موشک‌ها چگونه کار می‌کنند؟

نگاشته شده به تاریخ ۱۷ اردیبهشت ۱۳۹۰ در موضوع نجوم | دیدگاه ها مسدود است

شعله‌های پر خروش آتش، در بیستم ژوییه‌ی سال ۱۹۶۹، فضانوردان آپولو (Apollo) را به سوی تجربه‌ی تاریخی خود رهسپار کرد و نیل آرمسترانگ (Neil Armstrong) نخستین انسانی شد که بر سطح ماه قدم گذاشت. در هر ثانیه از نخستین ۱۲۰ ثانیه‌ی سفر فضانوردان، حدود ۳ تن نفت سفید به داخل محفظه‌های احتراق پنج موتور F۱ موشک عظیم ساترن ۵ (Saturn V) سرازیر می‌شد. این موتور‌ها در هنگام بلند شدن موشک از روی زمین نیروی پیش رانی برابر ۳۲ هواپیمای بویینگ ۷۴۷ در هنگام پرواز تولید کردند. امروزه واکنش‌های توانمند شیمیایی همچنان نیروی موشک‌ها را فراهم می‌آورند. رایانه‌ها در هر لحظه صعود پرتاب گر‌ها را زیر نظر دارند تا زاویه‌ی صعود را تصحیح کنند. همه‌ی این اتفاقات بر اساس قوانین فیزیک، به خصوص سه قانون حرکت نیوتن، رخ می‌دهد.

جرم و وزن:
جرم یک جسم مقدار ماده‌ی موجود در آن است. جرم همه جا یکسان است. وزن یک جسم نتیجه‌ی اثر نیروی گرانش بر جرم جسم است. گرانش (و در نتیجه وزن)، با دور شدن از زمین کاهش می‌یابد.

پیش ران و شتاب (Propellant):
یک پرتاب گر برای بلند کردن جرمش از سطح زمین و غلبه بر گرانش، به نیروی پیش ران کافی نیاز دارد. با سوختن سوخت در حین صعود، جرم کاهش می‌یابد. با افزایش فاصله تا زمین، هم جرم و هم کشش گرانش، کم می‌شود و موشک به سوی فضا سرعت و شتاب می‌گیرد.

کُنش و واکنش (Action and Reaction):
نیروی پیش رانی که پرتاب گر را از زمین بلند می‌کند، از سوختن سوخت در محفظه‌ی احتراق تامین می‌شود. اگر محفظه راهی به بیرون نداشته باشد، منفجر می‌شود. گاز‌ها از طریق لوله‌ای به خارج از محفظه می‌رسند. چون راه خروج گاز‌ها رو به پایین است، نیرویی به سوی بالا وارد می‌کنند. (واکنش یا عکس العمل) که برابر و در خلاف جهت نیروی اگزوز خروجی (کنش یا عمل) است. این‌‌ همان نیرویی است که وقتی سر بادکنک پر از بادی را باز می‌کنیم، آن را به جلو می‌راند. به این نیرو، که موشک‌ها را از زمین بلند می‌کند، پیش ران می‌گویند.

آریان ۵ (Ariane 5):
موشک‌های آریان حدود نیمی از ماهواره‌های تجاری بزرگ دنیا را پرتاب کرده‌اند. پیش ران آریا ۵ در هنگام پرتاب از یک موتور اصلی و دو موتور تقویتی کمکی تامین می‌شود که همه با هم پیش رانی برابر وزن ۱۲۰۰ تن تولید می‌کنند؛ یعنی این نیرو حداکثر چنین وزنی را از زمین بلند می‌کند. جرم موشک روی زمین ۷۴۰ تن است. ۴۶۰ تن پیش ران اضافی که موجود است به بلند شدن سریع پرتاب گر کمک می‌کند. پس از حدود ۲ دقیقه، سوخت موتورهای کمکی تمام می‌شود و با جدا شدن از پیکره‌ی موشک از دور خارج می‌شوند. سپس سوخت موتور اصلی تمام می‌شود و سقوط می‌کند. سرانجام موتور کوچکی می‌ماند و ماهواره را به مدار می‌رساند. آریان، یک، دو یا چند ماهواره را پرتاب می‌کند و تعداد آن‌ها به وزن ماهواره‌ها در سطح زمین و مداری که باید بروند، بستگی دارد. باری که یک پرتاب گر حمل می‌کند، محموله نام دارد. احتراق‌های شدید و نیروهای پر قدرت با هم کار می‌کنند تا چند تن محموله از روی سطح زمین بلند شود. برخی پرتاب گر‌ها محموله‌های سنگین تری را به فضا می‌برند.

فیزیک مدار‌ها (Circuit Physics):
فرض کنید گلوله‌ای افقی از اسلحه‌ای شلیک می‌شود. گرانش، آن را عمودی به سمت زمین می‌کشد. اگر بتوان گلوله‌ای را با نیروی افقی کافی شلیک کرد، هرگز به زمین نمی‌رسد و در مداری به دور زمین قرار می‌گیرد. به همین ترتیب، ابزارهای پرتاب نیز ماهواره‌ها را به بالای جو حمل می‌کنند و آن‌ها را با نیروی افقی کافی‌‌ رها می‌سازند تا در مدار بمانند.

فرار از گرانش (Escape from Gravity):
موشک پرتاب در ارتفاع ۲۰۰ کیلومتری باید به ماهواره‌ای که قرار است وارد مدار شود، نیروی افقی کافی بدهد تا به سرعت ۷/۸ کیلومتر بر ثانیه برسد. اگر سرعت ماهواره به کمی بیش از ۱۱ کیلومتر بر ثانیه برسد، از دام گرانش زمین فرار می‌کند و در فضا می‌رود. به این سرعت، سرعت فرار می‌گویند.

مراحل رسیدن به مدار:
بیشترین پیش ران در لایه‌های پایینی جو لازم است. موشک‌ها به روش‌های متفاوتی به این پیش ران دست می‌یابند. موشک آریان ۵ یک مرحله‌ی اصلی دارد که با دو موشک سوخت جامد (Solid Fuel) تقویت می‌شود. پس از دو دقیقه، این‌ها سقوط می‌کنند و موتور اصلی با بار سبک تری سفر به فضا را تکمیل می‌کند. اما در پرتاب گر عظیم ساترن ۵، وقتی سوخت به اتمام رسید، مرحله‌ی اول سقوط می‌کند و مرحله‌ی دوم آغاز می‌شود. پس از آن هم نوبت به مرحله‌ی سوم می‌رسد.

*منبع: فرهنگ‌نامه‌ی نجوم و فضا

Share
‌برچسب‌ها:        
دیدگاه ها مسدود است.