Kas ir raķešu dzinējs?

Raķešu dzinējs ir reaktīvo dzinēju veids, kas nozīmē, ka tas ir reakcijas dzinējs, kas rada vilci, izlaižot ātrgaitas gāzes plūsmu pretēji vēlamajam kustības virzienam, virzoties uz priekšu, pateicoties impulsa saglabāšanai. Raķetes atšķirīgā īpašība ir tāda, ka tās piedziņas strūklu pilnībā ražo no paša dzinēja degvielas masas, un neviena no tās netiek ņemta no ārējās vides. Tas atšķiras no citiem reaktīvo dzinēju veidiem, piemēram, turboreaktīviem, turboventilatoriem un reaktīvajiem dzinējiem, kas sajauc savu degvielu ar saspiestu gaisu no atmosfēras, lai sadedzinātu to degvielu un radītu strūklu. Raķešu dzinēju tehnoloģija ir būtiska kosmosa lidojumiem, jo ​​raķetes var darboties ārpus atmosfēras. Raķetes tiek izmantotas arī tādiem mērķiem kā uguņošana, ieroči un ātrgaitas lidmašīnas.

Pastāv vairākas raķešu dzinēju formas. Visbiežāk izmantoto veidu sauc par ķīmisko raķeti. Ķīmisko raķeti virza uz priekšu ķīmiskās reakcijas tās propelentā, kas rada siltumu, radot ātrgaitas izplūdes gāzu plūsmu, kas tiek izvadīta no raķetes aizmugures. Katrai ķīmiskajai raķetei kā degvielas padeve ir degoša degviela. Tas tiek apvienots ar vēl vairāk uzliesmojošu vielu, ko sauc par ierosinātāju vai aizdedzinātāju. Iniciators tiek aizdedzināts, parasti izmantojot elektrisko dzirksteli vai pirotehnisko lādiņu, un siltums savukārt aizdedzina propelentu, kas sadedzina, radot dzinējspēku izplūdes strūklu.

Propelantu ķīmiskās vielas var būt cietas vielas, šķidrumi vai cietas vielas, kas apvienotas ar šķidrumiem vai gāzēm. Cietā kurināmā raķetē cietā degviela, ko sauc par graudiem, tiek uzglabāta kopā ar oksidējošām ķimikālijām, kas kalpo kā iniciators, savukārt šķidrās degvielas raķetes šķidro degvielu un iniciatoru uzglabā atsevišķās tvertnēs, līdz ir pienācis laiks tos izlaist sadegšanas kameru, lai sajauktu. Hibrīdās degvielas raķetēs izmanto cieto degvielu, ko pēc tam sajauc ar šķidru vai gāzveida iniciatoru, kas tiek uzglabāts atsevišķā tvertnē, līdz tas ir gatavs lietošanai.

Mūsdienās visbiežāk izmantoto cieto kurināmo sauc par amonija perhlorāta kompozītmateriālu propelantu (APCP), kas attiecas uz vairākiem dažādiem ķīmiskiem maisījumiem, kas ietver gan propelentu, gan iniciatoru. APCP parasti ietver oksidētāju amonija perhlorātu (NH4ClO4), elastīgus polimērus, ko sauc par elastomēriem, un pulverveida alumīniju vai citus metālus. Šķidrā raķešu degviela bieži sastāv no šķidrā skābekļa, kas sajaukts ar rafinētu petroleju vai šķidru ūdeņradi, vai no slāpekļa tetroksīda (N2O4), kas sajaukts ar hidrazīnu (N2H4) vai kādu no tā atvasinājumiem.

Cietā kurināmā raķetes bija pirmā raķešu dzinēju forma, taču tās lielākoties ir aizstājušas efektīvākas šķidrās degvielas un hibrīdās konstrukcijas. Tomēr tos joprojām parasti izmanto tādiem nolūkiem kā uguņošana un raķešu modeļi, un dažkārt tos izmanto, lai orbītā palaistu nelielas kravnesības vai kā papildinājumu šķidrās degvielas raķetēm, lai palielinātu kravnesību. Piemēram, Space Shuttle izmanto vienu lielu šķidrās degvielas raķeti, kurai blakus ir divas mazākas cietā kurināmā raķetes, lai sasniegtu orbītu.

Termiskā raķete izmanto propelantu, kas tiek uzkarsēts no ārēja siltuma avota, nevis ar ķīmiskām reakcijām pašā propelentā. Karstā ūdens raķetes, ko sauc arī par tvaika raķetēm, izmanto ūdeni kā degvielu, karsējot to, lai radītu tvaika strūklas. Tos bieži izmanto ļoti ātrgaitas sauszemes transportlīdzekļos, piemēram, dragreisos. Elektrotermiskās raķetes izmanto elektriskos laukus, lai ražotu apsildāmu plazmu, kas pēc tam uzkarsē propelentu, veidojot strūklu. Elektrotermiskās raķetes ir noderīgas, lai radītu īsus vilces uzliesmojumus, un tās parasti izmanto, piemēram, augstuma kontrolei satelītos.
Ir ierosināti vairāki citi termisko raķešu veidi, un tie galu galā var tikt izmantoti. Saules siltuma raķete izmantotu saules enerģiju kā siltuma avotu, vai nu pakļaujot propelentu tieši saules starojumam, vai izmantojot saules enerģiju, lai darbinātu siltummaini, kas sildītu propelentu. Saules enerģija tiktu savākta un koncentrēta caur spoguļiem vai lēcām, lai nodrošinātu pietiekami koncentrētu siltumu. Termisko raķešu dzinēju var darbināt arī ar enerģiju, kas tam tiek pārraidīta no ārēja avota, izmantojot lāzera vai mikroviļņu starus. Ar kodolenerģiju darbināma termiskā raķete varētu uzsildīt savu propelentu ar enerģiju no kodolreaktora vai no radioaktīvo izotopu sabrukšanas.