ویژگی های موتور اسکرم جت

فهرست موضوعات

مقدمه

با پیشرفت علم مواد و تولید موادی نظیر انواع ورق استیل ضد سایش مثل ورق استیل 321، تجهیزات فضایی نیز رشد چشمگیری نموده اند. امروزه ماهواره ها توسط وسایل پرتاب چند مرحله ای به مدار زمین پرتاب می شوند که فقط یک بار قابل استفاده هستند. اینکه هزینه ساخت این تجهیزات به قیمت مواد استفاده شده در آن نظیر قیمت ورق استیل 321 وابسته است، لازم است با کمترین احتمال خطا طراحی و ساخته شوند. این پرتاب کننده ها عامل اکسید کننده را همراه با سوخت برای احتراق با هدف تولید نیروی رانش با خود حمل می کنند. وسایل نقلیه پرتابی که برای یک بار استفاده طراحی شده اند، گران هستند و کارایی آنها پایین است، زیرا می توانند تنها 2-4٪ از جرم پرتاب خود را به مدار زمین حمل کنند. بنابراین، تلاشی جهانی برای کاهش هزینه راه اندازی وجود دارد.

پیشرانه های مورد استفاده در صنایع هوا فضا

با آنکه در ساخت تجهیزات پیشرانه هوافضایی از مواد فلزی نظیر انواع ورق استیل ضد سایش خصوصاً ورق استیل 321 استفاده شده است، ولی نزدیک به 70 درصد از وزن آن از مواد اکسید کننده و سوخت  تشکیل شده است که توسط وسایل پرتاب امروزی حمل می شود. بنابراین، وسایل نقلیه پرتاب نسل بعدی باید از یک سیستم محرکه استفاده کند که بتواند از اکسیژن اتمسفر در طول پرواز خود که در جو وجود دارد استفاده نماید که این موضوع به طور قابل توجهی کل وزن پیشران برای قرار دادن یک ماهواره در مدار را کاهش می دهد. با این تکنولوژی می توان مجموع قیمت ورق استیل 321 و سایر مواد مورد استفاده در پیشرانه را کاهش داد. به عبارتی، اگر آن وسایل نقلیه قابلیت استفاده مجدد را داشته باشند، هزینه پرتاب ماهواره ها به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین، مفهوم وسیله نقلیه پرتاب با قابلیت استفاده مجدد در آینده همراه با نیروی محرکه تنفس هوا یک نامزد هیجان انگیز است که دسترسی معمولی به فضا را با هزینه بسیار کمتر ارائه می دهد.

تکنولوژی اسکرم جت و رم جت

با توجه به ماهیت استراتژیک فناوری تنفس هوا که پتانسیل ایجاد تغییرات قابل توجهی در طراحی وسیله پرتاب به فضا را دارد، تلاش‌های جهانی برای توسعه فناوری موتورهای تنفس هوا ادامه دارد. اسکرم جت، رم جت و رم جت دوحالته، سه مفهوم موتورهای تنفس هوایی هستند که توسط آژانس‌های فضایی مختلف در حال توسعه می باشند.
رم جت نوعی موتور جت تنفس کننده هوا است که از حرکت رو به جلو برای فشرده سازی هوای ورودی برای احتراق بدون کمپرسور چرخان استفاده می کند. سوخت در محفظه احتراق تزریق می شود و در آنجا با هوای داغ فشرده مخلوط شده و مشتعل می گردد. یک وسیله نقلیه با موتور رم جت به یک سیستم برخاست کمکی مانند موشک نیاز دارد تا آن را به سرعتی برساند که شروع به تولید نیروی رانش کند. رم جت ها در سرعت های مافوق صوت در حدود 3 ماخ (سه برابر سرعت صوت) کارآمدترین کار را دارند و می توانند تا سرعت های 6 ماخ کار کنند. با این حال، راندمان رم جت زمانی که وسیله نقلیه به سرعت های مافوق صوت می رسد شروع به کاهش می کند.
موتور اسکرم جت نسبت به موتور رم جت بهبود یافته است، زیرا به طور موثر در سرعت های مافوق صوت کار می کند و احتراق مافوق صوت را امکان پذیر می کند. بنابراین به آن رام جت احتراق مافوق صوت یا اسکرم جت می گویند.

مشخصه های موتور اسکرم جت

در این نوع موتور فناوری های حیاتی مانند احتراق موتورهای تنفس هوا با سرعت مافوق صوت، نگه داشتن شعله با سرعت مافوق صوت، مکانیسم ورودی هوا و سیستم های تزریق سوخت با موفقیت نشان داده شده است. موتور اسکرم جت طراحی شده توسط ISRO از هیدروژن به عنوان سوخت و از اکسیژن هوای جو به عنوان اکسید کننده استفاده می کند. آزمایش 28 آگوست اولین آزمایش کوتاه مدت موتور اسکرم جت ISRO با پرواز مافوق صوت در 6 ماخ بود. وسیله نقلیه فناوری پیشرفته که یک موشک با تکنولوژی پیشرفته است، تقویت کننده موشک جامد مورد استفاده برای آزمایش اخیر اسکرم جت بود. اولین پیشرانه های در شرایط مافوق صوت که حامل موتورهای اسکرم جت بودند، در هنگام بلند شدن 3277 کیلوگرم وزن داشتند.

ATV یک پرتابگر دو مرحله ای تثبیت شده با موتورهای جامد یکسان به عنوان مرحله اول و همچنین مرحله دوم (تقویت کننده و تداوم کننده) است. موتورهای دوقلو اسکرم جت در پشت مرحله دوم نصب شده اند. پس از رسیدن مرحله دوم به شرایط مطلوب برای "راه اندازی" موتور، اقدامات لازم برای احتراق موتورهای اسکرم جت آغاز می شود و آنها به مدت حدود 5 ثانیه کار می کنند. عملیات پرواز ATV بر اساس یک توالی از پیش برنامه ریزی شده می باشد. برخی از چالش‌های فناوری که توسط ISRO در طول توسعه موتور اسکرم جت انجام می‌شود عبارتند از: 
-    طراحی و توسعه ورودی هوای موتور Hypersonic
-    احتراق مافوق صوت
-    توسعه مواد مقاوم در برابر دمای بسیار بالا
-    ابزارهای محاسباتی برای شبیه سازی جریان مافوق صوت
-    اطمینان از عملکرد موتور در طیف گسترده ای از سرعت های پرواز
-    مدیریت حرارتی مناسب و آزمایش زمینی موتورها