هواپیماهای تنفس کننده؛فضاپیماهای آینده
دسترسی به فضا هرگز آسان نبوده است. چندین هزار نیرو لازم است تا یک شاتل به فضا شده و سالم به زمین رسیده و دوباره به آماده پرواز شود. حتی بیشتر راکت های فضایی نیازمند مراحل چندگانه هستند که جرم آنها را به کمک ترکیب شدن با اکسیژن و مصرف سوخت به بالا می برد. راکتها به طور عمود از زمین بلند می شوند تا زمان صرف شده توسط آنها هنگام گذر از جو به کمترین حد خود برسد.
برای چند دهه مهندسان در رویای راهی بهتر بودند: یک فضاپیمای تک مرحله ای که سبکتر، ارزانتر و به طور ساده تری قابلیت استفاده دوباره داشته باشد. پشتیبانان این طرح می گویند یک ناوگان از این فضاپیماها می توانند به راحتی هواپیماهای جت معمولی نگهداری شده و زمان آماده سازی آنها برای پرواز مجدد از ماه به روز یا حتی ساعت تقلیل یابد.
در حالیکه بیشتر وزن راکت را قسمت حمل اکسیژن تشکیل می دهد، نظریه ای بیان می شود که طبق آن موتوری طراحی می شود که از اکسیژن جو حداقل برای سوزاندن سوخت خود تا مصافتی استفاده کند.
چندی پیش یک شرکت انگلیسی با دریافت 1 میلیون یورو مامور شد تا این رویای چندین ساله را تحقق بخشد و بتواند این فضاپیما را که SKYLON نام دارد بسازد تا در آینده نزدیک شاهد فرود فضاپیماها در باندهای معمولی فرودگاه ها باشیم.
موتورهایی که اکسیژن تنفس می کنند چگونه کار می کنند؟
موتورهایی که اکسیژن تنفس می کنند از دریچه ورودی استفاده می کنند که در جلوی فضاپیما قرار داشته و هوا را می مکد و بعد از آن هرآنچه اتفاق می افتد بستگی به طراحی هندسی داخلی موتور دارد. معمول ترین موتور که به هدف نیز نزدیک است یک موتور جت مکنده است که ساختار هندسی برای کاهش سرعت دارد. اما موتور جت مکنده(ramjet) برای سرعت های پایین مناسب است. در سرعتهای مافوق صوت مانند 5 برابر سرعت صوت هوای کند شده برای عمل احتراق بسیار داغ است. یک راه حل این مشکل موتورهای جت سریع (scramjet) هستند که سرعت هوا را خیلی کاهش نمی دهند و به جای آن جریان تند هوا را با سوخت مخلوط می کنند تا نیروی پیشران تولید شود.
اما این نوع موتورها نیز برای سرعتهای بالای 5 ماخ مناسبند که این بدان معنی است که یک سیستم دیگر نیاز است تا سرعت هواپیما را به سرعت صوت برساند.
موتورهایی تنفس کننده با اکسیژن چه سرعتی ایجاد می کنند؟
جواب این سوال هنوز معلوم نیست زیرا آزمایشات تکمیلی روی آن انجام نشده است. اما پژوهشگران دریافته اند در یک سرعت مشخص هوا نمی تواند با سرعت مناسب با سوخت مخلوط شود و آنرا بسوزاند که این برای موتور تنفس کننده اکسیژن در سرعتهای بالا محدودیت ایجاد می کند. البته سرعت نهایی مابین 12 تا 25 ماخ برای scramjet تخمین زده می شود که این موضوع وابستگی زیادی به نوع سوخت مصرفی دارد.
دستاورد SKYLON چیست؟
موتور پیشنهادی SKYLON از یک مبادله گر گرمایی استفاده می کند که کار آن خنک کردن هوای ناشی از سرعت 5 ماخ از 1000 درجه سانتیگراد تا 100- درجه است. در حین سرد شدن، هوا با هیدروژن مایع مخلوط شده و می سوزد.
برخلاف scramjet، skylon برای تنفس از هوا از زمان حرکت تا سرعت 5.5 ماخ طراحی شده است. در ارتفاع 26 کیلومتری تنفس متوقف شده و فضاپیما از اکسیژن ذخیره برای ادامه مسیر به سوی فضا استفاده می کند که توسط راکت معمولی این کار انجام می گیرد.
مدیر این طرح آنرا بی مانند خوانده و می افزاید:"فکر می کنم با وضعیتی که امروز در آن قرار داریم تنها راه منطقی رسید به فضا skylon است.
تهیه کننده: محسن مرادی
