دانلود مقاله در مورد راکت فضایی با pdf دارای 16 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد دانلود مقاله در مورد راکت فضایی با pdf کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی دانلود مقاله در مورد راکت فضایی با pdf ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن دانلود مقاله در مورد راکت فضایی با pdf :
راکت فضایی
یکی از دیرینه‌ترین آرزوهای بشر در طول زمان سفر به فضا بوده است. البته سالها این موضوع آرزویی دست نیافتنی و افسانه‌ای فرض می‌شده است تا اینکه بالأخره این انسان معجزه‌گر به نیروی عقل و خرد و خلاقیت خویش توانست به کره‌ی ماه گام نهد و این آرزوی دیرین خود را به عمل تبدیل کند.قدرتی که اینبار به یاری بشر آمد تا با آن فضا را فتح کند،قدرتی به نام راکت بود.
یک راکت، وسیله، موشک و یا هواپیمایی است که با بیرون دادن گاز از ته خود به جلو حرکت می کند. راکت ها بیشتر برای مقاصد نظامی، حمل ماهواره ها به مدارها، سفرهای فضایی و برای پژوهش دیگر سیارات استفاده می شوند.
راکت ها پیشینه ای طولانی دارند و در برخی از کتاب ها، حتی تاریخ هزار ساله برای آنها ثبت شده است. راکت ها وسایلی بودند که انسان را در قرن 21 برای اولین بار به کره ماه رساندند و هم اکنون هم توریسم فضایی تنها با کمک این وسایل انجام می شود.
تاریخچه
کلمه راکت از کلمه Rocchetta ایتالیایی گرفته شده که نام یک ترقه بسیار ابتدایی است که توسط موراتوری در سال 1379 ساخته شد.نخستین فناوری های ساخت راکت توسط چنگیزخان مغول هنگامی که روسیه و قسمت هایی از شرق و مرکز اروپا را فتح کرد ابداع شد. البته خود چنگیزخان هم هنگامی که شمال چین را فتح کرد از طریق چینی ها به این فناوری رسید و به سرعت متخصصین راکت سازی چینی را به استخدام خود درآورد و برای اولین بار در سال 1241 میلادی در جنگ سجو از تسلیحات راکت مانندی استفاده کرد.
البته در آن زمان راکت به معنی وسیله ای بود که با مواد منفجره پرتاب می شد و بدون هدایت مسیرش را طی می کرد. مسلمانان هم برای اولین بار در دنیا و به دست خودشان راکت ساختند و علیه شاه لوئیس نهم فرانسوی در سال1268 میلادی استفاده کردند.
اما دو دانشمند یکی از بلوک شرق و دیگری از بلوک غرب بودند که با ساختن راکت هایی عصر فضا را رقم زدند. کورولوف از شوروی و فون براون دانشمند نازی بعد از جنگ به استخدام آمریکا درآمدند. از تلاش های موازی آنها بود که الان سفرهای فضایی میسر شده. آن دو همیشه آرزو داشتند که با هم همکار بودند.
اما دست رسی به فضا پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا: وجود خلا در فضا ، مشکلات گرما و حرارت ، مشکل ورود مجدد به زمین ، مکانیک مدارها ، ذرات و باقی مانده‌های فضا ، تابشهای کیهانی و خورشیدی و طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیاء در بی وزنی.
ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.
اولین بار موتور راکت توسط آلمانی‌ها برای پرتاب بمبها به سوی دشمن در جنگ جهانی دوم بکار گرفته شد. این موتورها با سوخت جامد کار می‌کردند که امروزه نیز با گذشت چندین دهه باز هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به هرحال ساختن یک موتور، بدون هیچ عضو دواری که در وسایل نقلیه موجود مورد استفاده‌اند، به گونه‌ای که قادر باشد با سرعتی بسیار بالا از کمند جاذبه زمین گریخته و به دیگر نقاط فضا برود آنچنان ساده و معمولی نیست و دارای پیچیدگی‌های خاص خود می‌باشد که بحث درباره‌ی هر جزء آن و نوشتن از هر کدام، مطالعات زیادی را می‌طلبد. ولی در این مقاله ما بیشتر به کلیات و معرفی نحوه عملکرد موتور راکت به صورت تئوری می‌پردازیم که امید است مورد استفاده قرار گیرد.
فنون پرتاب راکت جهت بررسی و آشنایی کامل با آن سالیان زیادی مطالعه و پرداختن به مباحث زیادی را می‌طلبد که ما در این مقاله سعی به پرداختن به همه‌ی جزئیات آن را نداریم.
این مقاله در برگیرنده توابع اولیه و اصلی مطالعه‌ی تئوری راکت با آدرس‌دهی قوانین فیزیکی حاکم بر حرکت و پیش‌رانش، پارامترهای مهم اجرا و عملکرد در راکت، تکنیک‌های مختلف پیش‌رانش در راکت، و انواع سوخت و پیش‌رانهای مورد استفاده در راکت می‌باشد.
مختصری درباره‌ی پیش‌رانش(جرم عکس العملی)
راکتها نیز همانند سایر انواع پیش‌رانهای دیگر هستند که مطابق قانون سوم نیوتن با تبادل ممنتم توسط تعدادی جرم عکس‌العملی و با مصرف انرژی تولید نیروی پرتاب و حرکت به جلو می‌کنند.
ولی راکتها از آن نظر که جرم عکس‌العملی مورد نیاز خود را با خود حمل می‌کنند با سایر انواع وسایل نقلیه متفاوتند. بنابراین بی‌نیاز به محیط اطراف بوده و مستقل از آن عمل می‌کنند. (Self contained)
سایر انواع وسایل نقلیه جهت تأمین جرم عکس‌العملی به محیط اطراف خود نیازمندند. اتومبیل‌ها از زمین استفاده می‌کنند و هواپیماها و قایق‌ها از آب و قایق‌های بادبانی از باد. راکتهایی که اغلب با آنها آشنایی داریم، راکتهای شیمیایی هستند که جرم عکس‌العملی آنها مخلوط سوخت و اکسیژن می‌باشد. در راکتهای شیمیایی، جرم عکس‌العملی همان منبع انرژی نیز هست. راکتهای شیمیایی معمل، آن دسته از موتورهای احتراق داخلی هستند که مخلوط سوخت و اکسیژن را در یک محفظه احتراق سوزانده و گاز تولیدی با گرما و فشار زیاد را به سوی یک نازل شتاب می‌دهند. ولی در راکتهای الکتریکی و هسته‌ای که در ادامه درباره آن صحبت خواهد شد، پیشران (جرم
عکس‌العملی) اساساً جرمی راکد و فاقد نیروی جنبش می‌باشد که توسط موتور به آن حرارت و شتاب داده می‌شود و سوخت و پیشران جدای از هم عمل می‌کنند.
همانند سایر وسایل نقلیه، راکتها شامل یک سری اجزاء اساسی مشابهی مانند یک ساختمان که در آن یک سری تیرهای حمال (framework) تعبیه شده است و سایر اجزاء را در خود جای داده و محافظت می‌کند، سیستم رانش که نیروی لازم را جهت حرکت وسیله نقلیه فراهم می‌کند، منبع انرژی تهیه توان لازم برای نیرو بخشیدن به سیستم نقلیه، سیستم راهبری جهت کنترل جهت، و در نهایت و مهمتر از همه «در حقیقت دلیل اصلی داشتن سیستم حمل و نقل» بار مفید؛ می‌باشند. (نمونه‌هایی از بار مفید از قرار زیر می‌باشد:
مسافران، اسباب و ادوات یا منابع علمی و وسایل مورد نیاز در سفر؛ وقتی که یک راکت به عنوان جنگ‌افزار جهت تخریب هدف مورد استفاده قرار می‌گیرد و ما آن را موشک می‌نامیم بار مفید آن کلاهک می‌باشد.)
فیزیک راکت
همان طور که می‌دانید آقای اسحاق نیوتن، قوانین اصلی حرکت را ثبت کرده است که این قوانین وسیله‌ای است که ما آنالیز قوانین حرکت راکتها را با آن انجام می‌دهیم.
این قوانین برای آنالیز اولیه حرکت همه وسایل نقلیه با محرک راکت اعمال می‌شوند. بر جت‌های گازی که برای کنترل وضعیت بکار می‌روند، راکتهای کوچک که برای مراحل مختلف جدایی موشک بکار می‌روند، برای تصحیحات حفظ مسیر گلوله‌ها و برای راکتهای بزرگ که جهت حمل ماهواره به مدار زمین استفاده می‌شوند و ;
قانون اول نیوتن: (اینرسی)
هر شیئی تمایل به ادامه حرکت یکنواخت خود در خط راست دارد. مگر اینکه توسط اعمال یک نیرو مجبور به تغییر وضعیت شود.
قانون دوم نیوتن: (ممنتم)
وقتی که یک نیرو به جسمی وارد می‌شود، تغییرات زمانی ممنتم، هم جهت با نیروی اعمال شده می‌باشد.
قانون سوم نیوتن: (عمل و عکس‌العمل)
برای هر عملی عکس‌العملی برابر او نظر بزرگی و مخالف از جهت می‌باشد.
با تحلیل کردن این سه قانون در تئوری راکتها می‌توان نحوه رانش آن را تفسیر و ساده سازی کرد:
برای مثال قانون اول میگوید که موتورهای باید نیروی تراست «پرتاب» کافی برای غلبه بر نیروی جاذبه زمین و راکت پرتاب شده را ایجاد کنند. موتورها باید قادر باشند که حرکت وسیله نقلیه را آغاز نموده و برای رسیدن به سرعت مطلوب، شتاب لازم را به آن بدهند. به گفته دیگر پرتاب راکت موتورها باید پوندتراست (pounds of Thrust) بیشتری نسبت به وزن آن ایجاد کنند. (درباره نیروی تراست در آینده صحبت خواهد شد.)
هنگام اعمال قانون دوم نیوتن باید مجموع کل نیروهای اعمال شده بر بدنه‌ی راکت را در نظر بگیریم. که نیروی شتاب نهایی حاصل از نیروی اعمال شده خالص روی راکت می‌باشد. این به آن معنی است که اگر ما یک راکت به وزن 2000000lbf را به طور عمودی از زمین پرتاب کنیم و موتور آن دارای نیروی Thrust 250000lbf باشد، نیروی خالص پرتاب برابر با 50000lbf است که اختلاف بین نیروی Thrust موتور و وزن راکت می باشد.در اینجا نیروی گرانش برخلاف جهت نیروی تراست عمل می‌کند. در هنگام بکار انداختن راکت تا رسیدن به مقصد، نیروهای اعمال شده بر راکت متغییر می‌باشد. نیروی گرانش در حال کاهش می‌باشد چرا که جرم راکت به دلیل مصرف سوخت در حال کاهش می‌باشد و همچنین نیروی گرانش نیز با ارتفاع کاهش می‌یابد. هنگامی که راکت از میان
جو عبور می‌کند نیروی drug به دلیل کاهش سرعت افزایش یافته و با افزایش ارتفاع به دلیل کاهش دانیسته کاهش می‌یابد.( در مدتی که تراست باقی مانده ثابت باشد، پروفیل شتاب با تغییر نیروهای وارد بر راکت تغییر می‌کند. در نمودار ترم (Max Q) به بالاترین فشار سازنده ناشی از drag حاصل از اتمسفر اشاره دارد.) تأثیر غالب در نهایت به این ترتیب می‌باشد که شتاب برحسب یک نرخ افزایش، افزایش می‌یابد، جرم راکت در حال افزایش می‌باشد. پایین بودن شتاب و سرعت هنگام پرتاب ناشی از نیروی خالص پایین و جرم بالای راکت در این زمان می‌باشد. هنگامی که
سوخت توسط موتور سوزانده می‌شود، شتاب و سرعت هر دو افزایش پیدا می‌کنند. (کاهش جرم راکت و افزایش نیروی خالص) در اولین مرحله پایانی خرج شتاب افت شدیدی پیدا می‌کند که در این نقطه شتاب تنها ناشی از محیط و گرانش و دراگ می‌باشد و بطور کلی برخلاف جهت حرکت هست. در مرحله دوم احتراق و شتاب سرعت افزایش دوباره پیدا می کند .
از آنجا که افزایش در سرعت و شتاب بسیار بالایی اتفاق می افتد در مرحله فوق موتور یا موتور های راکت سوخت بیشتری می سوزانند.
هنگامی که راکت به سرعت مورد نظر (از نظر جهت و مقدار) می‌رسد و همچنین به ارتفاع مورد نظر در مأموریت، اعمال نیروی تراست به پایان می‌رسد. در این حالت شتاب افت پیدا می‌کند و نیروی خالص وارد بر موشک ناشی از محیط و بیشتر وزن آن می‌باشد. پس از پایان تراست و یا خرج موشک راکت شروع به پرواز آزاد می‌نماید. برای یک راکت دارای سه تا چهار مرحله تغییرات مشابهی و شتاب و سرعت در هر مرحله ظاهر می‌شود. در هنگام رخ دادن هر مرحله سرعت افزایش پیدا می‌کند تا این که به ماکزیمم مورد نیاز برای مأموریت فضایی برسد.
هنگامی که راکت در یک مدار قرار گرفت گفته می‌شود که در شرایط بی‌وزنی قرار دارد. در حققت نیروی وزن برداشته نشده است و راکت بطور دائم در حال سقوط آزاد می‌باشد و همواره به طرف زمین شتاب‌دهی می‌شود ولی از آنجا که شتاب هنوز هم وابسته به مجموع نیروهای اعمال شده بر راکت (نیروی خالص) می‌باشد. جهت حفظ موقعیت در یک مدار خاص باید با نیروی گرانش مقابله شود. اما در حال سقوط آزاد ما نیازی به مقابله مداوم با نیروی گرانش نداریم و نیروی ممنتم راکت
این وظیفه را برعهده دارد. چرا که در آن وضعیت مطابق قانون اول نیوتن راکت مایل به حفظ حرکت خود می‌باشد و هیچ نیرویی جهت تغییر این وضعیت در آن نقطه موجود نیست و راکت به مسیر خود در یک مدار ادامه می‌دهد(هنگامی که مدار حرکت راکت سطح زمین را قطع نمی‌کند گفته می‌شود که نیروی گرانش با نیروهای داخلی متوازن شده است.)
برای بیان قانون سوم نیوتن برای راکت باید اتفاقاتی که در موتور راکت می‌افتد را در نظر گرفت. همه‌ی راکتها نیرویThrust را با پرتاب ذره‌هایی به بیرون تولید می‌کنند که این ذره‌ها با سرعت زیاد
از نازل‌های آنها خارج می‌شوند. اثر تخلیه گاز خروجی بصورت یک نیروی عکس العملی ظاهر می شود که Thrust نامیده می شود و در جهت خلاف جهت گازها از خروجی راکت عمل می‌کند. راکت با این ذرات تبادل ممنتم کرده و تولید پیش‌رانش می‌کند.
این قانون سوم نیوتن است که اساس کار همه سیستم‌های رانش را شرح می‌دهد.بطور اساسی موتور راکت وسیله‌ای است جهت خروج ذرات کوچک ماده با سرعت بالا برای تولید نیروی تراست به وسیله‌ی مبادله ممنتم. هنگامی که از مواد مایع و جامد شیمیایی به عنوان سوخت استفاده می‌شود، ذرات خروجی از مولکول‌های گاز تشکیل شده‌اند.
علوم پیشرفته جدید در حال بحث‌های تجربی و تئوری بر روی موتورهایی می‌باشند که از یون‌های (ذرات اتم شکسته شده)، ذرات هسته‌ای و حتی دسته کردن اشعه الکترونی (فتون‌ها) به عنوان پیشران یا جرم عکس‌العملی استفاده می‌کنند.
برای یک پیشران دو بخش لازم می‌باشد: ماده و انرژی. ماده همان جرم عکس‌العملی می‌باشد که منبع تبادل ممنتم است وقتی که راکت این جرم را با مصرف انرژی و با سرعت زیاد به بیرون پرتاب می‌کند، راکت و سوختهای باقیمانده یک افزایش نیروی ممنتم در خلاف جهت پرتاب ذره‌ها دریافت کرده و به جلو رانده می‌شوند.
سناریوی توپ بیسبال در فضا
شرایط فوق را تصور کنید، مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده‌اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده‌اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می‌دهد. سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:F=m.a
همچنین هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد می‌کند که همان واکنش است. پس می‌توان گفت: m.a = m.a. حال فرض می‌کنیم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب کنید.
یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی ، شتابی وارد کرده‌اید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تأثیر می‌گذارد، ولی وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 021 متر بر ساعت) به عقب
حرکت می‌کند. حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیشتری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده. شما میتوانید یا یک توپ سنگین‌تر پرتاب کنید و یا اینکه شما میتوانید توپ بیسبال را سریعتر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که میتوانید انجام دهید.
یک موتور موشک نیز بطور کلی جرم را در قالب گازهای پر فشار پرتاب می‌کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می‌آید. عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید. وقتی سوخت جامد یا مایع می‌سوزد و به گاز تبدیل می‌شود، جرم آن تغییر نمی‌کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر ، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می‌شود. عملیات سوختن ، جرم را شتاب می‌دهد.
نیروی پرتاب
قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می‌گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت (پوند) ponds of thrust و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 445 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب). هر یک پوند نیروی پرتاب (445 نیوتون) مقدار نیروی است که می‌تواند یک شی 1 پوندی (45359 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد. بنابراین در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ثانیه در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است
پارامترهای مؤثر در عملکرد راکت
تعدادی از پارامترهای مهم و مؤثر بر عملکرد راکت وجود دارند که وقتی همه‌ی آنها را با هم در نظر بگیریم تمام عملکرد راکت را شرح می‌دهند:
1ـ نیروی تراست (Thrust)
2ـ ضربه مخصوص (Specific Impulse)
3ـ نسبت جرم (Mass Ratio)
تراست (Thrust)
تراست در حقیقت میزان نیرویی است که راکت تولید می‌کند. میزان تراست در امتداد جرم راکت شتاب را تعیین می‌کند. نوع مأموریت میزان تراست و شتاب مورد نیاز و قابل قبول را معین می‌کند به عنوان نمونه پرتاب از زمین برای یک نسبت وزن خالص مثلاً 1.5 تا 1.7 نیازمند به یک نیروی تراست خاص می‌باشد که باید محاسبه گردد. به محض این که راکت در مدار قرار گرفت و ممنتم حرکت، نیروی گرانش را متعادل کرد. یک نیروی تراست بسیار کوچک‌تر برای مانورهای بعدی کافی می‌با
شد.
ضربه مخصوص (Isp):
ضربه مخصوص بیانگر میزان بازدهی سوخت می‌باشد. بصورت ریاضی، ضربه مخصوص بصورت نیروی تراست تولید شده بر وزن سوخت مصرفی در هر ثانیه تعریف می‌شود بنابراین Isp در حقیقت روش اندازه‌گیری دیگری برای سرعت خروجی راکت می‌باشد.ضربه مخصوص روش معمول سنجش سوخت و پیش‌رانش و عملکرد سیستم و تا اندازه‌ای مشابه معکوس سوخت ویژه در اتومبیل‌ها و هواپیماهای معمولی می‌باشد. ضربه ویژه بیشتر عملکرد راکت را بهتر می‌کند.
ضربه ویژه را می‌توان با استفاده از بهینه از انرژی سوخت‌ها بهبود بخشید که این به این معنی است که نیروی تراست بیشتری به ازای هر پوند سوخت مصرف شده به دست آید.
ما می‌توانیم ضربه ویژه را بصورت میزان تراستی که هر پوند سوخت در هر ثانیه تولید می‌کند نیز تصور کنیم.
نسبت جرم (MR):
از آنجا که موتور راکت بطور مداوم سوخت‌ها را مصرف می‌کند جرم آن با گذشت زمان کاهش می‌یابد. پس اگر نیروی تراست ثابت بماند، شتاب راکت افزایش می‌یابد تا که به بالاترین مقدار خود در مرحله ی Cut Off موتور برسد. (مرحله‌ای که یک موتور به کار خود پایان داده و از راکت جدا و منفجر شده و موتور بعدی شروع بکار می‌کند).
هدف از راکت، قرار دادن یک بار مفید در یک مکان مخصوص با سرعتی خاص می‌باشد که این مکان و سعت مورد نظر وابسته به مأموریت آن است. ما می‌توانیم انرژی‌های مورد نیاز برای این مأموریت را با تغییر سرعت (rV) که راکت استفاده می‌کند معادل‌گیری کنیم. برای یک راکت (rV) ایده‌آل مورد استفاده وابسته به Isp (سرعت خروجیVe ) و نسبت جرم می‌باشد.
. هر چه راکت قادر باشد که نسبت به «نسبت وزن خشک» خود (وزن بدون سوخت داخلی) سوخت بیشتری حمل کند در نهایت به سرعت بیشتری دسترسی پیدا خواهد کرد. نسبت جرم بیان کننده رابطه جرم سوخت با جرم راکت بدون سوخت می‌باشد و میزان بیشتر نسبت جرم میزان بیشتر عمق راکت را نتیجه می‌دهد.
افزایش وزن بار مفید راکت کاهش نسبت جرم و بنابراین پایین آمدن ماکزیمم ارتفاع و شعاع عملیاتی را به همراه دارد. برای مثال: افزایش یک پوند بار مفید، بالاترین ارتفاع اندازه‌گیری شده راکت را ممکن است به اندازه 10000 feet کاهش دهد.برای باز کردن بهتر مسئله بهتر است بدانیم برای گریز از جاذبه زمین به سرعتی نیاز دارم که سرعت فرار نام دارد این سرعت برای هر
وسیله ای مقداری خاص محاسبه می شود که با یکی از روابط فیزیکی که آن را ذکر خواهیم کرد بدست می آید، از همین رابطه سرعت مورد نیاز برای غلبه به جاذبه زمین برای فضاپیماهای مختلف را بدست می آورند. در این رابطه داریم :
این فرمول عبارت می شود از :- Ve که همان سرعت فرار نام دارد که بر حسب متر بر ثانیه محاسبه می شود.- G ثابت جهانی گرانش است که مقدار آن برابر 11-10 * 667 می باشد.- M جرم جسم بزرگ بر حسب کیلوگرم می باشد.- d نیز فاصله مورد نظر بر حسب متر می باشد
فنون پیش‌رانش
در نتیجه‌ی آنچه در مورد پارامترهای عملکرد راکت گفته شد، دیدیم که ما علاقمندیم که نیروی تراست را به میزان کارآمدی ممکن ایجاد کنیم. برای ایجاد نیروی تراست نیازمند به مبادله ممنتم با مقداری ماده پیشران (جرم عکس‌العملی) هستیم. هر راهی که ما بتوانیم این کار را به نحو مناسب انجام دهیم می‌توانیم به عنوان فن پیش‌رانش انتخاب کنیم. ما می‌خواهیم که گزینه‌ای را انتخاب کنیم که مجموع هزینه مأموریت را کاهش دهد در حالی که همچنان مأموریت با موفقت انجام شود.
ما بیشتر با سیستم راکتهای شیمیایی آشنایی داریم. اگرچه راههای دیگری نیز جهت تولید نیروی پیش‌رانش برای راکتها وجود دارد. دو راه اصلی جهت تولید پیش‌رانش و شتاب دادن به ماده پیشران وجود دارد که از قرار زیر می‌باشند:
1ـ انبساط ترمودینامیکی
2ـ شتاب‌دهی الکتروستاتیکی الکترومغناطیسی
1) انبساط ترمودینامیکی:
انبساط ترمودینامیکی مکانیزمی است که ما با آن مأنوس‌تر هستیم. همه‌ی سیستم‌های شیمیایی ما این روش را برای شتاب‌دهی پیشران بکار می‌برند. اگر چه ما می‌توانیم از انرژی هسته‌ای یا الکتریکی نیز برای گرم کردن پیشران استفاده کنیم.
در روش انبساط ترمودینامیکی ما سوخت را گرم می‌کنیم تا به گازی با دما و فشار بالا تبدیل شود. سپس اجازه می‌دهیم که گاز در یک مسیر کنترل شده انبساط پیدا کند تا انرژی پتانسیل گرمایی آن به انرژی جنبشی مورد نیاز که نیروی تراست را تولید می‌کند تبدیل شود. ساختمان اساسی که جهت ایجاد این مقدار گاز و مهار انرژی گرمایی آن بکار گرفته شده است بسیار ساده و اغلب دارای هیچ قسمت متحرکی نیست.
موتور راکتی که از انبساط ترمودینامیکی استفاده می‌کند، یک اختلاف فشار بین محفظه احتراق و محیط اطراف بجود می‌آورد و همین اختلاف فشار هست که به گاز فشار لازم را می‌دهد. یک موتور راکت معمولاً در یک فشار بالای محفظه کار می‌کند که دینامیت‌های گاز آن را شرایط آماده به انفجار می‌نامند که این فشار به محیط تخلیه می‌شود. مهندس سوئدی Carl G.P Delray نشان داد که برای فشار در شرایط آماده به انفجار برای تغییر بهینه این مقدار انرژی گرمایی برای گازها به انرژی شیمیایی، گازها باید از میان یک نازل که آنها را به طرف یک گلوگاه همگرا می‌کند (مقطعی دارای کمترین سطح مقطع) و سپس آنها را به سمت بیرون واگرا می کند عبور داده شوند.
2) پیش‌رانش الکتریکی
راکتهای الکتروستاتیکی و الکترومغناطیسی اساساً متفاوت با راکتهای شیمیایی در رابطه با محدودیت اجرائی‌شان می‌باشند. از آنجایی که در راکتهای شیمیایی مقدار انرژی محدود می‌شود به رفتار شیمیایی پیشران که در مورد آنها منبع تولید انرژی نیز می‌باشد این نوع از راکتها تحت عنوان «انرژی محدود» انرژی پیشران بسیار بالاتری ممکن می‌شود.
به علاوه اگر محدودیت‌های دمایی جداره‌های جامد را بتوان بی‌اهمیت کرد. این امر بهبود بیشتری را در این راستا بوجود خواهد آورد. این کار را می‌توان با هدایت الکتروستاتیکی
یا الکترومغناطیسی ماده پیشران انجام داد بدون این که لزوماً دمای مایع افزوده شود.
هیچ محدودیتی بر روی انرژی جنبشی که ما می‌توانیم به ماده پیشران بدهیم در این روش نخواهد بود. به هرحال نرخ تبدیل از انرژی هسته‌ای یا خورشیدی به انرژی جنبشی ماده پیشران با جرم تجهیزات مبدل محدود می‌شود. نظر به این که این جرم در حقیقت بخش بزرگی از جرم کل وسیله نقلیه را داراست، راکتهای الکتریکی اصولاً توان محدود خوانده می‌شوند.
راکتهای الکتروستاتیکی / مغناطیسی انرژی الکتریکی را مستقیماً به انرژی جنبشی ماده پیشران تبدیل می‌کنند بدون این که لازم باشد دمای سیال عامل بالا برده شود. به این علت ضربه ویژه با محدودیت‌های دمایی مربوط به مصالح جاداره‌ها محدود نمی‌شود و امکان دسترسی به سرعت
خروجی بسیار بالایی اگر چه به قیمت مصرف برق زیاد وجود دارد. به دلیل سنگین بودن تجهیزات تبدیل انرژی، راکتهای الکتریکی دارای تراست پایین هستند به این علت که این نوع راکتها بیشتر در آن دسته از مأموریت‌هایی کاربرد دارند که در آنها نیروی گرانیتی تا حد امکان با نیروهای اینرسی خنثی شده باشد. ماده پیشران در راکتهای الکتریکی شامل دو مورد زیر می‌باشد:
ـ ذرات مجزای باردار شده که توسط نیورهای الکتروستانیکی شتاب‌دهی می‌شوند.
ـ جریان شار هدایت شده الکتریکی (پلاسما) که در یک میدان الکترومغناطیسی شتاب‌دهی می‌شود.
دانلود این فایل
- ۹۵/۱۲/۲۹