Szilárd és folyékony rakétahajtóművek

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A rakéták mint fegyvernemek nagyon régóta léteznek. Az úttörők ebben a kérdésben a kínaiak voltak, amint azt a 19. század elején a Mennyei Birodalom himnuszában említik. "Red glare of Rockets" – így éneklik benne. Lőporral vádolták meg őket, mint tudod, ugyanabban a Kínában találták fel. De ahhoz, hogy a „vörös fénypontok” ragyogjanak, és tüzes nyilak hulljanak az ellenség fejére, rakétahajtóművekre volt szükség, bár a legegyszerűbbekre. Mindenki tudja, hogy a lőpor felrobban, és a repülés intenzív égést igényel, irányított gázkibocsátással. Így az üzemanyag összetételén változtatni kellett. Míg a hagyományos robbanóanyagok 75% nitrátot, 15% szenet és 10% ként tartalmaznak, a rakétamotorok 72% nitrátot, 24% szenet és 4% ként tartalmaznak.

A modern szilárd hajtóanyagú rakéták és nyomásfokozók bonyolultabb keverékeket használnak üzemanyagként, de az elv ugyanaz, az ősi kínai. Érdemei vitathatatlanok. Ezek az egyszerűség, a megbízhatóság, a gyors inicializálás, a viszonylagos olcsóság és a könnyű használhatóság. Ahhoz, hogy a lövedék elinduljon, elég a szilárd éghető keveréket meggyújtani, légáramlást biztosítani - és ennyi, repült.

Van azonbanegy ilyen bevált és megbízható technológiának megvannak a maga hátrányai. Először is, miután elindította az üzemanyag égését, már nem lehet leállítani, valamint az égési módot megváltoztatni. Másodszor, oxigénre van szükség, ritka vagy levegőtlen tér körülményei között pedig nem. Harmadszor, az égetés még mindig túl gyorsan halad.

Végre megtalálták azt a megoldást, amelyet sok országban a tudósok évek óta kerestek. Dr. Robert Goddard 1926-ban tesztelte az első folyékony hajtóanyagú rakétamotort. Folyékony oxigénnel kevert benzint használt üzemanyagként. Annak érdekében, hogy a rendszer legalább két és fél másodpercig megbízhatóan működjön, Goddardnak számos műszaki problémát kellett megoldania a reagensek szivattyúzásával, a hűtőrendszerrel és a kormányszerkezetekkel kapcsolatban.

Az összes folyékony rakétahajtómű felépítésének elve rendkívül egyszerű. A tok belsejében két tartály található. Az egyikből a keverőfejen keresztül az oxidálószert a bontókamrába vezetik, ahol katalizátor jelenlétében a második tartályból érkező üzemanyag gáz halmazállapotúvá válik. Égési reakció lép fel, a forró gáz először a fúvóka szűkülő szubszonikus zónáján halad át, majd a táguló szuperszonikus zónán, ahová üzemanyagot is szállítanak. A valóságban minden sokkal bonyolultabb, a fúvóka hűtést igényel, az adagolási módok pedig nagyfokú stabilitást igényelnek. A modern rakétahajtóművek hidrogénnel működhetnek, az oxidálószer az oxigén. Ez a keverék rendkívül robbanásveszélyes, és bármely rendszer működésének legkisebb megsértésebalesethez vagy katasztrófához vezet. Az üzemanyag-alkatrészek lehetnek más anyagok is, amelyek nem kevésbé veszélyesek:

- kerozin és folyékony oxigén - ezeket használták a Saturn V hordozórakéta program első fázisában az Apollo programban;

- alkoholt és folyékony oxigént - német V2 rakétákban és "Vostok" szovjet hordozókban használták;

- nitrogén-tetroxid - monometil - hidrazin - a Cassini motorokban használatos.

A tervezés bonyolultsága ellenére a folyékony rakétahajtóművek jelentik az űrrakomány szállításának fő eszközét. Interkontinentális ballisztikus rakétákban is használják őket. Üzemmódjaik precíz szabályozásra alkalmasak, a modern technológiák lehetővé teszik az egységeikben, szerelvényeikben lezajló folyamatok automatizálását.

A szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek azonban nem veszítettek jelentőségükből. Az űrtechnológiában segédanyagként használják őket. Jelentőségük nagy a fékezési és mentési modulokban.