صاروخ على النار. دلتا IV الثقيلة - كرة نارية

جاء الإلهام لكتابة هذا المنشور حول تكنولوجيا الصواريخ من مواضيع مثيرة للاهتمام حول "الصعوبات غير الواضحة لتكنولوجيا الصواريخ". وإذا لم أكن مخطئا ، فإن مسألة "الولاعات" لم تؤخذ في الاعتبار في المواضيع. أكتب لأول مرة ، ربما يكون الموضوع شائعًا ، ولكن بدا لي مثيرًا للاهتمام.

في 11 يونيو 2016 ، تم إطلاق الصاروخ الثقيل الثقيل Delta-IV بنجاح مع المركبة الفضائية Orion9 (كجزء من مهمة NROL-37). لماذا إطلاق هذا الصاروخ بالذات؟ أولاً ، لأنه مرة أخرى تم إطلاق أقوى صاروخ نشط ، ثانيًا ، لم يكن سوى الإطلاق التاسع لـ Delta Heavy ، ثالثًا ، إن عمليات إطلاق Delta Heavy جميلة جدًا ومذهلة (نسبة دفع منخفضة ، وتسلق بطيء من خلال أندية حرق الهيدروجين).

قاذفة ILV Delta-IV Heavy NROL-37:



على الرغم من أن الإطلاق يمكن اعتباره عاديًا ، حتى روتينًا عاديًا ، إلا أنني سأفرج عن إطلاق هذا النوع من الصواريخ ، التي لها تسليط الضوء عليها - ما يسمى كرة نارية - لهب بخار الهيدروجين القابل للاشتعال الذي يبدأ من خلاله الصاروخ. على الرغم من أن هذا يمثل تمييزًا للمراقب ، إلا أنه بالنسبة للمهندسين ، فإنه مشكلة يجب معالجتها. وكيف يحدث هذا مكتوب أدناه.

إن "مشكلة" (أو ميزة) إطلاق الصواريخ بمحرك الهيدروجين RS-68 (قد يختلف الرسم البياني في أنواع أخرى ، ويكون التأثير ممتازًا أيضًا في النهاية) كما يلي:

قبل بدء تشغيل محرك RS-68 (زوج الأكسجين والهيدروجين) ، 5 ثوانٍ (T-5) حتى تمزق مركبة الإطلاق من على الطاولة ، يتم توفير الوقود (في هذه الحالة ، الهيدروجين) إلى خط المحرك. يعد ذلك ضروريًا للتبريد (مع هيدروجين أكثر برودة مقارنة بالأكسجين السائل) للتيار الكهربائي وعناصر المحرك قبل البدء (لاستبعاد التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة في خطوط الأنابيب والصمامات وما إلى ذلك). نتيجة لهذا الإجراء ، تتشكل سحابة من أبخرة الهيدروجين حول الصاروخ ، تختلط تدريجياً مع الهواء ، والتي يمكن أن تحترق أو تنفجر.

ثم ، بعد 3 ثوانٍ ، يفتح صمام إمداد الأكسجين السائل ويبدأ المحرك. في هذه اللحظة ، يشعل شعلة المحرك الخليط المتفجر الناتج حول الصاروخ ويبدأ كل شيء في الحريق. شيء من هذا القبيل:



أو على هذا



النحو : ونتيجة لذلك ، فإن الصاروخ له مظهر "فحم":



بالطبع ، حتى عمليات الإطلاق الأولى للصاروخ لم تؤد إلى الفشل ، والصاروخ ، على الرغم من حرقه ، غادر بنجاح خط الإطلاق. لكنها بدت مذهلة ، ولكنها خطيرة وغير طبيعية إلى حد ما (كحد أقصى ، هناك خطر انفجار الحجم).

بطبيعة الحال ، كان هذا التأثير واضحًا حتى قبل الإطلاق الأول. علاوة على ذلك ، يتمتع الأمريكيون بخبرة كافية في محركات الهيدروجين (كجزء من مكوك الفضاء بمحرك RS-25). وبناءً على ذلك ، كان هناك حلان هندسيان على الأقل لتقليل تأثير حرق الهيدروجين على غلاف صاروخ.

أولاً ، عزل حراري قوي (مناطق برتقالية على وحدات الصواريخ). يعمل كمادة عازلة من المؤكسد وخزانات الوقود من الحرارة الجوية الخارجية ، وكذلك الحماية من حرق أبخرة الهيدروجين. في بعض عمليات الإطلاق ، يحترق هذا العزل جزئيًا عندما يحلق الصاروخ:



الحل الثاني الضروري هو تركيب "الولاعات".

يتم تثبيت ما يسمى الولاعات - مشعلات إشعاعية خارجية (ROFIs أو "الماسات") على لوحة الإطلاق. كانت موجودة مماثلة على منصة إطلاق مكوك الفضاء. صحيح أن هذه الولاعات لا تنقذ من رؤية صاروخ يهرب من النار: الحقيقة هي أن الغرض الرئيسي منها هو استبعاد خلط أبخرة الهيدروجين مع الهواء (أو لتقليل تركيز هذه الأبخرة) ، أي لمنع تكوين خليط متفجر. إنهم يتعاملون مع هذا - حتى الآن حدثت جميع عمليات الإطلاق دون انفجارات.
ولكن لا تزال مشكلة الحرق الشديد قائمة وتحمل تهديدًا محتملاً بالعزل الحراري وقشرة الخزانات.

يمكن أن تقلل من تأثير الاحتراق المفرط من خلال حل هندسي أنيق وغير مكلف: بدء تشغيل محركات كتل الجهد المنخفض في أوقات مختلفة.

رسم تخطيطي لتسلسل الإطلاق المبسط على النحو التالي: أول محرك من محركات RS-68 يبدأ على كتلة " starboard " (أحد الجانبين) ، وبعد ثانيتين تبدأ المحركات على الكتل المتبقية: "port" (جانب آخر) و "core"(مركزي). النقطة هي ما يلي: يؤدي البدء المبكر لأحد المحركات إلى حقيقة أن انبعاث الهيدروجين الزائد في الغلاف الجوي يتم تقليله (بالإضافة إلى الوقت الكافي لحرق الولاعات) ، في حين أن تدفق الغاز الخارج من قناة الغاز (قناة مخرج الغاز) يخلق تيار هواء طرد يعمل مثل المكنسة الكهربائية ، تمتص المداخن كل شيء موجود حول الطاولة والصاروخ. لذلك ، مع البدء الإضافي للمحركين المتبقيين ، ينخفض ​​إجمالي انبعاث أبخرة الهيدروجين ويتم نقل معظمه عن طريق تيار الهواء الذي يتدفق حول الصاروخ وعناصر الجدول ويزيل الشعلة الزائدة في المداخن.

سمح هذا النهج بتقليل تأثير كرة النار إلى واحدة مماثلة عند إطلاق Delta-IV M بمحرك هيدروجين واحد. في الواقع ، تم إطلاق أحدث الإصدارات (Orion EFT-1 والأمس) في وضع "لطيف". ومع ذلك ، فإن إطلاق الصاروخ يتحول إلى مذهلة وغير عادية لعيون المواطن العادي.

ابدأ Delta-IV-H EFT-1 (الأول مع بدء تشغيل متزامن للمحركات):



للتوضيح ، يتم عرض إحصائيات الصور الخاصة بإطلاق Delta Heavy بواسطة Jason Davis. يشار إلى أن الصاروخ يحرق بطرق مختلفة من جهات مختلفة. أيضا ، قناة مخرج الغاز في كيب كانافيرال لديها مخطط من قناتين ، في قناة Vandenberg - 1. يمكن أن يؤثر هذا الاختلاف أيضًا على طبيعة الاحتراق (عدم التماثل عند استنشاق الهواء المحيط).



ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن دلتا لم تواجه مثل هذه المشكلة فقط. ربما كانت هذه هي المشكلة الأولى التي ظهرت في R-7 ICBM الروسي (سلف الاتحاد الحالي) ، والتي "عانت أيضًا" من تأثير حرق الأبخرة (الآن الكيروسين والأكسجين) بسبب العملية الطويلة لبدء تشغيل المحركات في المرحلتين الأولى والثانية (أكثر من 10 ثوانٍ). كما مرت عمليات الإطلاق الأولى للصواريخ من هذا النوع من خلال اللهب ولم تضيف الأعصاب للمهندسين. تم العثور على الحل في نظام الغاز (على الرغم من أنه كان من المفترض في الأصل أن يكون ماء ، ولكن هذه قصة مختلفة) طرد ، والذي أنشأ قبل بدء المحركات تيارًا هوائيًا في قناة الغاز ، مما أدى إلى امتصاص أبخرة الوقود المحترق في اتجاه مخرج الغاز.

هكذا كان يبدو بعد ذلك: R-7 من خلال اللهب.



هنا مثل هذا المنشور القصير حول المزيد من الصعوبات في تكنولوجيا الصواريخ. إذا أحببت المادة ، فلدي فكرة أن أكتب المزيد عن بعض النقاط المثيرة للاهتمام التي ترافق إطلاق الصواريخ الفضائية.

شكرا لكم على اهتمامكم.

المصادر:

1. www.americaspace.com/؟p=21832
2. www.planetary.org/blogs/jason-davis/2014/20141126-ula-burning-questions.html
3. kollektsiya.ru/raketi/335-r -7-8k71-dvukhstupenchataya-mezhkontinentalnaya-ballisticheskaya-raketa.html

Source: https://habr.com/ru/post/ar395305/