معرفی موشک های ایرانی

بعد از جنگ جهانی دوم همچنان عوامل مختلف در جهت تأیید عملکرد و تثبیت جایگاه موشک های سوخت مایع کار می کردند. 

به گزارش مشرق، ترکیب اکسیژن و الکل، خصوصیت رانشی به مراتب بیشتری نسبت به سوخت های جامد آن زمان ارائه می داد 

و این در حالی بود که سوخت های مایع با توانمندی بالاتر نیز در حال آزمایش و مشاهده نتایج رضایت بخش بود.

سوخت مایع، خود وظیفه خنک کردن بخش های لازم را بر عهده می گرفت در صورتی که سوخت جامد چنین توانایی نداشت. 

مخازن سوخت در موشک های سوخت مایعی که از سامانه توربوپمپ استفاده می کنند 

تحت فشار داخلی کمی کار کرده و از وزن پائینی برخوردار است در حالی که محفظه سوخت جامد وزن زیادی را به خود اختصاص می داد.

 به علاوه محفظه موشک های سوخت جامد تحت فشار و درجه حرارت بالایی قرار داشت و به همین علت نیاز به سازه مقاوم یعنی سنگین تری نیز پیدا می کرد.

بالا بردن برد موشک

مسأله دیگر در بالا بردن برد موشک های سوخت جامد نمود داشت و آن هم خطر سوختن دیواره های محفظه پیشران بود

 که از مدت زمان زیادتر مورد نیاز سوختن سوخت برای رسیدن به برد بیشتر ناشی می شد.

به علاوه چگونگی فرایند و خصوصیات احتراق سوخت در یک موتور سوخت جامد با قطرهای ۱٫۵ تا ۲ متر نیز مشکلات علمی زیادی داشت که باید برای آن هم فکری می شد. 

همه این مسائل دست به دست هم دادند تا ساخت موشک های سوخت جامد که از نظر عملکرد هم تراز با انواع سوخت مایع باشند تا سال ها بعد به تعویق بی افتد.

اما از اواسط دهه ۱۹۵۰ کم کم راه حل های غلبه بر مشکلات فوق در سطح علمی و نه عملی آشکار می شد. 

در اولین گام ترکیبی از سوخت جامد با خصوصیات رانشی نظیر ضربه ویژه بسیار بالاتر از انواع قبلی اختراع شد.

همچنین روش های جدیدی برای ساخت پیشران سوخت جامد ابداع شد که شامل ریخته گری مستقیم سوخت در محفظه آن بود. 

این روش ها نیز کمک کرد تا گرین (Grain) یا همان مجموعه سوخت داخل محفظه، با ابعاد بزرگ با مشکلات کمتری تولید شود.

یک نمونه سوخت جامد در حال ریخته‌گری و پس از قالب گیری

مسأله عایق حرارتی بدنه محفظه احتراق نیز با استفاده از خود گرین های جدید به عنوان عایق حرارتی حل شد. 

برای این منظور لایه سوخت قرار گرفته بر روی دیواره های محفظه احتراق وظیفه دفاع از دیواره در برابر حرارت بسیار بالای به وجود آمده در حین سوزش سوخت را بر عهده گرفته 

و دیواره تنها در لحظات نهایی سوزش سوخت تحت تأثیر این حرارت بالا قرار می گیرد. 

در نهایت شکل پیشران سوخت جامد به نمونه های نظیر تصویر زیر تبدیل شد.

ساختار ساده پیشران سوخت جامد

آخرین قدم در بهینه ساختن سازه محافظ پیشران های سوخت جامد با ساختن مواد با الیاف فولادی و رویه کامپوزیتی ممکن شد 

که این الیاف برای شکل دادن و ساختن محفظه احتراق به کار رفتند. این روش سبب به دست آمدن سازه ای با استحکام بالا و وزن نسبی کم گردید.

اما یک پیچیدگی فناورانه دیگر در موشک های سوخت جامد عایق حرارتی بخش خروجی (Nozzle) پیشران است 

که باید در طول مدت سوختن سوخت توانایی مقاومت در برابر بارهای حرارتی بسیار بالای به وجود آمده ناشی از عبور جریان گاز بسیار داغ حاصل از احتراق با سرعت بالا را داشته باشد 

که ذرات فلزی کوچک موجود در سوخت جامد نظیر پودر آلومینیوم نیز درون آن وجود دارد.

در نهایت بخش خروجی این موشک ها با استفاده از پوشش های چند لایه پیچیده ای متشکل از فلز، کامپوزیت و سرامیک های عایق حرارتی تولید شدند. 

در تصویر زیر بخش های مختلف سازنده خروجی یک پیشران سوخت جامد نمایش داده شده که بخش ۱ پوسته چهارخانه درونی، ۲ پوشش محافظ از ترموپلاستیک، ۳ ورقه گرافیتی، ۴ عایق سرامیکی، ۵ عایق پلاسمایی، ۶ المان های مقاومتی و ۷ پوشش بیرونی بخش خروجی موتور است.

ساختار چند لایه خروجی موتور سوخت جامد

تحلیل عملکرد گازهای در خروجی پیشران سوخت جامد نیز پیچیدگی علمی بالایی دارد زیرا گازهای خروجی به طور معمول مخلوطی دو فازی از گاز و ذرات جامد هستند که در برخی ترکیبات مواد مایعی نیز در گازهای خروجی برای مدت کوتاهی ظاهر شده که نیازمند تحلیل پیچیده تر چند فازی است.

مجموعه این مشکلات تئوری و عملی سبب شد تا پیشران سوخت جامد دیرتر از سوخت مایع در خدمت صنایع موشکی دنیا قرار بگیرد 

که خود این تأخیر نشان دهنده دشواری های بسیار بیشتر سوخت جامد نسبت به مایع است 

در حالی که نیاز به سوخت جامد از همان ابتدای توسعه صنعت موشکی وجود داشت.

امروزه با حل مشکلات سوخت جامد حوزه به کار گیری این نوع از پیشران ها نیز بسیار گسترده شده است. 

از پیشران اصلی موشک های نظامی و فضایی تا موتورهای ترمزی بین مراحل مختلف موشک ها و سامانه های فرود فضاپیماها بر سطح و یا سامانه های نجات اضطراری فضانوردان و حتی موتورهای کوچک کنترلی.

مقایسه مختصر سوخت مایع با جامد

به گزارش تسنیم، هر چند مقایسه موشک هایی که از سوخت مایع و جامد استفاده می نمایند بسته به نوع طراحی و هدف مأموریت باید صورت گیرد  

اما می توان توصیفات کلی از عملکرد این ۲ نوع سوخت یا در واقع ۲ نوع پیشران راکتی ارائه نمود.

در ابتدا نیازهای مأموریت های نظامی از مهمترین عوامل و انگیزه های توسعه موشک های سوخت جامد بوده است. 

مسائلی همچون نیاز به آماده شدن سریع موشک برای پرتاب، قابلیت اطمینان بالا با توجه به نبود سامانه های متعدد مکانیکی در پیشران، حجم کمتر موشک و تعداد کمتر تجهیزات جانبی زمینی و خدماتی آن.

در عمل به منظور فراهم کردن مقدمات پرتاب موشک های سوخت جامد به زمانی کمتر از ۱۵ تا ۲۰ دقیقه برای آماده سازی پیشران، ژیروسکوپ ها و سامانه کنترلی نیاز است.

گزارش مشرق

به گزارش مشرق، هر چند هر دو نوع پیشران سوخت مایع و جامد دارای پیچیدگی هایی نظیر فرایند سوزش سوخت و احتراق، هدایت بهینه جریان مواد حاصل از احتراق به خارج از موشک، ساخت سازه بخش های مختلف برای کارکردن در آخرین حد مقاومت مواد 

و عملکرد در زمان بسیار کوتاه و عایق های محافظتی برای کار در درجه حرارت های بسیار بالا هستند.

اما پیشران سوخت جامد در مقایسه با سوخت مایع از یک خصوصیت ویژه برخوردار است 

و آن هم این که نمی توان این پیشران را به صورت سامانه های مجزا مورد طراحی، ساخت و اصلاح قرار داد بلکه در این پیشران مسائل مختلف فرایند تبدیل سوخت به گاز داغ تماماً به صورت یکپارچه رخ می دهد 

و به همین شکل نیز باید تحلیل شود.

البته دشواری های علمی دیگری نظیر لحاظ شدن حرارت و تأثیرات حرکت سریع گاز داغ نیز در تمام طول محفظه پیشران که محفظه احتراق آن نیز هست تا خروج از موشک نیز باید به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد

 که نیازمندی های علمی بالاتری نسبت به طراحی یک پیشران سوخت مایع ایجاد می نماید.

یک پیشران سوخت جامد با گرین به شکل ستاره

در مقابل پیچیدگی مکانیکی و قطعات بسیار کمتر، سادگی ساخت، قابلیت اطمینان عملکردی بالاتر، سهولت نگهداری و انباری ساده و طولانی مدت و زمان کوتاه آماده سازی سوخت های جامد، سوخت های مایع دارای مزیت قابل کنترل بودن هستند.

 در واقع سوخت جامد پس از روشن شدن پیشران قابل کنترل نبوده و یا باید تا انتها بسوزد و یا پیشران منهدم یا جدا شود تا نیروی رانش قطع گردد.

اما در سوخت های مایع با استفاده از شیرهای کنترلی میزان جریان سوخت و اکسید کننده و فرایند احتراق قابل کنترل بوده 

و در برخی طراح های ساخته شده در دنیا قابلیت خاموش و روشن کردن آن نیز وجود دارد 

بنا بر این امکان تنظیم میزان رانش بر اساس پارمترهای مد نظر در بهینه سازی مسیر پروازی در این نوع پیشران کاملاً وجود دارد. 

البته به طور معمول پیشران سوخت جامد در لحظات اولیه پرواز شتاب بالاتری برای موشک فراهم می نماید 

که به بهبود قابلیت های راهکنشی (تاکتیکی) آن در مأموریت های نظامی کمک می نماید.

نیاز مأموریت های فضائی به موشک های چند مرحله ای