نسل جدید موشک‌های فضایی
نسل جدید موشک‌های فضایی
مجله علمی ایلیاد - فرستادن هر چیزی به فضا نیاز به سوخت فراوانی دارد. فرستادن شاتل فضایی ناسا به مدار زمین، حدود ۱،۶۰۰ تُن سوخت نیاز داشت که این میزان در واقع ۱۵ برابر وزن یک نهنگ آبی است. اکنون نوع جدیدی از موتور موشک توسط دانشمندان ارائه شده است که نه تنها در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌کند، بلکه باعث سبک شدن موشک‌ها می‌شود و از پیچیدگی ساخت آن‌ها نیز می‌کاهد. فقط یک مساله باقی می‌ماند؛ این موتورها هنوز برای استفاده‌ی عملی در موشک‌ها آماده نشده‌اند.
محققین دانشگاه واشینگتن، یک مدل ریاضیاتی توسعه داده‌اند که نشان می‌دهد این موتورهای جدید، چگونه کار می‌کنند. با داشتن این مدل، محققین می‌توانند آزمایشاتی برای بهبود این موتورها طراحی کنند و پایداری آن‌ها را بیشتر کنند. نتایج یافته‌های این محققین در مجله‌ی Physical Review E منتشر شده است.
«جیمز کوخ» به‌عنوان دانشجوی دکتری در دانشگاه واشینگتن و نویسنده‌ی اول مقاله، می‌گوید: «این موتورهای جدید، «موتورهای انفجاری چرخان» نامیده می‌شوند و هنوز در اول مسیر توسعه‌ی خود هستند. داده‌های ما در مورد این موتورها بسیار زیاد است، ولی هنوز درک نمی‌کنیم روند کار آن‌ها چگونه است.»
موتور موشک‌های معمولی در واقع پیشرانه‌ی خود را می‌سوزاند و با پرتاب آن از عقب موتور، باعث به پیش رفتن موشک می‌شود. کوخ می‌گوید: «در مورتوهای انفجاری چرخان رویکرد متفاوتی برای احتراق پیشرانه استفاده می‌شود. این موتورها از سیلندرهای هم مرکز ساخته شده‌اند. پیشرانه در فاصله‌ی بین سیلندرها جریان پیدا می‌کند و پس از جرقه‌زنی و آزاد شدن سریع گرما، تولید پالس قوی از گاز می‌کند که فشار و دمای بسیار بالایی دارد و سرعت حرکت آن نیز بالاتر از سرعت صوت است. این فرآیند در واقع یک انفجار است، ولی در پس زمینه‌ی آن پالس‌های احتراقی پایداری وجود دارد که به‌صورت مداوم پیشرانه‌ی موجود را مصرف می‌کنند. این فرآیند تولید دما و فشار زیادی می‌کند که محرک سرعت بالای تولیدی، توسط موتور می‌شود.»
در موتورهای معمولی، ماشین‌آلات زیادی برای هدایت و کنترل واکنش‌های احتراق مورد نیاز است، در صورتی که در موتورهای انفجاری چرخان، موج شوک به‌طور طبیعی همه چیز را انجام می‌دهد و قطعات اضافی در موتور استفاده نمی‌شود.
محققین برای اینکه بتوانند نحوه‌ی کار این موتورهای جدید را شرح دهند، یک مدل آزمایشگاهی از آن تولید کرده‌اند که می‌توانند پارامترهای مختلف را در آن کنترل کنند. آن‌ها فرآیند احتراق درون این موتور را توسط دوربین‌های پُرسرعت به دقت رصد کرده‌اند. انجام کامل این آزمایش، حدود نیم ثانیه بیشتر طول نمی‌کشد، ولی تصویربرداری از آن با ۲۴۰،۰۰۰ فریم بر ثانیه، به محققین اجازه‌ی بررسی دقیق فرآیند را داده است. محققین بر اساس این موتور آزمایشگاهی و آزمایش‌های انجام شده، موفق به طراحی مدل ریاضیاتی موتور شده‌اند. این مدل هنوز برای استفاده توسط مهندسین کاملاً آماده نیست، ولی توسعه‌ی آن کمک شایانی به طراحی مدل صنعتی موتورهای انفجاری چرخان خواهد کرد.