شارك
الرئيسية
3 دقائق 
أحدث الدفع النفاث ثورةً في علم الطيران من خلال زيادة السرعات والارتفاعات المحتملة بشكلٍ كبير؛ وبالتالي تمكين استكشاف الفضاء. يشير مصطلح «[tooltip content="قوة ميكانيكية تُستخدم لتفادي قوة السحب الهوائي، وهي التي تحرك جسم المركبات الطائرة "الطائرات، والصواريخ...إلخ" أثناء الحركة خلال مائع الهواء، وتنتجها محركات المركبات الطائرة، ولها مقدار عددي واتجاه، وتعتمد قيمة قوة الدفع على كمية الغاز التي تُحرَق لتسريع المركبة الطائرة، ويشير اتجاه قوة الدفع إلى عكس اتجاه قوة السحب الهوائي." url="https://popsciarabia.com/%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%81%D8%A7%D9%87%D9%8A%D9%85-%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%84%D9%85%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AF%D9%81%D8%B9/" ]الدفع النفاث[/tooltip]» إلى الإجراء الناتج عن المفاعل لطرد المادة. على سبيل المثال؛ عندما تشتعل المادة الموجودة في صاروخ نموذجي، يُولّد التفاعل الكيميائي الناتج حرارة وغازات تفلت من الصاروخ وتتسبب في تحركه للأمام. كيف يعمل محرك الصاروخ على نقله هذه المساحات الشاسعة؟ لنتعرّف معاً.
الدفع الصاروخي
الدفع الصاروخي هو قوة التفاعل الناتجة عن طرد الجسيمات بسرعة عالية من فتحة الفوهة. قد تكون هذه الجسيمات المطرودة صلبةً أو سائلةً أو غازيةً أو حتى حزماً من الطاقة المشعة، وستستمر قدرة المحرك على إنتاج الدفع فقط طالما استمر إمداد الجسيمات أو سائل العمل. إن طرد المواد هو جوهر عملية الدفع، وبدون وجود مادة للطرد لا يمكن إنتاج قوة دفع - بغض النظر عن مقدار الطاقة المتاحة.
بسبب هذه الحقيقة الأساسية، فإن المعيار الأساسي لتصنيف أداء الصاروخ هو الدافع النوعي؛ والذي يوفر مؤشراً للكفاءة التي يستخدم بها الصاروخ إمداده بالوقود الدافع أو سائل العمل لإنتاج الدفع. بالنسبة لسوائل العمل الغازية،؛ يمكن زيادة الدافع النوعي عن طريق الوصول إلى درجات حرارة أعلى في غرفة الاحتراق وزيادة نسبة الغازات الأخف -ويفضل الهيدروجين- في العادم.
العامل المهم الآخر في تقييم ميزة [tooltip content="نظام في المركبات الطائرة، ينتج قوة الدفع التي تحرك المركبات، وتعاكس قوة السحب الهوائي، ويتكون هذا النظام عادةً من محركات يقوم أساس عملها على قانون نيوتن الثالث "لكل فعل رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه"، وقوة الدفع التي ينتجها نظام الدفع يمكن أن تكون: 1- مساويةً لقوة السحب الهوائي، وحينها تكون المركبة الطائرة في وضع توازن بين القوتين، وتُستخدَم هذه القوة في العادة مع الطائرات السياحية، وحاملات السلع. 2- أكثر من قوة السحب الهوائي، وحينها تكون المركبات الطائرة في وضع تسارع، وتُستخدَم هذه القوة مع الطائرات الحربية والطائرات عالية السرعة." url="https://popsciarabia.com/%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%81%D8%A7%D9%87%D9%8A%D9%85-%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%84%D9%85%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B8%D8%A7%D9%85-%D8%A7%D9%84%D8%AF%D9%81%D8%B9/" ]نظام الدفع[/tooltip] في تطبيق معين هو وزن المحرك وحاوية سائل العمل المطلوبة، لأن هذه الأوزان تؤثر على جزء الوقود القابل للتحقيق.
كيف يعمل محرك الصاروخ؟
يُحمل الأكسجين اللازم للاحتراق -في خزانات أو في صورة مجمعة- في الصاروخ نفسه بحيث يكون دفع الصاروخ منفصلاً عن الغلاف الجوي؛ إذ تعتمد أجهزة الدفع النفاث الأخرى على الهواء الداخل للمحرك لتزويده بالأكسجين الضروري. وبعد إطلاق الحرارة عن طريق الاحتراق، يتم تسريع الغازات الساخنة عبر المحرك بحيث تكون سرعة الخروج أكبر من سرعة تيار الهواء عند المدخل.
لكن في كل من محركات الصواريخ المستقلة عن الهواء الخارجي ووحدات طاقة الدفع النفاث التي تعتمد على الهواء، يكون الدفع الذي يمكن توليده متناسباً مع كتلة المادة المقذوفة من الوحدة في وقتٍ معين، بالإضافة إلى الزيادة في سرعة الكتلة فيما يتعلق بالوحدة نفسها، لذلك يمكن إنتاج نفس قوة الدفع الأمامي بطريقتين؛ إما عن طريق إخراج كتلة كبيرة من المواد بسرعة منخفضة خلال فترة زمنية معينة -كما هو الحال في المحركات التوربينية- أو عن طريق إخراج كتلة أصغر من المواد لكن بسرعةٍ أعلى - كما هو الحال في المحركات النفاثة؛ لكن مصدرا الكتلة هما الدافع، أو الوقود، والعامل المؤكسِد، أو الهواء.
- اقرأ أيضا: كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد؟
أنواع المحركات الصاروخية
هناك عدة أنواع من محركات الدفع الصاروخي، الكيميائية -بشكليها الصلب والسائل- والمحركات الغازية والمحركات الأيونية.
كيف يعمل محرك الصاروخ الصلب؟
يُستخدم المحرك الصلب بشكلٍ أساسي كمعزز لمركبات الإطلاق؛ إذ لا تُستخدم المحركات الصلبة أبداً في الفضاء لأنه لا يمكن التحكم فيها. تضيء المعززات ثم تطلق النار حتى يحترق الوقود الدافع بالكامل، وتتمثل فوائدها الرئيسية في البساطة، ومدة الصلاحية التي يمكن أن تمتد لسنوات كما في حالة الصواريخ، والموثوقية العالية.
كيف يعمل محرك الصاروخ السائل؟
تأتي محركات السائل في العديد من الأشكال والأحجام. يمكن التحكم في معظمها، وقابلة لإعادة التشغيل، وغالباً ما تُستخدم كدوافع تحكم ومناورة. يمكن تقسيم الدافعات السائلة إلى ثلاث أنواع رئيسية: دافع أحادي الاتجاه، ودوافع ثنائية، ودوافع مبردة. تستخدم المواد أحادية الدافع دافعاً واحداً فقط؛ مثل «الهيدرازين»، بينما تستخدم الدوافع الثنائية وقوداً ومؤكسداً مثل «RP-1»؛ إحدى أشكال الكيروسين وبيروكسيد الهيدروجين.
تستخدم الأنظمة المبردة في هذه المحركات الغازات المسيّلة؛ الهيدروجين السائل والأكسجين السائل، والمبرّدة هنا تعني التبريد الفائق؛ حيث سيكون عليك تبريد الهيدروجين والأكسجين بشكلٍ فائق لجعلهما سوائل. مع كل ترقية لنوع الدافع من الأحادية إلى الثنائية إلى المبردة، يزداد تعقيد الدافع؛ ولكن الأداء يرتفع أيضاً.
كيف يعمل محرك الصاروخ الغازي؟
تتميز محركات الغاز البارد بإمكانية تحكم مماثلة لمحركات السائل؛ ولكنها أبسط وأخف وزناً. هي في الأساس خزان ضغط مرتفع مع مفاتيح تنقلب بين حالة الفتح والإغلاق. إنها تشبه إلى حدّ ما رشاشات -بخاخات- الطلاء؛ حيث تكون المحتويات تحت الضغط بالداخل، وعندما يتم فتح الصمام، فإنها تتدفق للخارج.
كيف يعمل محرك الصاروخ الأيوني؟
تختلف المحركات الأيونية اختلافاً كبيراً عن المحركات الكيميائية -الصلبة والسائلة- من حيث أنها محركات دفع منخفضة يمكن أن تعمل لفترات طويلة من الزمن؛ إذ تتراوح مدة استخدام المحركات الكيميائية عادةً من ثوانٍ إلى أيام، بينما يمكن أن تتراوح مدة استخدام المحركات الأيونية من أيامٍ إلى أشهر.