كيف أعيد إطلاق القمرية لاندرز عند عدم وجود الأوكسجين؟

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

في المحرك النموذجي الذي يعمل بالوقود يعمل بالبنزين ، يتم إنتاج الطاقة في الأسطوانات ، ويتكون كل منها من عمود مع مكبس مُثبَّت بإحكام يتحرك لأسفل من أجل سحب الهواء والبنزين. عند إغلاق صمام السحب ، يتحرك المكبس للخلف وضغط الخليط ويزيد من درجة حرارته (وبالتالي الكفاءة). عندما تشعل المكونات ، يتم إشعال البنزين ، وتؤدي الحرارة والطاقة التي يتم إطلاقها في الانفجار التالي إلى دفع المكبس إلى الأسفل.

على الطرف الآخر من المكبس (المقابل لصمام السحب ومأخذ الإشعال) هو قضيب ربط متصل بعمود المرفق. وهكذا ، عندما يضطر المكبس لأسفل ، فإنه يدفع القضيب ، الذي يحرك العمود المرفقي الدورية. هذه العملية تعمل بشكل جيد بحيث تم تكرارها مئات الملايين من المرات في كل شيء من المناشير إلى فورد F-150.

ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لإنتاج الطاقة تعتمد على الأوكسجين الموجود في الغلاف الجوي لتتحد مع الكربون الموجود في البنزين. في الفضاء ، بالطبع ، السبب الذي لا يستطيع أحد سماعه أنك تصرخ هو أنه لا يوجد هواء (أو أكسجين). أدخل الصواريخ.

لا يعتمد الصاروخ على العمود المرفقي ، بل على طرد شيء ما ، سواء كان غازًا أو سائلًا أو صلبًا أو مشعًا بالطاقة ، من خلال فتحة صغيرة (فوهة). لذلك ، على عكس الشاحنة التي لا تحتاج إلى حمل مؤكسدها لأنها تستطيع أن تجر الهواء من البيئة المحيطة بها ، يجب على السفن التي تحمل محركات الصواريخ حمل كل وقودها معهم.

وبالطبع ، سيكون من غير العملي (إن لم يكن مستحيلاً) نقل كمية كافية من الأكسجين الغازي إلى الفضاء للحصول على رحلة ذات معنى. للتغلب على هذه المشكلة ، تم تطوير بدائل ، في المقام الأول في أشكال الوقود الصلب والسائلة.

يأتي الوقود الصلب في نوعين رئيسيين - متجانس ومركب. مع كل من ، يتم تخزين الوقود والمؤكسد معا ، ويتم إنتاج الطاقة عندما تشعل الاثنان.

تكون الوقودات الصلبة المتجانسة فريدة من نوعها حيث أن كلا المؤكسد والوقود يتواجدان معاً كمركب واحد غير مستقر ، إما ببساطة مثل النيتروسليلوز أو مع النتروجلسرين.

من ناحية أخرى ، مع الوقود الصلب المركب ، يكون الوقود والمؤكسد عبارة عن مواد متميزة تم دمجها في خليط مساحيق أو متبلور ، والذي يتكون عادة من نترات الأمونيوم أو الكلورات ، أو كلورات البوتاسيوم (كمادة مؤكسدة) ، وبعض نوع من الوقود الهيدروكربوني الصلب (على غرار الأسفلت أو البلاستيك).

لطالما استُخدم الوقود الدفعي الصلب مع مركبات الإطلاق ، بما في ذلك معززات إطلاق المكوك الفضائي التي أنتج كل منها 3.3 مليون رطل من الدفع.

مع الدواسر السائلة ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية: النفط القائم ، المبردة و hypergolic. كل ثلاث طرق الدفع هذه تخزن المؤكسدات والوقود بشكل منفصل حتى تكون هناك حاجة للضغط. عندما يتم إطلاق الصواريخ التي تعمل بالوقود باستخدام الوقود السائل ، يتم إدخال جزء صغير من كل منها (الوقود والأكسدة) في غرفة الاحتراق حيث تتحد وتنتج في النهاية الطاقة اللازمة.

تقوم الدواسر السائلة القائمة على البترول ، كما يوحي الاسم ، بخلط منتج بترولي (مثل الكيروسين) مع الأكسجين السائل ، والذي يجعله مركّزًا بدرجة عالية ، مما يجعله دافعًا فعالاً وقوياً. على هذا النحو ، تم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع للعديد من الصواريخ ، بما في ذلك المراحل الأولى من زحل I ، IB و V ، وكذلك Soyuz.

آخر الوقود السائل يعتمد على المبردة (درجة حرارة منخفضة للغاية) الغازات المسيلة. طريقة واحدة مشتركة تختلط الهيدروجين المسال (الوقود) مع الأكسجين المسال (المؤكسد). كفاءة عالية ولكن يصعب تخزينها لفترة طويلة بسبب الحاجة للحفاظ على البرودة (يبقى الهيدروجين سائلًا عند -423 فهرنهايت ، والأكسجين عند -277 فهرنهايت) ، وقد تم استخدام الوقود الدفعي المبرد فقط في تطبيقات محدودة ، على الرغم من أن تلك المحركات الرئيسية مكوك الفضاء ومراحل معينة من دلتا الرابع وبعض صواريخ زحل.

مع كل من الوقود الدفعي القائم على البترول والقارورة ، هناك حاجة إلى نوع من الإشعال ، إما عن طريق الوسائل النارية والكيميائية أو الكهربائية ؛ ومع ذلك ، مع النوع الثالث من الوقود السائل ، hypergolic ، لا يلزم الاشتعال.

يشتمل الوقود الشبيه بالضغط العالي على أشكال مختلفة من الهيدرازين (بما في ذلك داي ميثيل هيدرازين غير متماثل و monomethylhydrazine) ، في حين أن رباعي أكسيد النيتروجين يستخدم غالباً كمؤكسد.

سائل حتى في درجة حرارة الغرفة ، من السهل تخزين الوقود الدفعي المفرط ، والذي مع احتراقها التلقائي يجعلها مرغوبة للغاية لعدد من التطبيقات ، كما هو الحال في أنظمة المناورة. ولذلك ، على الرغم من أن المواد المعنية شديدة السمية والتآكل ، فقد استُخدمت أنواع الوقود الزائدية بشكل متكرر ، بما في ذلك في نظام المناورة المداري للفضاء الفضائي ، وذات صلة بالسؤال المطروح ، وهي وحدة أبولو القمرية (LM).

عمل أربعة مقاولين من الباطن تحت قيادة المقاول الرئيسي ، Grumman Corporation ، لبناء LM ، مع اختيار شركة Bell Aerosystems لتطوير أدائها الصاعد.بدأ العمل في المشروع في يناير 1963 ، ومع ذلك كان المهندسون لا يزالون يتلاعبون بالمحرك الصاعد في أواخر سبتمبر 1968 ، عندما تم إيقاف حاقن بيل الأولي للوقود من أجل واحد صممه روكيتدين ، المقاول من الباطن الذي قام أيضًا ببناء محرك النسب.

انطلاقا من محرك غير مدفوع وثابت ومحرك بواسطة وقود Aerozine 50 و oxideizer النيتروجين ، فإن المواد المفردة التي زودت بالضروريات اللازمة لإخراج LM من سطح القمر كانت أكالة إلى حد أنها أحرقت من خلال المحرك في كل مرة أطلقت (تتطلب إعادة بناء المحرك). ونتيجة لذلك ، لم يتم اختبار أو إطلاق أي من المحركات الصاعدة لأي من LMs قبل رفع رواد فضاء Apollo عن القمر.