Ako funguje raketa na tuhé palivo

Rakety na tuhé palivo zahŕňajú všetky staršie rakety na ohňostroje, avšak v súčasnosti existujú pokročilejšie palivá, návrhy a funkcie s tuhými pohonnými hmotami.

Tuhá pohonná látka rakety boli vynájdené pred raketami na kvapalné palivo. Typ pevného paliva začal s prispievaním vedcov Zasiadko, Constantinov a Congreve. V modernom stave sú dnes rakety na pevné palivo naďalej rozšírené, vrátane dvojitých posilňovacích motorov Space Shuttle a posilňovacích stupňov série Delta.

Povrchová plocha je množstvo paliva vystaveného plameňom vnútorného spaľovania, ktoré existuje v priamom vzťahu s ťahom. Zväčšenie povrchovej plochy zvýši ťah, ale zníži čas horenia, pretože pohonná látka je spotrebovaná zrýchleným tempom. Optimálny ťah je typicky konštantný, ktorý sa dá dosiahnuť udržiavaním konštantnej povrchovej plochy počas horenia.

Príklady konštrukcií zŕn s konštantnou povrchovou plochou zahŕňajú: horenie na konci, horenie na vnútorné a vonkajšie jadro a spaľovanie na vnútornej hviezde.

Na optimalizáciu vzťahov ťahu zrna sa používajú rôzne tvary, pretože niektoré rakety môžu vyžadovať pôvodne vysoký ťahový komponent na vzlet, zatiaľ čo nižší ťah bude postačovať na jeho regresný ťah po štarte Požiadavky. Komplikované vzory zŕn jadra pri kontrole exponovanej povrchovej plochy paliva rakety často obsahujú časti potiahnuté nehorľavým plastom (ako je acetát celulózy). Tento povlak zabraňuje tomu, aby plamene vnútorného spaľovania zapálili tú časť paliva, ktorá sa vznietila až neskôr, keď horenie dosiahlo palivo priamo.

Pri navrhovaní paliva rakety musí byť braný do úvahy špecifický impulz, pretože to môže byť porucha rozdielu (explózia) a úspešne optimalizovaná raketa produkujúca ťah.

• Akonáhle dôjde k vznieteniu pevnej rakety, spotrebuje celé palivo bez akejkoľvek možnosti nastavenia vypínania alebo ťahu. Raketa mesiaca Saturn V používala takmer 8 miliónov libier ťahu, čo by nebolo možné pri použití tuhého paliva, čo si vyžaduje vysoko špecifický impulzný kvapalný pohon.
• Nebezpečenstvo spojené s vopred zmiešanými palivami monopropelujúcich rakiet, t. J. Niekedy nitroglycerín, je zložkou.

Jednou z výhod je ľahké skladovanie rakiet na tuhé palivo. Niektoré z týchto rakiet sú malé rakety ako Honest John a Nike Hercules; iní sú veľké balistické strely ako Polaris, seržant a Vanguard. Kvapalné hnacie plyny môžu ponúkať lepší výkon, ale ťažkosti pri skladovaní a manipulácii s kvapalinami sú takmer nulové (0 stupňov). Kelvin) obmedzili ich použitie neschopné splniť prísne požiadavky, ktoré armáda požaduje od svojej palebnej sily.

Rakety na kvapalné palivo boli prvýkrát teoretizované Tsiolkozským v jeho „Vyšetrovaní medziplanetárneho priestoru prostriedkami reaktívnych zariadení“, uverejnenom v roku 1896. Jeho myšlienka bola realizovaná o 27 rokov neskôr, keď Robert Goddard uviedol na trh prvú raketu na kvapalné palivo.

Rakety na kvapalné palivo poháňali Rusov a Američanov hlboko do kozmického veku pomocou mohutných rakiet Energiya SL-17 a Saturn V. Vysoké ťahové kapacity týchto rakiet umožnili naše prvé cesty do vesmíru. „Obrovský krok pre ľudstvo“, ktorý sa uskutočnil 21. júla 1969, keď Armstrong vstúpil na Mesiac, umožnil zásah rakety Saturn V 8 miliónov libier.

Palivo a oxidačné činidlo obsahujú dve kovové nádrže. Vďaka vlastnostiam týchto dvoch tekutín sa zvyčajne vkladajú do svojich nádrží tesne pred vypustením. Samostatné nádrže sú potrebné, pretože veľa kvapalných palív pri kontakte horí. Po spustení súpravy sú otvorené dva ventily, ktoré umožňujú tekutine stekať potrubím. Ak sa tieto ventily jednoducho otvoria a umožňujú kvapalným hnacím látkam stekať do spaľovacej komory, a nastala by slabá a nestabilná rýchlosť ťahu, takže je buď prívod stlačeného plynu alebo prívod turbočerpadla použité.

Čím jednoduchší z nich je prívod stlačeného plynu, pridáva sa do pohonného systému nádrž vysokotlakového plynu. Plyn, nereaktívny, inertný a ľahký plyn (ako je hélium), je udržiavaný a regulovaný pod intenzívnym tlakom ventilom / regulátorom.

Druhým a často preferovaným riešením problému s prenosom paliva je turbodúchadlo. Turbočerpadlo je rovnaké ako bežné čerpadlo vo funkcii a obchádza plynový systém nasávaním hnacích plynov a ich zrýchľovaním do spaľovacej komory.

Oxidačné činidlo a palivo sa zmiešajú a zapália vo vnútri spaľovacej komory a vytvorí sa ťah.

Bohužiaľ, posledný bod spôsobuje, že rakety na kvapalné palivo sú zložité a zložité. Skutočný moderný motor na kvapalné dvojzložkové palivo má tisíce potrubí, ktoré nesú rôzne chladiace, palivové alebo mazacie kvapaliny. Rôzne časti, ako je turbočerpadlo alebo regulátor, tiež pozostávajú zo samostatného závesu potrubí, drôtov, regulačných ventilov, meračov teploty a podporných vzpier. Vzhľadom na veľa častí je šanca na zlyhanie jednej integrálnej funkcie veľká.

Ako už bolo uvedené, kvapalný kyslík je najbežnejšie používaným oxidačným činidlom, má však aj svoje nevýhody. Na dosiahnutie kvapalného stavu tohto prvku musí byť teplota -183 stupňov Celzia získané - podmienky, za ktorých sa kyslík ľahko odparuje, pričom sa stráca iba veľká suma oxidačného činidla pri načítaní. Kyselina dusičná, ďalšie silné oxidačné činidlo, obsahuje 76% kyslíka, je v tekutom stave pri STP a má vysoké množstvo merná hmotnosťVšetky veľké výhody. Posledným bodom je meranie podobné hustote a ako stúpa vyššie, tým sa zvyšuje výkon hnacieho plynu. Kyselina dusičná je však pri manipulácii nebezpečná (zmes s vodou vytvára silnú kyselinu) a pri spaľovaní s palivom vytvára škodlivé vedľajšie produkty, takže jej použitie je obmedzené.

Ohňostroj, ktorý vyvinuli starí Číňania v druhom storočí pred naším letopočtom, je najstaršou formou rakiet a najjednoduchšími. Pôvodne ohňostroj mal náboženské účely, ale neskôr bol v stredoveku upravený na vojenské účely v podobe „horiacich šípov“.

Počas desiateho a trinásteho storočia priniesli Mongolci a Arabi hlavnú zložku týchto skorých rakiet na západ: strelný prach. Hoci sa kanón a strelná zbraň stali hlavným vývojom od východného zavedenia strelného prachu, rakety tiež vyústili. Tieto rakety boli v podstate zväčšené ohňostroje, ktoré poháňali, okrem luky alebo delá, balíčky výbušného strelného prachu.

Počas imperialistických vojen na konci osemnásteho storočia plukovník Congreve rozvinul svoje známe rakety, ktoré dosahujú vzdialenosti štyri míle. „Červený pohľad rakiet“ (Americká hymna) zaznamenáva použitie raketovej vojny v jej ranej forme vojenskej stratégie počas inšpiratívneho boja o Fort McHenry.

Poistka (motúz z bavlny potiahnutý strelným prachom) je zapálená zápalkou alebo „punk“ (drevená tyčinka s červeno žiaricou špičkou). Táto poistka horí rýchlo do jadra rakety, kde zapaľuje steny strelného prachu vnútorného jadra. Ako už bolo spomenuté, jednou z chemikálií v strelnom prachu je dusičnan draselný, najdôležitejšia zložka. Molekulárna štruktúra tejto chemikálie, KNO3, obsahuje tri atómy kyslíka (O3), jeden atóm dusíka (N) a jeden atóm draslíka (K). Tri atómy kyslíka zamknuté v tejto molekule poskytujú „vzduch“, ktorý poistka a raketa použili na spálenie ďalších dvoch zložiek, uhlíka a síry. Dusičnan draselný teda oxiduje chemickú reakciu ľahkým uvoľňovaním kyslíka. Táto reakcia však nie je spontánna a musí sa iniciovať teplom, ako je zápas alebo „punk“.