Co to jest silnik rakietowy?
Silnik rakietowy jest rodzajem silnika odrzutowego, co oznacza, że jest to silnik reakcyjny, który wytwarza ciąg, wyrzucając szybki strumień gazu w kierunku przeciwnym do pożądanego kierunku jazdy, napędzając się do przodu ze względu na zachowanie pędu. Cechą wyróżniającą rakietę jest to, że jej napędowy strumień wytwarzany jest w całości z własnej masy napędowej silnika, przy czym żaden z nich nie jest pobierany ze środowiska zewnętrznego. Różni się to od innych form silników odrzutowych, takich jak turboodrzutowe, turbofani i ramjety, które mieszają swoje paliwo ze sprężonym powietrzem z atmosfery w celu spalenia paliwa i wytworzenia strumienia. Technologia silnika rakietowego jest niezbędna do lotów kosmicznych, ponieważ rakiety mogą działać poza atmosferą. Rakiety są również wykorzystywane do celów takich jak fajerwerki, broń i szybkie samoloty.
Istnieje kilka rodzajów silnika rakietowego. Najczęściej używany typ to rakieta chemiczna. Rakieta chemiczna jest napędzana do przodu przez reakcje chemiczne w jej materiale napędowym, które wytwarzają ciepło, wytwarzając strumień szybkich spalin wydalanych z tyłu rakiety. Każda rakieta chemiczna zawiera jako paliwo łatwopalną substancję pędną. Jest to połączone z jeszcze bardziej łatwopalną substancją, zwaną inicjatorem lub zapalnikiem. Inicjator jest zapalany, zwykle przez iskrę elektryczną lub ładunek pirotechniczny, a ciepło z kolei zapala gaz pędny, który pali się, wytwarzając napędowy strumień spalin.
Chemikalia miotające mogą być ciałami stałymi, cieczami lub ciałami stałymi w połączeniu z cieczami lub gazami. W rakiecie na paliwo stałe stały propelent, zwany ziarnem, jest przechowywany wraz z utleniającymi chemikaliami, które służą jako inicjator, podczas gdy rakiety na paliwo ciekłe przechowują ciekły propelent i inicjator w osobnych zbiornikach, aż nadejdzie czas, aby je uwolnić komora spalania do wymieszania. Rakiety z paliwem hybrydowym wykorzystują stały gaz pędny, który następnie miesza się z ciekłym lub gazowym inicjatorem przechowywanym w oddzielnym zbiorniku, aż będzie gotowy do użycia.
Najpopularniejszym obecnie stosowanym paliwem stałym jest kompozytowy propelent nadchloranu amonu (APCP), który odnosi się do szeregu różnych mieszanin chemicznych, które zawierają zarówno propelent, jak i inicjator. APCP zwykle obejmuje utleniacz nadchloran amonu (NH 4 ClO 4 ), elastyczne polimery zwane elastomerami oraz sproszkowane aluminium lub inne metale. Ciekłe paliwa rakietowe często składają się z ciekłego tlenu zmieszanego z rafinowaną naftą lub ciekłym wodorem lub czterotlenku diazotu (N 2 O 4 ) zmieszanego z hydrazyną (N 2 H 4 ) lub jedną z jego pochodnych.
Rakiety na paliwo stałe były pierwszą formą silnika rakietowego, ale zostały w dużej mierze wyparte przez bardziej wydajne konstrukcje na paliwo ciekłe i hybrydowe. Są jednak nadal powszechnie używane do celów takich jak fajerwerki i rakiety modelowe, a czasami są wykorzystywane w lotach kosmicznych do wystrzeliwania małych ładunków na orbitę lub jako uzupełnienie rakiety na paliwo ciekłe w celu zwiększenia pojemności użytecznej. Na przykład prom kosmiczny wykorzystuje pojedynczą dużą rakietę na paliwo ciekłe, otoczoną przez dwie mniejsze rakiety na paliwo stałe, aby dotrzeć na orbitę.
Rakieta termiczna wykorzystuje propelent, który jest ogrzewany z zewnętrznego źródła ciepła, a nie w wyniku reakcji chemicznych w samym propelencie. Rakiety z gorącą wodą, zwane również rakietami parowymi, wykorzystują wodę jako materiał pędny, podgrzewając ją w celu wytworzenia strumieni pary. Są one często stosowane w bardzo szybkich pojazdach lądowych, takich jak drag racers. Rakiety elektrotermiczne wykorzystują pola elektryczne do wytworzenia ogrzanej plazmy, która następnie ogrzewa propelent w celu wytworzenia strumienia. Rakiety elektrotermiczne są przydatne do wytwarzania krótkich impulsów ciągu i są powszechnie stosowane do celów takich jak kontrola wysokości w satelitach.
Zaproponowano kilka innych rodzajów rakiet termicznych, które mogą ostatecznie znaleźć zastosowanie. Słoneczna rakieta termiczna wykorzystywałaby energię słoneczną jako źródło ciepła, albo wystawiając propelent bezpośrednio na promieniowanie słoneczne, albo wykorzystując energię słoneczną do zasilania wymiennika ciepła, który ogrzewałby propelent. Energia słoneczna byłaby gromadzona i skoncentrowana przez lustra lub soczewki, aby zapewnić wystarczającą ilość skoncentrowanego ciepła. Termiczny silnik rakietowy może być również zasilany energią przekazywaną mu ze źródła zewnętrznego za pomocą wiązki laserowej lub mikrofalowej. Rakieta termiczna zasilana energią jądrową może ogrzać swój materiał napędowy energią z reaktora jądrowego lub rozpadem izotopów promieniotwórczych.