עיבוד של אמן את מפגין ה- Powerhead המשולב. אשראי תמונה: נאס"א. לחץ להגדלה.
כשאתה חושב על טכנולוגיית טילים עתידית, אתה בטח חושב על הנעת יונים, מנועי אנטי-חומר ומושגים אקזוטיים אחרים.
לא כל כך מהר! הפרק האחרון ברקטות המסורתיות עם דלק נוזלי טרם נכתב. מחקר נפתח בדור חדש של עיצובים של טילים דלקים נוזלים העלולים להכפיל את הביצועים ביחס לעיצובים של ימינו תוך שיפור האמינות.
טילים עם דלק נוזלי קיימים כבר זמן רב: השיגור הראשון המונע באמצעות נוזלים בוצע בשנת 1926 על ידי רוברט ה. גודארד. הרקטה הפשוטה הזו ייצרה בערך 20 קילו של דחף, מספיק כדי לשאת אותה כ -40 מטרים לאוויר. מאז עיצובים הפכו מתוחכמים ועוצמתיים. שלושת המנועים המשולבים באמצעות מעבורת החלל, למשל, יכולים להעביר יותר ממיליון וחצי פאונד של דחף משולב בדרך למסלול כדור הארץ.
אתה יכול להניח שעד עכשיו בוודאי שנעשה כל עידון אפשרי בעיצובים של טילים דלקיים בנוזל. אתה טועה. מסתבר שיש מקום לשיפור.
בראשות חיל האוויר האמריקני, קבוצה המורכבת מנאס"א, משרד ההגנה, ומספר שותפים בתעשייה עובדים על עיצובים טובים יותר של מנוע. התוכנית שלהם נקראת Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies, והם בוחנים שיפורים רבים אפשריים. אחד המבטיחים ביותר עד כה הוא תוכנית חדשה לזרימת דלק:
הרעיון הבסיסי שמאחורי רקטת דלק נוזלית הוא די פשוט. דלק ומחמצן, שניהם בצורה נוזלית, מוזנים לתא בעירה ומדליקים. לדוגמא, המעבורת משתמשת במימן נוזלי כדלק שלה ובחמצן הנוזלי כמחמצן. הגזים החמים המיוצרים על ידי הבעירה בורחים במהירות דרך הזרבובית בצורת חרוט ובכך מייצרים דחף.
הפרטים, כמובן, הרבה יותר מסובכים. ראשית, יש להזין את הדלק הנוזלי וגם את החמצון לתא במהירות רבה ובלחץ רב. המנועים העיקריים של המעבורת מנקזים בריכת שחייה מלאה בדלק תוך 25 שניות בלבד!
סיקור הדלק הזורם הזה מונע על ידי טורבופ. כדי להניע את טורבופ הענק, כמות קטנה של דלק "מונעת מראש", וכך נוצרת גזים חמים המניעים את הטורבופ, אשר בתורו מזרים את שאר הדלק לתא הבעירה הראשי. תהליך דומה משמש לשאיבת המחמצן.
הרקטות של דלק נוזלי של ימינו שולחות רק כמות קטנה של דלק ומחמצן דרך המסננים. החלק הארי זורם ישירות אל תא הבעירה הראשי, ומדלג על כל הטפטפות.
אחד החידושים הרבים שנבדקים על ידי חיל האוויר ונאס"א הוא לשלוח את כל הדלק והמחמצן דרך הטרנזיסטורים שלהם. נצרכת שם רק כמות קטנה - די בכדי להריץ את הטורבו. השאר זורם אל תא הבעירה.
לתכנון "מחזור מבוים מלא זרימה" זה יש יתרון חשוב: עם יותר מסה העוברת דרך הטורבינה שמניעה את הטורבופ פומפ, הטורבופומפ מונע חזק יותר, וכך מגיע ללחצים גבוהים יותר. לחצים גבוהים יותר שווים לביצועים גדולים יותר מהטיל.
עיצוב כזה מעולם לא שימש ברקטה דלקית נוזלים בארה"ב לפני כן, לפי גרי ג'אג 'במרכז הטיסה בחלל מרשל של נאס"א. ג'נג 'הוא סגן מנהל הפרויקטים של מפגין ה- Powerhead משולב (IPD) - מנוע בדיקה עבור מושגים אלה.
"עיצובים אלה שאנחנו בוחנים עשויים לשפר את הביצועים במובנים רבים," אומר ג'נג '. "אנו מקווים ליעילות דלק טובה יותר, יחס דחף למשקל גבוה יותר, אמינות משופרת - והכל במחיר נמוך יותר."
עם זאת, בשלב זה של הפרויקט, אנו רק מנסים לגרום לדפוס הזרימה החלופי הזה לעבוד נכון, "הוא מציין.
הם כבר השיגו יעד מפתח אחד: מנוע שפועל מקרר יותר. "גושי טורבופ המשתמשים בדפוסי זרימה מסורתיים יכולים לחמם עד 1800 צלזיוס," אומר ג'נג '. זה הרבה מתח תרמי על המנוע. הטורבופ "זרימה מלאה" קריר יותר, מכיוון שעם יותר מסה עוברת דרכו ניתן להשתמש בטמפרטורות נמוכות ועדיין להשיג ביצועים טובים. "הורדנו את הטמפרטורה בכמה מאות מעלות," הוא אומר.
ה- IPD נועד רק כבסיס למבחן לרעיונות חדשים, מציין ג'נג '. המפגין עצמו לעולם לא יעוף לחלל. אך אם הפרויקט יצליח, חלק מהשיפורים של IPD עשויים למצוא את דרכם לרכבי השיגור של העתיד.
כמעט מאה שנה ואלפי שיגורים אחרי גודארד, ייתכן שהרקטות הטובות ביותר עם דלק נוזלי טרם הגיעו.
המקור המקורי: מאמר המדע של NASA
