اين تكنولوژي هزينه مسافرت هاي فضايي را بسيار كاهش خواهد داد
اگر موجودات زنده تنفس مي كنند تا انرژي مورد نياز براي فعاليت هاي روزمره را فراهم كنند، زياد عجيب نيست. ولي اگر يك وسيله حمل و نقل غول پيكر آهنين اين كار را انجام دهد، كمي عجيب و جالب توجه است. اينجا مي خواهيم با موشك هايي آشنا شويم كه مانند موجودات زنده هوا و اكسيژن مورد نياز را از هواي جو تنفس كرده و با تركيب آن با سوخت، نيروي پيشرانش را فراهم مي كنند. اين وسايل حمل و نقل پرتابي در مدت زمان پرواز، هواي مورد نياز براي سوختن را از جو گرفته و ذخيره مي كنند. با اين كار نيازي به همراه بردن مخزن هاي سنگين اكسيد كننده نيست.
تلاشي براي كاهش وزن
در حالي كه بيشتر طرح هاي ناسا، آينده اي جادويي را نويد مي دهند، يكي از طرح هاي اين آژانس درباره فناوري موتوري است كه مسافرت فضايي را بسيار كم هزينه تر خواهد كرد. در تلاش براي كاهش وزن فضا پيما هنگام پرتاب، مهندسان ناسا يك موتور موشكي طراحي كرده اند كه نيازي به اكسيد كننده ندارد. در طرح موتور موشكي «هواتنفسي» هنگامي كه فضاپيما به سوي مدار مي رود، اكسيژن را از هوا خواهد گرفت تا سوخت را با آن بسوزاند.
ايده نه چندان نو اما مفيد
ايده موتوري كه در آسمان نيروي پيشرانش را از هواي جو بگيرد چندان نو نيست. موتورهاي جت، سال هاست كه اين فرايند را به كار مي گيرند.
استفاده از هواي جو براي موتورهاي جت فراصوت و راندن يك فضاپيماي سبك وزن با آن، در آينده نه چندان دور هزينه هاي ارسال فضاپيما به مدار يا شايد بالاتر از مدار را كاهش خواهد داد.
الان فرستادن هر كيلوگرم بار به مدار حدود 25 ميليون تومان هزينه دارد ولي طبق برنامه ريزي ها در 25 سال آينده اين هزينه ها بايد بسيار كم شود؛ شايد يك دهم و شايد هم كمتر! يك راه براي كاهش هزينه ها حذف اكسيد كننده هاي سنگين وزن است كه امروزه آنها را همراه موشك و براي سوزاندن سوخت به مدار مي فرستند. به اين ترتيب فناوري هاي موتور موشكي هواتنفسي توانايي رساندن مردم عادي به فضا را آسان تر مي كنند.
موتور
در يك موتور موشكي عادي، اكسيد كننده و سوخت هر دو با هم به محفظه احتراق تزريق مي شوند و در آنجا مي سوزند. با سوختن سوخت، جريان پرسرعت و پرفشاري از گازهاي گرم توليد مي شود.
اين گازها درسراسر شيپوره (نازل) جاري مي شوند و شيپوره شتاب و سرعت آنها را بيشترمي کند و سپس گازها از موتور بيرون رانده مي شوند. اين فرايند نيروي پيشرانش را براي فضاپيما يا موشك فراهم مي كند.
مقدار اكسيژن مورد نياز
يك شاتل فضايي، 143 هزار گالن (حدود 550 مترمكعب) اكسيژن مايع نياز دارد.
اين مقدار اكسيژن مايع، وزني برابر 616 تن دارد ولي وزن يك شاتل فضايي خالي 74 تن است.
وزن تانكر بيروني شاتل (تانكر بزرگ نارنجي رنگ) 35 تن است و بوسترهاي سوخت جامد (همان دو موشك كناري شاتل موقع پرواز) هم سر هم 83 تن وزن دارند.
اگر همه اين اعداد و ارقام را جمع بزنيم، وزن كل شاتل 278 تن خواهد و با افزودن وزن سوخت و اكسيد كننده، وزن نهايي 1996 تن مي شود! اما مي شود به آساني وزن پرتاب فضاپيما را كاهش داد.
براي اين كار مي توان مخزن اكسيد كننده مايع را از فضاپيما جدا كرد. با اين كار وزن پرتاب فضاپيما به 1406 تن كاهش مي يابد.
يك فضاپيما با اين وزن بسيار سنگين است ولي با اين كار هزينه پرتاب به مدار بسيار كاهش مي يابد.
موتوري شبيه به موتور جت
موتور يك موشك هوا تنفسي كه موتور چرخه تركيبي راكت- پايه نيز ناميده مي شود، به موتور جت شباهت بسياري دارد. در يك موتور جت، هوا با كمپرسور مكيده مي شود. سپس موتور هوا را فشرده مي سازد، آن را با سوخت مي آميزد و فراورده را مي سوزاند كه با اين كارها نيروي پيشرانش توليد مي شود. موتور جت مناسب سرعت هايي با ماخ 3 و 4 است. زيرا بيشتر از آن، گرم شدن بيش از اندازه بخش هاي موتور را در پي خواهد داشت. در يك موتور رمجت فراصوت يا موتور اسكرمجت، يك دهانه هوا وجود دارد كه با آن هوا هنگامي كه وسيله پرنده با سرعت حركت مي كند، مكيده شده و فشرده مي شود. سوخت به جريان فراصوت هوا افزوده شده و با آن آميخته شده و مي سوزد. سوخت هايي كه بايد موشك هاي هواتنفسي به كار بگيرند بيشتر شامل هيدروژن مايع يا تركيبات هيدروكربني است.
مشكل بلند شدن از روي زمين
با آنكه موشك هاي هواتنفسي بسيار كارآمد هستند ولي نمي توانند نيروي پيشرانشي براي بلند شدن فراهم كنند. براي حل اين مشكل دو راه مطرح شده است. ناسا ممكن است توبروجت ها يا موتور موشكي هوا- افزايشي را به كار گيرد تا وسيله پرنده از روي زمين بلند شود. يك موتور موشكي هوا- افزايشي، همانند يك موتور موشكي معمولي است ولي هنگامي كه اين موتور سرعت زيادي مي گيرد (ماخ 2 يا 3)، عمل اكسيداسيون سوخت را با به كارگيري از هواي جو را پي در پي افزياش مي دهد و سرعت وسيله پرنده را به ماخ 10 يا بيشتر مي رساند و پس از آن كاركرد معمولي خود را از سر مي گيرد. موتورهاي موشكي هوا- افزايشي را در لوله هايي جاي مي دهند كه هوا را مي گيرد و با اين كار، كارايي موتور موشكي بيش از 15 درصد افزايش مي يابد. همچنين ناسا در حال كار روي برنامه اي براي پرتاب موشك هاي هواتنفسي با به كارگيري جاده هاي شناوري مغناطيسي (مگلو Mag Lev) است. بابه كارگيري مَگلِو ها سرعت وسيله پرنده پيش از بلند شدن به هوا تا 224 متر بر ثانيه افزايش مي يابد. پس از بلند شدن وسيله پرنده و پس از آنكه سرعتش به دو برابر سرعت صوت رسيد، موتورهاي موشكي هوا- افزايشي خاموش خواهند شد و پس از آن نيروي پيشرانش با موتورهاي موشكي هواتنفسي توليد خواهد شد كه اكسيژن را به مدت نيمي از زمان پرواز به درون خواهند دميد (همانند دم و بازدم موجودات زنده). ويژگي اين كار اين است كه وسيله پرنده درون خودش اكسيژن زيادي همانند موشك هاي عادي نخواهد داشت و و وزن و در پي آن هزينه پرتاب كاهش مي يابد. پس از آنكه سرعت موشك به بيش از 10 برابر سرعت صوت رسيد موتورهاي موشكي مرسوم و معمولي شروع به كار مي كنند تا بار مورد نظر را در مدار جاي دهند. با سامانه هايي كه در اين گونه از راكت ها به كار گرفته شده ايمني بيشتري فراهم مي شود و با هزينه كمتر مي توان فضا را آسان تر لمس كرد.
منبع: دانستنيها شماره 37
