ومن الجدير بالذكر أن محركات الصواريخ لها اختلافات جوهرية. والمبدأ الأساسي لحركتهم هو مبدأ نيوتن المعروف "لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه". يرمي محرك الصاروخ الكتلة في اتجاه واحد ويتحرك في الاتجاه المعاكس بفضل مبدأ نيوتن.

 

إن مفهوم "قذف الكتلة والحركة وفق مبدأ نيوتن" لن يكون من السهل فهمه في المرة الأولى. يبدو أن المحركات الصاروخية تعمل بالضغط والضوضاء والنار بدلاً من "دفع الأشياء". الآن دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة من أجل الحصول على صورة كاملة للواقع.

 

إذا سبق لك أن أطلقت سلاحًا، ومن الأفضل أن تكون بندقية من عيار 30، فأنت تعرف ما هو الارتداد. عندما تطلق النار من مثل هذا السلاح، فإنه يضربك في كتفك. مثل هذا الدفع هو رد فعل. البندقية قادرة على إطلاق حوالي 1000 جرامًا من المعدن في اتجاه واحد وبسرعة عالية (أكثر من XNUMX كيلومتر في الساعة)، كما أن الارتداد في الكتف ملحوظ تمامًا. إذا كنت تتزلج أو تقف على لوح تزلج، فإن انفجار البندقية سيكون بمثابة محرك نفاث، مما يجعلك تتدحرج في الاتجاه المعاكس.

محرك الصاروخ النووي

إذا سبق لك أن شاهدت خرطوم إطفاء الحريق وهو يعمل، فستلاحظ أنه ليس من السهل الإمساك به (غالبًا ما يحمله شخصان أو ثلاثة). مبدأ تشغيل الخرطوم مشابه للمحرك النفاث. فهو يرمي الماء في اتجاه واحد، ويستخدم الناس القوة لمواجهة رد الفعل هذا. إذا فاتتهم الخرطوم فجأة، فسوف يندفع في كل مكان. إذا كان رجال الإطفاء يقفون على ألواح التزلج، فإن خرطوم الحريق سيشتتهم بسرعة مذهلة للغاية.

 

يمكنك أيضًا أن تأخذ مثالاً على بالون، حيث يقوم بتضخيمه وإطلاقه، وسيبدأ على الفور في الطيران حول الغرفة، وإصدار الهواء - محرك الصاروخ له نفس مبدأ التشغيل. في هذه الحالة، تقوم بتحرير جزيئات الهواء من الكرة. يعتقد الكثير من الناس أن جزيئات الهواء ليس لها أي وزن، لكن هذا غير صحيح. بمجرد تحريرهم من البالون، سوف يطير في الاتجاه المعاكس.

 

السيناريو الآخر الذي من شأنه أن يساعد في تفسير الفعل ورد الفعل هو البيسبول الفضائي. على سبيل المثال، ذهبت إلى الفضاء مرتديًا بدلة فضائية بجوار سفينتك الفضائية، وكان لديك كرة بيسبول في يدك. إذا رميتها، فسوف يتفاعل الجسم في الاتجاه المعاكس للكرة. على سبيل المثال، وزنه 450 جرامًا، ووزن جسمك ببدلة الفضاء 45 كيلوجرامًا. ترمي كرة تزن نصف كيلو تقريبًا بسرعة 34 كيلومترًا في الساعة. إذن، تقوم بتسريع كرة وزنها نصف كيلوغرام بيدك، بحيث تصل سرعتها إلى 34 كيلومترًا في الساعة. ونتيجة لذلك، يتفاعل جسمك في الاتجاه المعاكس، ولكن وزنه يعادل مائة ضعف الكرة. وبالتالي، فإنها تستغرق 0,34 كم في الساعة (جزء من مائة من تسارع الكرة).

إذا كنت تخطط لتوليد قوة دفع أكبر من كرة البيسبول، فلديك خياران: زيادة التسارع أو زيادة وزن الكرة. يمكنك رمي كرة تلو الأخرى، أو رمي كرة أثقل، أو رمي الكرة بشكل أسرع. ومع ذلك، هذا ليس كل شيء.

محرك الصاروخ RS-25

عادة، يقوم محرك الصاروخ بإخراج وزن على شكل عين تحت ضغط مرتفع. يقذف المحرك كتلة من الغاز في اتجاه واحد للحصول على الدفع النفاث في الاتجاه المعاكس. تأتي الكتلة من وزن الوقود الدافع المحترق في محرك الصاروخ. تعمل عملية الاحتراق على تسريع وزن الوقود الدافع بحيث يخرج من فوهة الصاروخ بسرعة عالية. حقيقة أن الوقود يمر من سائل أو صلب أثناء الاحتراق لا يؤثر على كتلته بأي شكل من الأشكال. إذا قمت بحرق 1 كجم من وقود الصواريخ، فسوف تحصل على 1 كجم من العادم على شكل غازات ساخنة بسرعة عالية. ونتيجة لذلك، فإن عملية الاحتراق سوف تسرع الكتلة.

 

سحب

 

يشير الدفع إلى "قوة" محرك الصاروخ. يتم قياس الدفع بـ "رطل الدفع" (الولايات المتحدة، 4,45 نيوتن = 1 رطل من الدفع) وبالنيوتن بالمتر. رطل من الدفع هو مقدار الدفع المطلوب لإبقاء جسم رطل واحد (0,454 كجم) ثابتًا بالنسبة لجاذبية كوكب الأرض. ويبلغ تسارع الجاذبية الأرضية 9,8 متر في الثانية.

 

إحدى مشاكل الصواريخ هي أن وزن الوقود عادة ما يكون 36 ضعف الحمولة. لأنه، بالإضافة إلى حقيقة أن المحرك يحتاج إلى رفع الوزن، فإن نفس الوزن يساهم أيضًا في رفعه. اتضح أنه من أجل إطلاق شخص صغير إلى الفضاء، سيتطلب الأمر صاروخًا ضخمًا والكثير من الوقود.

إطلاق المركبة الفضائية أوريون

وتتراوح سرعة الصواريخ الكيميائية من 8 إلى 16 ألف كيلومتر في الساعة. يحترق الوقود لمدة دقيقتين تقريبًا وينتج حوالي 2 مليون رطل من الدفع عند الإطلاق. على سبيل المثال، تحرق المحركات الثلاثة الرئيسية لمكوك الفضاء الوقود لمدة 3,3 دقائق وينتج كل منها حوالي 8 رطلاً من الدفع أثناء الاحتراق.

 

بعد ذلك، سنتحدث عن مخاليط الوقود للصواريخ الصلبة.

 

تعد المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب هي التعديلات الأولى التي ابتكرها الإنسان. تم اختراعها لأول مرة في الصين منذ مئات السنين وتم استخدامها بنجاح حتى يومنا هذا. بل إن الوهج الأحمر للصواريخ يُغنى في النشيد الوطني الذي كتب في أوائل القرن التاسع عشر). نحن نتحدث عن صواريخ قتالية صغيرة تعمل بالوقود الصلب. يتم استخدامها لتوصيل الأجهزة الحارقة أو القنابل. كما ترون، هذه الصواريخ كانت موجودة منذ بعض الوقت.

 

فكرة الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بسيطة للغاية. أنت بحاجة إلى إنشاء شيء يمكن أن يحترق بسرعة، ولكن في نفس الوقت لا ينفجر. في هذه الحالة، البارود غير مناسب (يتكون من 75٪ نترات، 10٪ كبريت و 15٪ فحم). ليست هناك حاجة للانفجارات في محرك الصاروخ - فمن الضروري أن يحترق الوقود. يمكنك تغيير الخليط إلى 24% فحم و72% نترات و4% كبريت. بدلا من البارود، تحصل على وقود الصواريخ. سوف يحترق هذا الخليط بسرعة، لكنه ليس متفجرا، إذا تم تحميله بشكل صحيح. هنا رسم تخطيطي كلاسيكي:

مخطط محرك الصاروخ

على اليسار صاروخ قبل الاشتعال. يظهر الوقود الصلب باللون الأخضر. وهي مصنوعة على شكل أسطوانة بها أنبوب يتم حفره في المنتصف. عند الاشتعال، يبدأ الوقود في الاحتراق على طول جدار الأنبوب. تدريجيًا، أثناء احتراقه، يحترق باتجاه الجسم حتى يحترق تمامًا. في صاروخ صغير أو محرك صاروخي صغير، يمكن أن تستمر عملية الاحتراق لمدة ثانية تقريبًا أو حتى أقل. في الصاروخ الكبير، يحترق الوقود لمدة دقيقتين على الأقل.

 

تكوينات الصواريخ الصلبة

 

في أوصاف الصواريخ الصلبة، يمكنك غالبًا العثور على ما يلي:

 

"يتكون وقود الصواريخ من بيركلورات الأمونيوم (مؤكسد بالوزن - 69,6%)، بوليمر (خليط رابطة - 12,04%)، ألومنيوم (16%)، أكسيد الحديد (محفز - 0,4%) وعامل معالجة إيبوكسي. عامل (1,96%) . يتم التثقيب على شكل نجمة ذات 11 نقطة تقع في الجزء الأمامي من المحرك وعلى شكل مخروط مزدوج مقطوع في كل من الأجزاء الأخرى، بما في ذلك. والنهائي. بفضل هذا التكوين، يتم توفير قوة دفع عالية أثناء الإشعال، ثم بعد 50 ثانية من البداية، تنخفض بحوالي الثلث، مما يمنع الجهاز من الضغط الزائد خلال فترة الضغط الديناميكي الأقصى.

 

لا تشرح هذه الخطة تركيبة الوقود فحسب، بل تشرح أيضًا شكل القناة التي تم حفرها في مركز الوقود. يمكنك رؤية شكل الثقب على شكل نجمة ذات 11 نقطة في الصورة:

صور 2

بيت القصيد هو زيادة مساحة سطح القناة، وبالتالي زيادة مساحة الاحتراق، مما يؤدي إلى زيادة الدفع. ومع احتراق الوقود يتغير الشكل إلى دائرة. وهذا الشكل، في حالة المكوك الفضائي، يعطي قوة دفع أولية خطيرة، تصبح أضعف قليلاً في منتصف الرحلة.

 

تتمتع محركات الوقود الصلب بثلاث مزايا مهمة:

  • تكلفة منخفضة
  • البساطة.
  • سلامة.

 

على الرغم من وجود عيبين:

  • لا يجوز إيقاف تشغيل المحرك أو إعادة تشغيله بعد الإشعال؛
  • عدم التحكم في الجر.

 

وتعني العيوب أن نوع الصاروخ الصلب مناسب فقط للمهام القصيرة أو أنظمة التعزيز. إذا كنت بحاجة إلى التحكم في المحرك، فسيتعين عليك اللجوء إلى نظام الوقود السائل.

 

الصواريخ السائلة

 

اختبر روبرت جودارد أول محرك يعمل بالوقود السائل في عام 1925. يستخدم محركها الأكسجين السائل والبنزين للتشغيل. كما سعى إلى حل العديد من المشاكل الأساسية في تصميم محرك الصاروخ، بما في ذلك استراتيجيات التبريد، وآليات الضخ، وتروس التوجيه. إن مثل هذه المشاكل هي التي تجعل الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل صعبة للغاية. وقد نجح في كل هذا.

 

الفكرة الرئيسية بسيطة قدر الإمكان. في معظم محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، يتم ضخ المؤكسد والوقود الدافع (مثل الأكسجين السائل والبنزين) إلى غرفة الاحتراق. هناك يحترقون، مما يخلق تيارًا من الغازات الساخنة ذات الضغط والسرعة العاليين. وتمر هذه الغازات عبر فوهة خاصة تجعلها أسرع (من 8 إلى 16 كيلومتر في الساعة) ثم تخرج. يوجد أدناه رسم تخطيطي بسيط يوضح هذه العملية بصريًا.

صور 3

يوضح الرسم البياني مدى تعقيد محرك الصاروخ التقليدي. على سبيل المثال، الوقود العادي هو غاز سائل بارد مثل الأكسجين السائل أو الهيدروجين السائل. لكن إحدى المشاكل الخطيرة لمثل هذا المحرك هي تبريد الفوهة وغرفة الاحتراق، لذلك في البداية يدور سائل بارد حول الأجزاء المحمومة لتبريدها. يجب أن تولد المضخات ضغطًا عاليًا للتغلب على الضغط الموجود في غرفة الاحتراق التي يحترقها الوقود. هذا التبريد والضخ يجعل محرك الصاروخ يبدو وكأنه محاولة فاشلة لتحقيق الذات. الآن فكر في جميع الخيارات الخاصة بمزيج الوقود المستخدم في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل:

  • الأكسجين السائل والهيدروجين السائل (المحركات الرئيسية لمكوك الفضاء)؛
  • الأكسجين السائل والبنزين (صواريخ جودارد الأولى)؛
  • الأكسجين السائل والكيروسين (المستخدم في برنامج أبولو في المرحلة الأولى من كوكب زحل 1)؛
  • الأكسجين السائل والكحول (المستخدم في صواريخ V2 الألمانية الصنع)؛
  • رابع أكسيد النيتروجين/أحادي ميثيل هيدرازين (المستخدم في محركات كاسيني).

 

آفاق تطوير محركات الصواريخ

 

بالإضافة إلى محركات الصواريخ الكيميائية المألوفة لدينا والتي تحرق الوقود لإنتاج قوة الدفع، هناك العديد من الطرق الأخرى للحصول عليه. أي نظام قادر على دفع الكتلة. إذا كنت تخطط لتسريع لعبة البيسبول إلى سرعة هائلة، فأنت بحاجة إلى محرك صاروخي قابل للتطبيق. مع هذا النهج، المشكلة الوحيدة هي العادم، الذي يتم سحبه عبر الفضاء. هذه المشكلة الصغيرة هي التي تدفع المهندسين إلى تفضيل الغازات على المنتجات المحترقة.

 

تحتوي معظم محركات الصواريخ على محركات صغيرة جدًا. على سبيل المثال، لا تولد أجهزة الدفع الموجودة على الأقمار الصناعية الكثير من الدفع. في بعض الأحيان لا يستخدمون أي وقود تقريبًا - تحت الضغط، يتم إخراج النيتروجين الغازي من الخزان عبر الفوهة.

الولايات المتحدة أبولو المركبات الفضائية الموقف الدفاعات

يجب أن تعمل التصاميم الجديدة على تسريع الجسيمات الذرية أو الأيونات إلى سرعات عالية بحيث يكون الدفع فعالا قدر الإمكان. لكن في الوقت الحالي، سنصنع محركات كهرومغناطيسية، وننتظر ما سيتوصل إليه إيلون موسك أيضًا في سيارته SpaceX.

 

ما هو المحرك الصاروخي الذي يعتبر الأفضل اليوم؟

من الصعب معرفة مدى جودة المحرك من الخارج. عليك أن تنظر إلى الأعداد المملة لمؤشرات كل محرك. ولكن ما هي المؤشرات التي يجب الانتباه إليها، لأن هناك الكثير منها؟

 

اقوى

 

على الأرجح، كلما كان المحرك أقوى، كلما كان ذلك أفضل. يوفر الصاروخ الكبير حمولة كبيرة واستكشافًا أسرع للفضاء. ولكن إذا نظرت إلى الشركة الرائدة في هذا المجال، فستجد أننا سنواجه بعض خيبات الأمل. أعلى قوة دفع بين جميع المحركات، 1400 طن، لديها معزز صوتي لمكوك الفضاء.

صور 4

على الرغم من كل قوتها، يمكن تسمية معززات الوقود الصلب بأمان كرمز للتقدم التكنولوجي، لأنها من الناحية الهيكلية ليست سوى أسطوانة فولاذية (أو مركبة) مع الوقود. بالإضافة إلى ذلك، أصبحت هذه المسرعات عتيقة الطراز في عام 2011، الأمر الذي يقوض الانطباع بنجاحها.

 

ومن يتابع الصاروخ الجديد فائق الثقل SLS يعلم أنه تم تطوير معززات جديدة أكثر تطوراً تعمل بالوقود الصلب له، وتبلغ قوة دفعه 1600 طن، لكن لم يعرف بعد متى سيتم إطلاق هذا الصاروخ. بالإضافة إلى ذلك، فإن مفهوم "تناول المزيد من القطاعات بالوقود بحيث يصبح الدفع أكبر" هو مسار تطوير واسع النطاق، وإذا لزم الأمر، يمكنك وضع المزيد من القطاعات، وبالتالي الحصول على المزيد من الدفع، لم يتم تحقيق إعادة التوزيع هنا بعد ولا توجد شروط مسبقة لأن مثل هذا المسار سيؤدي إلى الكمال الفني.

 

والثاني من حيث قوة الدفع البالغة 793 طنًا هو محرك الدفع السائل RD-171M للإنتاج المحلي.

صور 5

قد يعتقد الكثيرون أنه الأفضل حقًا. ولكن أين نجاحه؟ حسنًا، انتهى صاروخ إنيرجيا من وجوده أثناء انهيار الاتحاد السوفييتي، ومات زينيت نتيجة العلاقات السياسية بين روسيا وأوكرانيا. ولكن لماذا إذن لا تشتري الولايات المتحدة منا هذا المحرك الذي يبدو رائعًا، ولكنها تعطي الأفضلية لنصف حجم RD-180؟ لماذا ينتج الآن RD-180، الذي بدأ كـ "نصف" RD-170، أكثر من نصف قوة دفع RD-170، أي 416 طنًا؟ غير واضح.

 

المركزان الثالث والرابع من حيث الدفع تشغلهما محركات الصواريخ التي لم تعد تطير. نحن نتحدث عن محرك الوقود الصلب UA1207 المثبت على Titan IV (الدفع - 714 طنًا) والمحرك F-1 (الدفع - 679 طنًا). حتى مع وجود هذه الشخصيات البارزة في السلطة، لم يتمكنوا من البقاء على قيد الحياة حتى يومنا هذا. ربما بعض المؤشرات الأخرى أكثر أهمية؟

 

أكثر فعالية

 

ما هو المؤشر المسؤول عن كفاءة المحرك؟ إذا كان محرك الصاروخ يحرق الوقود لدفع الصاروخ، فإن مدى كفاءته في القيام بذلك يعتمد على كمية الوقود اللازمة للوصول إلى المدار/المريخ/القمر، ألفا سنتوري. لتقييم هذه الكفاءة في المقذوفات، يتم استخدام مؤشر خاص - دفعة محددة.

 

يُظهر النبض عن بعد عدد الثواني التي سيتمكن فيها المحرك من إنتاج 1 نيوتن من الدفع لكل كيلومتر واحد من الوقود.

 

في أحسن الأحوال، يكون حاملو الرقم القياسي في الدفع في منتصف القائمة، إذا تم تصنيفهم حسب دفعة محددة، وطائرة F-1 المزودة بمعززات الوقود الصلب متأخرة كثيرًا. ولكن هذه ليست السمة الأكثر أهمية، كما اتضح فيما بعد. وسوف تقتنع بذلك من خلال التعرف على قادة القائمة. مع مؤشر 9620 ثانية، يحتل المحرك النفاث الكهربائي غير المعروف HiPEP المركز الأول.

صور 6

وتجدر الإشارة على الفور إلى أن محرك HiPEP تم إنشاؤه لمشروع مسبار مغلق مخصص لاستكشاف أقمار كوكب المشتري، وتم تنفيذ العمل عليه في عام 2005. ووفقا لمصادر رسمية، أثناء الاختبار، طور النموذج الأولي لهذا المحرك دفعة محددة تبلغ 9620 ثانية، بينما يستهلك 40 كيلوواط من الطاقة.

 

في المركزين الثاني والثالث توجد محركات الدفع الكهربائية VASIMR (5000 ثانية) وNEXT (4100 ثانية)، والتي أظهرت أدائها على مقاعد الاختبار (لم تطير أبدًا بعد). والمحركات التي طارت إلى الفضاء (على سبيل المثال، سلسلة من محركات SPD المحلية من OKB Fakel) لها مؤشرات تصل إلى 3 آلاف ثانية.

صور 7

لماذا إذن لا تستطيع هذه المحركات أن تحل محل الباقي؟ للقيام بذلك، عليك أن تأخذ في الاعتبار مؤشراتها الأخرى. يتم قياس قوة دفع المحركات النفاثة الكهربائية بالجرام، لذلك لا يمكنها العمل في الغلاف الجوي. لن يكون من الممكن تجميع مركبة إطلاق فائقة الكفاءة على مثل هذه المحركات. فهي تتطلب كيلووات من الطاقة في الفضاء، وهو ما لا تستطيع جميع الأقمار الصناعية تحمله. لذلك، يتم استخدام المحركات النفاثة الكهربائية، كقاعدة عامة، فقط على أقمار الاتصالات الثابتة بالنسبة للأرض والمحطات بين الكواكب.

 

ولكن، إذا تجاهلنا محركات الدفع الكهربائية، فمن سيكون الرائد من حيث الدافع المحدد بين عدد المحركات الكيميائية؟

 

مع مؤشر 462 ثانية، سيكون القادة KVD1 محلي الصنع و RL-10 الأمريكي. وإذا طار KVD1 6 مرات فقط كجزء من صاروخ GSLV الهندي، فإن RL-10 هو محرك فعال ومحترم للمراحل العليا والمراحل العليا، والذي عمل بشكل مثالي لسنوات عديدة. من الناحية النظرية، يمكن تجميع مركبة إطلاق كاملة من هذه المحركات، ولكن دفع محرك واحد يبلغ وزنه أحد عشر طنًا يعني أنه سيتعين تثبيت العشرات منها في المرحلتين 1 و 1، ولن يكون هناك أشخاص يريدون القيام بذلك .

 

هل من الممكن الجمع بين الدفع النوعي العالي والدفع العالي؟ إن المحركات الكيميائية تتعارض مع قوانين عالمنا (الفيزياء تحظر احتراق الهيدروجين مع الأكسجين الذي له نبضة محددة أكبر من 460). كانت هناك مشاريع للمحركات الذرية، لكن الأمور لم تتجاوز المشاريع. ومع ذلك، بشكل عام، إذا تمكنت البشرية من عبور دفعة محددة عالية وقوة دفع عالية، فسيصبح الوصول إلى الفضاء أكثر سهولة. ما هي الخصائص الأخرى التي يمكن تقييمها للمحرك؟

 

أكثر كثافة

 

يتخلص محرك الصاروخ من الوزن (السوائل العاملة أو نواتج الاحتراق)، مما يؤدي إلى قوة الدفع. كلما زاد الضغط في غرف الاحتراق، زاد الدفع، خاصة في الغلاف الجوي، وزاد الدافع النوعي. سيكون المحرك الذي يحتوي على ضغط أعلى في غرفة الاحتراق أكثر كفاءة من المحرك ذو الضغط المنخفض الذي يستخدم نفس الوقود.

 

بعد فرز قائمة المحركات حسب هذا المؤشر، سيحتل اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية / روسيا المركز الأول - لقد حاولنا بكل طريقة ممكنة صنع محركات فعالة بأعلى أداء ممكن. تم تقسيم المراكز الثلاثة الأولى بين عائلة محركات كيروسين الأكسجين على أساس RD-170: RD-191 (259 atm)، RD-180 (258 atm)، RD-171M (246 atm).

في المركز الرابع، يأتي الصاروخ السوفيتي RD-0120 (216 atm)، الذي يحتل مكانة رائدة بين محركات الهيدروجين والأكسجين، وقد طار مرتين على متن مركبة الإطلاق Energia. يحتل المركز الخامس أيضًا محركنا المحلي - RD-2، الذي يعمل على زوج وقود غير متماثل من ثنائي ميثيل هيدرازين / رابع أكسيد النيتروجين على مركبة الإطلاق Dnepr، ويعمل عند ضغط 264 ضغط جوي. يحتل المركز السادس محرك مكوك فضائي أمريكي آخر RS-207 (25 ضغط جوي).

 

أكثر موثوقية

 

ومهما كان أداء المحرك واعداً، فإنه إذا انفجر بين الحين والآخر فلا فائدة منه. في الآونة الأخيرة نسبيًا، قررت شركة Orbital التخلي عن استخدام محركات NK-33 التي تم تخزينها منذ عقود. لقد تميزوا بالأداء العالي، لأن الحادث الذي وقع على منصة الاختبار والجمال المذهل لانفجار المحرك على مركبة الإطلاق Antares ليلاً يلقي بظلال من الشك على جدوى تشغيل هذه المحركات في المستقبل. سيتم الآن نقل مركبات الإطلاق Antares إلى RD-181 روسية الصنع.

صور 8

والعكس صحيح أيضًا - فالمحرك الذي لا يتمتع بقوة دفع متميزة أو نبض محدد، ولكنه يتميز بالموثوقية العالية، سيكون شائعًا. كلما زاد تاريخ تشغيل المحرك، زادت الإحصائيات، وتم اكتشاف المزيد من الأخطاء فيه في الحوادث التي حدثت بالفعل. تتبع محركات RD-107/108 الموجودة على سويوز نسبها من تلك المحركات التي أطلقت أول قمر صناعي ويو جاجارين، وعلى الرغم من التعديلات، إلا أنها تتمتع بأداء عالٍ جدًا اليوم. ولكن في كثير من النواحي فإنه يدفع مقابل الموثوقية العالية.

 

أكثر يسرا

 

المحرك الذي لا يمكنك شراؤه أو بنائه ليس له قيمة كبيرة بالنسبة لك. لا يمكن التعبير عن مثل هذا المؤشر بالأرقام، لكن هذا لا يجعله أقل أهمية. في كثير من الأحيان، لا تستطيع الشركات الخاصة شراء محركات باهظة الثمن، وتضطر إلى صنع محركات خاصة بها، وإن كانت أبسط. على الرغم من أنها لا تتألق بأدائها، إلا أنها أفضل المحركات للمطورين. على سبيل المثال، يبلغ ضغط غرفة الاحتراق في محرك Merlin-1D الخاص بشركة SpaceX 95 بارًا فقط، وهو إنجاز كبير عبره المهندسون السوفييت في الستينيات وفي الولايات المتحدة في الثمانينيات. لكن من ناحية أخرى، يستطيع ماكس إنتاج هذه المحركات في منشآت الإنتاج الخاصة به والحصول على العشرات بالكميات المطلوبة بسعر التكلفة، وهو أمر لائق جدًا.

صور 9

 

TWR

نظرًا لأننا بدأنا بالفعل الحديث عن Spacex Merlins، فمن المستحيل عدم ملاحظة مثل هذا المؤشر الذي دفعه معجبو SpaceX وأفراد العلاقات العامة بكل طريقة ممكنة - نسبة الدفع إلى الوزن. هذه هي نسبة دفع المحرك إلى وزنه. وفقا لها، كانت محركات ميرلين متقدمة على الجميع (لديهم أكثر من 150). ينص موقع SpaceX على الويب على أن هذا يجعل المحرك "الأكثر كفاءة على الإطلاق"، ويتم نشر هذه المعلومات بسرعة من قبل المعجبين ومسؤولي العلاقات العامة إلى مواقع أخرى. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك حرب صغيرة في ويكيبيديا الإنجليزية، عندما تم وضع هذا المؤشر حيثما كان ذلك ممكنا. ونتيجة لهذا الضجة في جدول مقارنة المحرك، تمت إزالة هذا العمود بالكامل. لسوء الحظ، يحتوي هذا البيان على علاقات عامة أكثر من الحقيقة. لا يمكن الحصول على نسبة الدفع إلى الوزن للمحرك في شكله النقي إلا عند الوقوف، وعند إطلاق الصاروخ ستكون المحركات أقل من 1% من وزنه، ولن يكون الفرق في وزن المحرك مطلقًا تؤثر على أي شيء. على الرغم من أن محرك TWR العالي سيكون أكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية من المحرك المنخفض، إلا أنه يمثل نقصًا كبيرًا في التوتر والبساطة التقنية للمحرك. على سبيل المثال، من حيث نسبة الدفع إلى الوزن، فإن محرك F-1 (94) يتفوق بشكل كبير على محرك RD-180 (78)، ولكن من حيث الضغط في غرفة الاحتراق والنبض المحدد، فإن محرك F-1 سيكون أقل شأنا إلى حد كبير. لذلك، فإن رفع نسبة الدفع إلى الوزن على قاعدة التمثال باعتبارها السمة الأكثر أهمية لمحرك الصاروخ هو ببساطة أمر ساذج.

صور 10

تكلفة

 

هذا المؤشر له علاقة كبيرة بإمكانية الوصول. إذا قمت بإنشاء محرك بيديك، فمن الممكن حساب تكلفته. إذا قمت بالشراء، فسيتم الإشارة إلى هذا المؤشر بوضوح. ولكن لسوء الحظ، وفقا لهذا المؤشر، من المستحيل بناء طاولة جميلة، لأن سعر التكلفة معروف حصريا للمصنعين، كما لا يتم نشر سعر البيع في كثير من الأحيان. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الوقت على السعر، فإذا كانت تكلفة RD-180 تقدر بـ 2009 ملايين دولار في عام 9، فقد ارتفعت هذه التكلفة اليوم إلى 11-15 مليون دولار.

 

إنتاج

 

في الواقع، لا تحتوي محركات الصواريخ على مؤشر واحد يمكن من خلاله أن نفهم بوضوح أي منها هو الأفضل. إذا حاولت استخلاص صيغة الضغط الأفضل، فستحصل على ما يلي:

 

أفضل محرك صاروخي هو المحرك الذي يمكنك شراؤه/تصنيعه والذي وصل إلى النطاق المطلوب (ليس قليلًا جدًا أو كثيرًا) وفعالًا جدًا (ضغط غرفة الاحتراق، دفعة محددة) بحيث لن تصبح تكاليفه غير محتملة بالنسبة لك.

صور 11

أخيرًا، يجدر إعطاء أمثلة على المحركات التي تعتبر، حسب الخبراء، من بين الأفضل:

  • سلسلة RD-170/180/190. إذا كنت من روسيا أو يمكنك شراء محركات روسية وتحتاج إلى محركات عالية الطاقة من المرحلة الأولى، فستكون هذه العائلة خيارًا رائعًا. تتميز هذه المحركات بالكفاءة والأداء الممتاز والموثوقية الممتازة، وهي في ذروة التقدم التكنولوجي.

صور 12

  • Be-3 و RocketMotorTwo. هذه هي محركات الشركات الخاصة التي تعمل في مجال السياحة شبه المدارية والتي تتواجد في الفضاء لبضع دقائق فقط. لكن هذا لا يمنعهم من الإعجاب بجمال أحدث الحلول التكنولوجية. إن محرك الهيدروجين BE-3، الذي يمكن خنقه على نطاق واسع وقابل لإعادة التشغيل، بقوة دفع تصل إلى 50 طنًا وتصميم غير عادي للمرحلة المفتوحة، تم إنشاؤه بواسطة فريق صغير نسبيًا، يستحق الاحترام. يعجب الخبراء ببساطة وجمال تصميم المحرك الهجين المؤكسد الغازي/الوقود الصلب من RocketMotorTwo.

صور 13

  • F-1 وJ-2. أقوى المحركات في فئتها كانت في الستينيات. نعم، من المستحيل ببساطة عدم حب المحركات التي تمنحها هذا الجمال:
  • آر دي-107/108. على الرغم من الأداء المنخفض - 60 أجواء في الغرفة و 90 طنًا من الدفع، بالإضافة إلى محرك قديم، فإن المحرك موثوق للغاية، ومن حيث التكلفة فهو قريب من "حاملة غبية كبيرة". ومن دون أدنى شك، ستستمر هذه المحركات لمدة 10 سنوات أخرى، وستسجل رقماً قياسياً في طول العمر. من غير المحتمل أن تجد محركًا سيكون له مثل هذا التاريخ المجيد.

مدونة ومقالات

الطابق العلوي