تحقیق مقاله موشک ها و سوخت های موشک

پیش بسوی فضا

اگرچه می توان زمان دقیق اختراع هواپیما را به لحظه گریز پرنده برادران رایت از بند گرانش زمین نسبت داد، اما واقعا هیچ کس به درستی نمی داند که موشک چه زمانی اختراع شد. بعضی ها در مورد زمان ابداع موشک به طرح های جنگی چینی ها در قرن سیزدهم اشاره می کنند که طی آن پیکان های مجهز به موشک و بمب های خانمان برانداز مورد استفاده قرار می گرفتند. اما گمان می رود که فکر استفاده از نیروی پیشرانش موشک به زمان های بسیار پیشتر برمی گردد. پیش از آغاز قرن بیستم، ویلیام هیل (William Hale) مهندس انگلیسی، مسئله  مشکل ساز هدایت موشک ها در مسیر مورد نظر را حل کرد.

وی موشک های خود را به نوعی لوله های خروج گاز زاویه دار مجهز کرد، و در نتیجه این موشک ها همانند گلوله ای که از اسلحه ای شلیک می شود، طی مسیر حرکت خود می چرخید، تا در نهایت به هدف برخورد کند. تمام این موشک های اولیه از نوعی محسوب می شوند که امروزه آنها را با نام موتورهایی با سوخت جامد می شناسیم. سوخت و اکسیدکننده که برای انجام عمل احتراق لازم است با یکدیگر ترکیب می شود.

به اصطلاح «وقتی که شمع روشن می شود» سوخت می سوزد و از لوله های خروجی بیرون می رود. در این روش انرژی بیشتر و در زمان کمتر نسبت به موتور جت به دست می آید. چرا که در موتورجت سوخت فقط متناسب با اکسیژن دریافتی از هوا می سوزد.

علم واقعی موشک فقط در ابتدای قرن بیستم که رابرت گودارد (Robert Goddard) آمریکایی مبتکر موشک، جزئیات مربوط به موتورهای با سوخت مایع را عملا مورد بررسی قرار داد، آغاز کرد. برخلاف موشک های سوخت جامد این موتورها را می توان به طور دلخواه خاموش و روشن کرد.

با افزایش قابلیت کنترل این موشک ها و سایر جنبه های جدید دانشمندان می توانستند ماهواره ها را دقیقا  به مدار مورد نظر و فضاپیماها را به ایستگاه انتقال دهند. با اولین پرواز موفقیت آمیز این گونه موشک ها در 16 مارس 1926، عصر فضا آغاز شد،  هر چند که لازم بود سی سال دیگر بگذرد تا موشکی یک ماهواره را در مدار زمین قرار دهد. در سال 1969 بشر توانست روی کره ماه قدم بردارد.

مسابقه فضایی

اگر چه توسعه موشک های قابل پرواز به فضا در آمریکا تا پس از جنگ جهانی دوم به تعویق افتاد، تلاش برای دستیابی به چنین فناوری در آلمان از اولویت ویژه ای برخودار بود. این تلاش ها با ساخت V-2 که شکل اولیه موشک های بالستیک قاره پیمای امروزی است به نقطه اوج خود رسید. در روزهای پایانی جنگ جهانی دوم روس ها و متفقین برای دستیابی به آنچه که بتواند فناوری موشکی آلمان را برملا سازد، با یکدیگر رقابت می کردند. ورنر فون براون (Wernher von Braun) دانشمند برجسته موشکی نازی ها با آمریکا وارد مذاکره شد و به همراه اعضای گروهش به آمریکا مهاجرت کرد. در ابتدا اعضای گروه فون براون مجبور بودند در خانه ای در نیومکزیکو تحت مراقبت و به طور سری کار کنند تا آنکه نهایتا پس از جنگ مدل اصلاح شده موشک را تحویل دادند.

در سال 1957 این توهم نزد افکار عمومی آمریکا پدید آمد که شاید متخصصین آلمانی موشک در اتحاد شوروی از متخصصین آلمانی موشک در آمریکا برتر باشند، پرتاب اسپوتنیک 1، اولین ماهواره ساخت بشر به فضا، حاوی پیامی موذیانه برای کل جهان بود.مسابقه فضایی که تا به امروز به طور کاملا  سری انجام می گیرد، به موضوع گفت وگوهای روزمره بدل شده است.

در نهایت نیز اولین ماهواره آمریکا با نام اکسپلورر1، (Explore1 ) در سال 1958 به فضا پرتاب شد.جان اف کندی مدت کوتاهی پس از آنکه به ریاست جمهوری برگزیده شد، مسابقه فضایی را شتاب بیشتر بخشید و آن را از دو مارتن به دو سرعت بدل کرد.

در مه 1961 وی به ناسا دستور داد تا یک مسافرت رفت و برگشت به ماه را طی همان دهه به پایان برساند. در20 جولای 1969نیل آرمسترانگ Neil Armstrong)) و ادوین آلدرین (Edwin Aldrin) کاری را که در ظاهر غیر ممکن به نظر می رسید عملی ساختند. زمانی که آپولوی 11 در کره ماه فرود آمد،  بشر رویای دیرینه خود را از زمانی که بشر اولیه چشمانش را به روی آسمان و ماه گشود، در روحش زبانه می کشید، حیات بخشید. در نهایت نیز پس از آنکه ده ها نفر روی زمین خشک ولم یزرع ماه قدم گذاشتند، برنامه آپولو لغو شد. مشخص شد که انجام عملیات در فضا برای زندگان بسیار پر هزینه است، آینده از آن روبات هاست.

از زمانی که کاوشگرهای خودکار مسئولیت تحقیق در مریخ، زهره، مشتری و سیارات ورای آن را بر عهده گرفته اند، اکتشافات فضایی سرنشین دار به مسافرت تا مدار پائین زمین واستقرار در ایستگاه فضایی آمریکا، اسکای لب (Skylab) محدود شد. در همین حین متخصصین موشک توجه خود را به نسل جدید فضا پیماهای بزرگ آمریکا معطوف کردند. برخلاف ساتورن 5 (Saturn V) که مأموریت آپولو برای سفر به ماه را به انجام رساند، فضاپیماهای جدید از نوع شاتل بودند، یعنی موشک هایی که می شد آن را بارها و بارها مورد استفاده قرار داد. اولین شاتل از کاروان جدید فضاپیماها که کلمبیا نام داشت در 12 آوریل 1981 از مرکز فضایی کندی در فلوریدا به فضا پرتاب شد.

پس از آنکه آتش جنگ سرد فروکش کرد، دستاوردهای فضایی شوروی نیز کاهش یافت. حوادثی که در چندین موشک پیچیده روی داد و پرونده آنها طی سال ها ناگشوده ماند، باعث شد که اینگونه برنامه ها پس از فرود آپولو به حال خود رها شود. در سال 1999 روسیه که برنامه های فضایی اتحاد شوروی را به میراث برده بود، ایستگاه فضایی میر را بازنشسته کرد و به یکی از اجاره نشین های ایستگاه فضایی بین المللی که تحت سرپرستی ناسا ساخته می شود، تبدیل شد.

علی رغم اختلاف های زیادی که بین این دو فناوری وجود دارد، در پایان قرن بیستم فضاپیماهای X-33 که پیش از این نیز ذکرش رفت، ظاهر شد و تحولی بنیادین در حمل و نقل فضایی ایجاد خواهد کرد. طی دهه های آینده ماشین هایی ساخته خواهند شد که ما را به ماه و ورای آن ببرد

موشک

اگر سنگی و یا پیکانی را به هوا پرتاب کنیم، شیئی را به هوا روانه (launch) کرده ایم که این عمل را پرتابی (projectile) می نامند. پرتابه، به شیء و یا جسمی اطلاق میشود که با نیرویخارجی به هوا روانه میشود. در واقع وقتی ما سنگی را پرتاب میکنیم و یا پیکانی را از کمان رها میکنیم در واقع به کمک نیروی خارجی که به آن تحمیل کرده ایم سنگ و یا پیکان را به حرکت در هوا وا میداریم. وقتی ما از موشک (missile) صحبت میکنیم به این مفهوم است که یک جسم خود پرتابی (self_propellrd) بدونه خلبان (poilot less) را به هوا روانه می کنیم.

موشک برای حرکت از موتوری که حاوی سوخت است استفاده میکند و حرکت آن در هوا ناشی از نیروی موتور (بدون کمک نیروی خارجی) میباشد. به واقع انرژی لازم برای پرتاب، حرکت و ادامه ی آن از موتور ناشی میشود.

موشک به مفهوم نظامی، یک وسیله ی نقلیه ی خود گردان (unmanned vehicle) می باشد و نقلیه (vehicle) از این نظر گفته میشودکه موشک جسمی را که به طور معمول حاوی مواد انفجاری است از نقطه ای به نقطه ی دیگر حمل میکند. و به این علت خود گردان خوانده میشود که برای گردش در هوا و ادامه ی حرکت به خلبان یا عامل کنترلی انسانی نیاز ندارد.

وقتی موشک، به مسیری در روی کره ی زمین و برای رسیدن به هدف به هوا پرتاب میشود، مسیری را که می پیماید، خط سیر موشک (trogectory) مینامند. بسیاری از موشک ها دارای سیستم هدایت می باشندسیستم هدایت، مسیر موشک را جهت ادامه ی خط حقیقی و واقعی مسیر تغییر میدهد. سرجنگی بخشی از موشک است که در جلوی موشک قرار دارد و حاوی مواد منفجره است.

موشک و سوخت موشکها

مروزه اکتشافات فضایی بدون استفاده از نیروی رایانه غیر ممکن است. رایانه ها قادرند فضاپیماها را هدایت کنند، قسمتهای بیشمار فضاپیما را بررسی و صحت عملکرد آنها را اعلام کنند، مرکز هدایت زمینی را در جریان وضعیت فضاپیما قرار دهند و در صورت نیاز مسیر حرکت فضاپیماها را مشخص کرده، آنها را هدایت کنند. در نخستین پروازهای فضایی به اندازه امروز از رایانه ها استفاده نمیشد؛ در حقیقت ، رایانه هایی که آن روزها برای هدایت فضاپیمای ایلات متحده امریکا یعنی آپولو مورد استفاده قرار میگرفتند، نیرویی به اندازه رایانه های شخصی امروزی ما داشتند. کاوشگرهایی که در فاصله های دوردست کره زمین در فضا پرواز میکنند، با خود رایانه هایی را حمل میکنند که برای هدایت دوربین ها و اندازه گیری های مختلف برنامه نویسی شده اند. رایانه ها قادرند اطلاعاتی که از کاوشگرهای فضایی بصورت علایم ضعیف رادویی دریافت میکنند را به اطلاعات لازم و قابل فهمی تبدیل کنند. دانشمندان نیز به نوبه خود این اطلاعات را مورد تجزیه و تحلیل قرار میدهند، تابه نکات جدیدی در مورد اجرام آسمانی دست یابند.

نیروی موشک

موشکهای فضایی مانند موشکهای آتشبازی عمل میکنند. سوخت با ماده ای به نام اکسنده که حاوی گاز تسریع کننده احتراق یعنی اکسیژن است ترکیب میشود. آنگاه این ترکیب که یک پیشران محسوب میشود، میسوزد و گازهای داغی را تولید میکند، این گازها منسبط شده ، از طریق یک دماغه خارج و باعث میشوند موشک بطرف بالا حرکت کند. این واکنش برای اولین بار در قرن هفدهم توسط دانشمندان انگلیسی ، اسحاق نیوتن ، در قانون سوم حرکتش بیان شد. او اظهار داشت که برای هر علمی (خروج گازها در اینجا) عکس العملی است مساوی و مخالف جهت آن (در اینجا ، حرکت موشک (اصول مشابه- اصول اساسی موشکهای آتشبازی که در جشنها مورد استفاده قرار میگیرند، تفاوت چندانی با موشکهای پرتاب کننده فضاپیما ها ندارند.)

نیرویی که یک موشک را به طرف جلو حرکت میدهد، نیروی پیشران نامیده میشود. قدرت نیروی پیشران به سرعت خارج شدن گاز خروجی بستگی دارد. نیروی پیشران به موشک شتاب داده ، باعث افزایش سرعت آن میشود. مقدار شتاب نیز بستگی به جرم موشک دارد. هرچه موشک سنگین تر باشد، برای رسیدن به فضا ، به نیروی پیشران بیشتری نیازمند است. تا وقتی که موتور های موشک، روشن و درحال تولید نیروی پیشران هستند، شتاب فضاپیما نیز هر لحظه زیادتر میشود. موتور موشک یا از پیشران مایع استفاده میکند یا جامد، اما بعضی اوقات ، یک موشک کامل ممکن است در مراحل مختلف از هر دو نوع پیشران استفاده کند. کارشناسان موشکهایی را پیشنهاد کرده اند که از انرژی اتمی به عنوان سوخت استفاده میکنند، چرا که آنها از نظر مصرف انرژی بسیار مقرون به صرفه اند. اما ترس از خطر استفاده از سوخت اتمی مانع استفده از این نوع موشکها شده است.

سوختهای پیشران موشکهای جدید

سوختهای پیشران از یک نوع سوخت و یک اکسنده تشکیل شده اند. برای روشن شدن موشک، کافی است یک جرقه کوچک سوخت پیشران آن را آتش بزند. سوخت آتش گرفته تا آخرین قطره میسوزد. گازهای حاصل از سوخت پیشران از طریق دماغه انتهایی موشک خارج میشوند. اولین موشکها را احتمالا در قرن یازدهم میلادی در کشور چین ساخته اند. آنها موشکهایی بودند که از سوخت پیشران جامد استفاده میکردند. سوخت موشک یک نوع باروت بود که از مخلوطی از نیترات پتاسیم ، زغال چوب و سولفور تشکیل شده بود.