موشک چگونه کار می کند؟

همه موشک ها بر اساس قانون سوم نیوتن کار می کنند که هر عملی دارای یک عکس العملی اما در جهت مخالف است. در یک موشک بر اثر احتراق سوخت، گازهای داغی حاصل می شوند که به هنگام خروج از یک نازل (شیپوره) نیرویی ایجاد می کند که می تواند موشک را از زمین بلند کند. اگرچه این نیرو ثابت می ماند، اما شتاب موشک افزایش می یابد چون بر اثر مصرف سوخت، موشک سبک تر می شود.

موشک به همان آسانی که در جو کار می کند، در فضای ماورای جو هم کار می کند، اما در ماورای جو پیشرانش موشک به علت فشار گازهای داغ در برخورد با جو نیست، بلکه بر اثر واکنش در برابر کنش است. وضعیت موشک در این حالت مانند وضعیت کسی است که در وسط یک زمین یخ زده ی بسیار لغزنده قرار گرفته است. او هر چقدر هم که دست و پا بزند، از جایش تکان نخواهد خورد، اما اگر بر حسب اتفاق تعدادی کیف یا چمدان کوچک به همراه داشته باشد می تواند برای حرکت کردن از آنها استفاده کند. اگر او کیف ها را یکی پس از دیگری در جهت معینی پرتاب کند، به آهستگی در جهت مخالف شروع به حرکت خواهد کرد.

در این مقاله شما می توانید با کارکرد و کاربرد موشک ها آشنا شوید.

موشک ها موتورهایی هستند که نسبت به هر نوع موتور دیگری نیروی بیشتری تولید می کنند. یک موشک می تواند حدود سه هزار برابر موتور یک اتومبیل (در شرایطی که ابعادشان با هم برابر باشد) نیرو تولید کند. بیشتر موشک های امروزی با سوزاندن سوخت، نیرو تولید می کنند. سوخت این موشک ها ترکیبی از مواد شیمیایی به نام پیشران است. پیشران موشک می تواند سوخت معمولی یا ترکیبی از سوخت های پیچیده مانند هیدروژن مایع و اکسید کننده باشد. اکسید کننده موجب می شود که اکسیژن برای احتراق سوخت در فضای ماوراء جو (که هوایی وجود ندارد) تامین شود.

یک موشک شیمیایی، سوخت را در یک محفظه سوخت یا احتراق می سوزاند. سوزاندن، گازی را ایجاد می کند که به سرعت منبسط و پخش می شود. با هدایت این گاز منبسط و داغ به انتهای موشک و خارج کردن آن از دهانه نازل به بیرون، نیروی عکس العملی ایجاد و باعث پرتاب شدن موشک به بالا می شود.

بیشتر موشک های فضایی از دو یا سه بخش (مرحله) مجزا تشکیل شده اند. هر یک از این بخش ها، یک موتور و یک پیشران دارند. بخش اول موشک، بالابرنده نامیده می شود که وظیفه بلند کردن موشک از سطح زمین را بر عهده دارد. بعد از اینکه بیشتر سوخت مرحله اول مصرف شد، از موشک جدا می شود تا موتور بخش دوم روشن شود و مابقی موشک را به مدار بالاتر برساند. موشک به این ترتیب هر مرحله را بعد از دیگری مورد استفاده قرار می دهد.

موشک های چند مرحله ای برای پروازهای طولانی نزدیک زمین و پروازهای به سوی فضا مورد استفاده قرار می گیرند. آنها می توانند نسبت به موشک های تک مرحله ای، به سرعت های بالاتری برسند. زیرا وزن این موشک ها با افتادن مرحله ها پس از تمام شدن سوخت شان کاهش می یابد. یک موشک سه مرحله ای می تواند حدود سه برابر سریع تر از یک موشک یک مرحله ای (که همان مقدار سوخت را حمل می کند) حرکت کند.

سوخت موشک

در موشک های ابتدایی؛ مانند آنهایی که چینی ها ابداع کرده بودند، از سوخت جامد باروت استفاده می شده است. هنگامی که جرقه ای به باروت زده شود، این سوخت جامد انرژی خود را به صورت یک انفجار، آزاد می کند. پیشرفت در طرح و ساخت موشک های قرن حاضر، بیشتر معطوف به استفاده از سوخت های مایع بوده است. این نوع سوخت ها در مقایسه با سوخت جامد، نه تنها انرژی بیشتری آزاد می کنند، بلکه بهتر هم قابل کنترل هستند.

در موشکی که با سوخت مایع کار می کند، سوخت نمی سوزد مگر اینکه با یک اکسید کننده مخلوط شود. بر خلاف یک هواپیمای جت، موشک نمی تواند همیشه اکسیژن مورد نیاز سوختش را از جو تامین کند، چون وقتی به ارتفاع های خیلی بالای جو می رود، غلظت اکسیژن حتی به صفر می رسد، بنابراین باید اکسیژن مورد نیاز را با خود حمل کند. به هنگام ساخت موشک، سوخت و اکسید کننده را در مخازن جداگانه ذخیره و حمل می کنند و در هنگام احتراق، آنها را به محفظه احتراق تلمبه می کنند تا سوخت در آنجا منفجر شود.

گازهای حاصل از احتراق سوخت نیز از راه نازل (شیپوره) با سرعت زیادی خارج می شوند. مقدار نیروی پیشرانش موشک از طریق زیاد یا کم کردن میزان سوخت و اکسید کننده ورودی به محفظه احتراق کنترل می شود.

سوخت موشک های آلمان در جنگ جهانی دوم نفت سفید و اکسیژن بود، اما امروزه در موشک ها از هیدرازین (هیدروکربن مایع) یا سوخت های سرمازا از قبیل هیدروژن مایع و اکسیژن استفاده می کنند. هیدرازین یک سوخت هایپرگولیک است؛ یعنی در صورت وجود اکسید کننده ای مانند دی نیتروژن تتروکسید خودبخود محترق (منفجر) می شود. بازده هیدرازین در حدود 15 تا 20 درصد کمتر از سوخت های سرمازا است، اما کاربرد آن ساده تر و مطمئن تر است.

سوخت های سرمازا را برای اینکه مایع باقی بمانند، باید تا دمای پایینی سرد کنند، بنابراین موتور باید سیستم پیچیده ای از لوله ها برای عبور سوخت سرد شده داشته باشد. این سوخت ها نیز به یک محترق کننده نیاز دارند.

برای پرتاب موشک با طبقات متوالی در مدار (مثلاً به منظور قرار دادن ماهواره در مداری با ارتفاع معین)، موتور ساده هیدرازینی انتخاب بهتری است. برای مثال، ماهواره هایی که در مدار ژئوسنکرون (زمین آهنگ یا زمین ثابت) حرکت می کنند، موتورهای هیدرازینی کوچکی دارند که به تناوب روشن می شوند تا مسیر ماهواره را تصحیح کرده و آن را در موقعیت درست حفظ کنند.

کاربردهای موشک ها

موشک ها بیشتر برای تحقیقات علمی، سفر فضایی و جنگ مورد استفاده قرار می گیرند. موشک ها همچنین برای قرار دادن فضاپیمای بدون سرنشین (ماهواره) در مسیرهای دایره ای یا بیضی شکل حول زمین (که مدار نامیده می شود) نیز مورد استفاده قرار می گیرند. ماهواره ها، تصاویری از آب و هوای زمین می گیرند و اطلاعات دیگری هم برای مطالعات علمی جمع آوری می کنند. دانشمندان همچنین موشک ها را برای کشف و تحقیق درباره آب و هوای اطراف زمین و نیز برای رفتن به داخل فضا مورد استفاده قرار می دهند.

همچنین بعضی از موشک ها ابزاری به فضای دور حمل می کنند تا برای مطالعه در مورد سایر سیارات از آنها استفاده شود. بعضی از ماهواره ها نیز برای فرستادن پیام در فضاهای دور مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین موشک ها نیروی مورد نیاز فضاپیماها را تامین می کنند.

هنوز هم دانشمندان برای عملکرد بهتر موتور موشک ها، در حال تحقیق و کار می باشند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «موشک چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.