نحوه کار موتور موشک - موتور موشک چگونه کار می‌ کند؟

نحوه کار موتور موشک

یکی از جالب ترین و مهیج ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و دشواری های منحصر به فردی دارد. دسترسی به فضا کار دشواریست، به این دلیل که باید با خیل عظیمی از مشکلات مواجه شد. به طور مثال: وجود خلا در فضا ، وجود گرما و حرارت ، مساله ورود دوباره به زمین ، مکانیک مدارها ، ذرات و بقایای فضا ، تابشهای کیهانی و خورشیدی و طراحی قابلیت ها برای پایا نگه داشتن اجسام در بی وزنی.

نحوه کار موتور موشک

اما مهم ترین مشکل ایجاد انرژی لازم جهت بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای فهم این مساله بایستی به ارزیابی نحوه عملکرد موتورهای موشک پرداخت. با یک بررسی گذرا ، می‌توان موتورهای موشک را به راحتی و با مبلغی معقول طراحی کرد و حتی آن را به پرواز در آورد، ولی در صورتیکه تمایل داشته باشیم مسئله را در سطح گسترده ارزیابی کنیم با دشواری ها و پیچیدگیهای فراوانی رو به رو خواهیم شد و این موتورهای موشک (و به ویژه سیستم سوخت آنها) به قدری مشکل است که تا کنون سه کشور توانسته‌اند با به کارگیری از این تکنولوژی انسان را در مدار زمین قرار دهند.

نکات پایه‌ای

در بیشتر مواقغ زمانی که شخصی در خصوص موتورها می اندیشد، ناخودآگاه چیزهایی درباره چرخش برایش یادآوری  می‌شود. مثلا حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخها از خود تولید می‌کند و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می‌کنند. موتور بخار هم عملکردش به همین شکل می باشد. اما موتور موشک از نظر  سازمان فرق می کند. موتور موشکها موتورهای عکس العملی هستند. پایه کار موتور موشک بر اساس قانون معروف نیوتون استوار است که می‌گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به میزان برابر و اما درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک سو پرتاب می‌کند و از عکس العمل آن در جهت مخالف منفعت می‌برد. البته فکر کردن به این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از عکس العمل) احتمال دارد در شروع اندکی غیرعادی به نظر آید، به این دلیل  که در عمل خیلی نحوه کار متفاوت است. انفجار ، صدا و فشار مسائلی هستند که در ظاهر سبب حرکت موشک می‌شود و نه "پرتاب جرم".

سناریوی توپ بیسبال در فضا

تصورکنید شما لباس فضانوردان را بر تن کرده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق هستید  و چندین توپ بیسبال در دستانتان است. در چنین حالتی زمانی که  شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، عکس العمل آن بدن شما را به سمت مخالف توپ سوق می‌دهد. سرعت شما بعد از پرتاب توپ به وزن توپ و  میزان سرغت وارده وابسته است. همانطور که مطلع هستید حاصلضرب جرم در شتاب مساوی با نیرو می باشد، یعنی: F = m.a

همچنین هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی برابر اما در جهت مخالف به بدن شما وارد می‌ نماید که همان عکس العمل است. در نتیجه بایستی گفت: m.a = m.a. اکنون فرض را بر این می گذاریم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. در نتیجه  در صورتی که شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب ننمایید، بدین معنی که شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی ، سرعتی وارد کرده‌ باشید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. عکس العمل آن روی بدن شما اثر گذار خواهد بود، اما وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. در نتیجه بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 0.21 متر بر ساعت) به عقب بر می گردد. در این صورت چنانچه شما مایلید از توپ بیسبال خود توان بیشتری دریافت کنید، 2 راه برایتان وجود دارد: بالا رفتن جرم یا بالا رفتن شتاب وارده. شما می‌توانید یا یک توپ با وزن بیشتر پرتاب نمایید و یا اینکه توپ بیسبال را با شتاب بیشتری پرتاب کنید (شتاب آن را با لا ببرید) که این دو کار تنها راه حل های موجود پیش روی شماست.

یک موتور موشک نیز در نهایت جرم را در قالب گازهای پر فشار پرتاب می‌ نماید؛ موتور گاز را در یک سو به خارج پرتاب می کند تا از عکس العمل آن در جهت مخالف منفعت جوید. این جرم از میزان سوختی که در موتور موشک می سوزد گرفته می شود. عملیات سوختن به سوخت سرعت می بخشد تا از دهانه خروجی موشک با شتاب فراوان خارج شود. زمانی که سوخت جامد یا مایع می‌سوزد و به گاز تبدیل می‌شود، میزان جرم آن عوض نمی شود ولی حجم تغییر پیدا می کند. بدین معنی که چنانچه شما به میزان 1 کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید یعنی به میزان یک کیلو جرم با حجمی بیشتر ، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و شتاب بالا بیرون می ریزد. عملیات سوختن ، به جرم سرعت نمی بخشد.

نیروی پرتاب

به توانایی موتور یک موشک، نیروی پرتاب آن می‌گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به شکل (پوند) ponds of thrust و در سیستم متریک با واحد نیوتون معرفی گشته است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب مسائی است با 1 پوند نیروی پرتاب). هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) میزان نیرویی است که قادر است یک وسیله 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ثابت مخالف نیروی جاذبه زمین نگه داشت. در نتیجه در روی زمین سرعت جاذبه 21 متر در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.

امتیاز بدهید

نظر خود را بنویسید