Cum funcționează o rachetă cu propulsor solid

Rachete cu combustibil solid includ toate rachetele de artificii mai vechi, cu toate acestea, acum există combustibili, proiectări și funcții mai avansate cu propulsori solizi.

Propulsor solid rachetele au fost inventate înaintea rachetelor cu lichid. Tipul de propulsor solid a început cu contribuțiile oamenilor de știință Zasiadko, Constantinov și Congreve. Acum într-o stare avansată, rachetele cu propulsor solid rămân în prezent utilizate pe scară largă, inclusiv motoarele Space Shuttle dual booster și etapele de rapel ale seriei Delta.

Suprafața este cantitatea de propulsor expusă la flacari cu combustie interioară, existând într-o relație directă cu tracțiunea. O creștere a suprafeței va crește impulsul, dar va reduce timpul de ardere, deoarece combustibilul este consumat într-un ritm accelerat. Tipul optim este de obicei unul constant, care poate fi obținut prin menținerea unei suprafețe constante pe toată durata arsurii.

Exemple de proiecte constante de grâne de suprafață includ: arderea finală, arderea internă și miezul exterior și arderea nucleului stelar.

Diferite forme sunt utilizate pentru optimizarea relațiilor de tracțiune a cerealelor, deoarece unele rachete pot necesita o componentă inițial ridicată pentru decolare, în timp ce o tracțiune mai mică va fi suficientă tracțiunea regresivă post-lansare cerințe. Modelele complicate ale miezului de cereale, în controlul suprafeței expuse a combustibilului rachetei, au adesea piese acoperite cu un plastic neinflamabil (cum ar fi acetatul de celuloză). Această acoperire împiedică flăcările de ardere internă să aprindă acea porțiune de combustibil, aprinse abia mai târziu când arderea ajunge direct la combustibil.

La proiectarea rachetei de propulsie a bobului propulsor, trebuie să se țină seama de faptul că poate fi o defecțiune (explozie) a diferenței și o rachetă de producție de împingere optimizată cu succes.

• Odată ce o rachetă solidă este aprinsă, acesta va consuma întregul său combustibil, fără nicio opțiune pentru oprire sau ajustare a tracțiunii. Racheta de lună Saturn V a folosit aproape 8 milioane de kilograme de tracțiune care nu ar fi fost posibilă cu utilizarea propulsorului solid, necesitând un propulsor lichid cu impuls specific.
• Pericolul implicat de combustibilii preamestecati ai rachetelor monopropellante, adică uneori nitroglicerina este un ingredient.

Un avantaj este ușurința de depozitare a rachetelor cu combustibil solid. Unele dintre aceste rachete sunt rachete mici, precum Onestul Ioan și Nike Hercules; altele sunt rachete balistice mari, cum ar fi Polaris, sergent și Vanguard. Propulsorii de lichide pot oferi performanțe mai bune, dar dificultățile în depozitarea și manipularea propulsorilor de lichide aproape zero zero (0 grade Kelvin) și-a limitat utilizarea în imposibilitatea de a răspunde cerințelor stricte pe care militarii le solicită puterii de foc.

Rachete cu combustibil lichid au fost teoretizate pentru prima dată de Tsiolkozski în „Investigația spațiului interplanetar prin mijloace de dispozitive reactive”, publicată în 1896. Ideea sa a fost realizată 27 de ani mai târziu, când Robert Goddard a lansat prima rachetă cu combustibil lichid.

Rachete cu combustibil lichid i-au propulsat pe ruși și americani adânc în epoca spațială cu puternice rachete Energiya SL-17 și Saturn V. Capacitățile ridicate de tracțiune ale acestor rachete au permis primele noastre călătorii în spațiu. „Pasul uriaș pentru omenire”, care a avut loc pe 21 iulie 1969, în timp ce Armstrong a pășit pe Lună, a fost posibil prin intermediul celor 8 milioane de lire sterline de rachetă Saturn V.

Două rezervoare metalice dețin respectiv combustibilul și oxidantul. Datorită proprietăților acestor două lichide, acestea sunt de obicei încărcate în rezervoarele lor chiar înainte de lansare. Rezervoarele separate sunt necesare, pentru că mulți combustibili lichizi ard la contact. La o secvență de lansare setă se deschid două valve, care permit lichidului să curgă pe conducta de lucru. Dacă aceste supape s-au deschis pur și simplu, permițând ca propulsoarele lichide să curgă în camera de ardere, a va apărea o rată de tracțiune slabă și instabilă, astfel încât fie o alimentare cu gaz sub presiune, fie o alimentare cu turbopump folosit.

Cel mai simplu dintre cele două, alimentarea cu gaz sub presiune, adaugă un sistem de gaz de înaltă presiune la sistemul de propulsie. Gazul, un gaz nereactiv, inert și ușor (cum ar fi heliul), este ținut și reglat, sub presiune intensă, de o supapă / regulator.

A doua soluție, și deseori preferată, a problemei transferului de combustibil este o turbopump. O turbopompă este aceeași cu o pompă obișnuită în funcție și ocolește un sistem sub presiune pe gaz aspirând combustibilii și accelerându-le în camera de ardere.

Oxidantul și combustibilul sunt amestecate și aprinse în interiorul camerei de ardere și se creează împingerea.

Din păcate, ultimul punct face rachetele cu combustibil lichid complex și complex. Un adevărat motor modern bipropellant lichid are mii de conexiuni de conducte care transportă diverse lichide de răcire, alimentare sau lubrifiere. De asemenea, diferitele sub-părți, cum ar fi turbopump sau regulator, constau din vertij separat de țevi, fire, supape de control, manometre de temperatură și bare de susținere. Având în vedere multe părți, șansa unei eșecuri a unei funcții integrale este mare.

După cum sa menționat anterior, oxigenul lichid este cel mai des utilizat oxidant, dar are și dezavantajele sale. Pentru a obține starea lichidă a acestui element, trebuie să fie o temperatură de -183 grade Celsius obținut - condiții în care oxigenul se evaporă ușor, pierzând doar o sumă mare de oxidant în timp ce se încarcă. Acidul azotic, un alt oxidant puternic, conține 76% oxigen, este în stare lichidă la STP și are un nivel ridicat gravitație specifică„Toate avantajele mari. Ultimul punct este o măsurătoare similară densității și cu cât crește mai mare, la fel ca și performanța propulsorului. Dar, acidul nitric este periculos la manipulare (amestecul cu apa produce un acid puternic) și produce subproduse nocive în arderea cu combustibil, astfel încât utilizarea sa este limitată.

Dezvoltat în secolul al II-lea î.Hr., de către chinezii antici, artificiile sunt cea mai veche formă de rachete și cele mai simpliste. Inițial focurile de artificii aveau scopuri religioase, dar au fost ulterior adaptate pentru uz militar în perioada de mijloc, sub formă de „săgeți în flăcări”.

În secolele al X-lea și al XIII-lea, mongolii și arabii au adus în Occident componenta principală a acestor rachete: praf de puşcă. Deși tunul și arma au devenit evoluțiile majore de la introducerea estică a prafului de pușcă, au rezultat și rachete. Aceste rachete au fost, în esență, focuri de artificii lărgite care au propulsat, în afară de arcul lung sau tunul, pachete de pulberi explozive.

În timpul războaielor imperialiste de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, colonelul Congreve și-a dezvoltat celebrele rachete, care parcurg distanțe de patru mile. „Îmbrăcarea roșie a rachetelor” (Imnul american) înregistrează utilizarea războiului de rachete, în forma sa timpurie de strategie militară, în timpul luptei de inspirație a Fort McHenry.

O siguranță (sfoară de bumbac acoperită cu praf de pușcă) este aprinsă de o chibrit sau de un „punk” (un băț de lemn cu vârful ca de cărbune roșu-strălucitor). Această siguranță arde rapid în miezul rachetei unde aprinde pereții prafului de pușcă din miezul interior. După cum am menționat înainte, unul dintre substanțele chimice din praful de pușcă este nitratul de potasiu, cel mai important ingredient. Structura moleculară a acestei substanțe chimice, KNO3, conține trei atomi de oxigen (O3), un atom de azot (N) și un atom de potasiu (K). Cei trei atomi de oxigen blocați în această moleculă furnizează „aerul” pe care siguranța și racheta îl foloseau pentru a arde celelalte două ingrediente, carbonul și sulful. Astfel azotatul de potasiu oxidează reacția chimică prin eliberarea ușoară a oxigenului său. Această reacție nu este însă spontană și trebuie inițiată de căldură, cum ar fi chibritul sau "punk-ul".