لطالما سعى الإنسان لاستكشاف ما وراء حدود كوكبنا. وللتحقق من ذلك بشكل مباشر، لدينا صواريخ الفضاء . هذه الصواريخ عبارة عن أجهزة تسافر عبر الهواء بسرعات عالية، وتُستخدم في المقام الأول كأسلحة. إلا أنها تُستخدم أيضاً في استكشاف الفضاء وتطوير تقنيات مثل الأقمار الصناعية . تاريخ الصواريخ تاريخٌ شيّق، يكشف الكثير عن تطورنا التكنولوجي وأهمية الأقمار الصناعية في الاستكشاف العلمي.
لذلك ، سنخصص هذه المقالة لنخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول الصواريخ الفضائية وكيفية عملها.
ما هي صواريخ الفضاء
تحتوي هذه الصواريخ عادةً على محرك نفاث (يسمى محرك صاروخي) يولد الحركة عن طريق طرد الغاز من غرفة الاحتراق. يمكن أيضًا دفعها عن طريق احتراق الوقود الدافع في أنبوب الإطلاق.
تُعدّ الصواريخ أيضاً نوعاً من الآلات؛ فبفضل محرك الاحتراق الداخلي، تستطيع توليد الطاقة الحركية اللازمة لتمديد جزء من الغاز المتسرب عبر الأنبوب . ولهذا السبب تستخدم الدفع النفاث. وتُسمى المركبات الفضائية التي تستخدم هذا النوع من الدفع بالصواريخ.
بفضل الصواريخ، يُمكن إرسال المجسات الاصطناعية والأقمار الصناعية، وحتى رواد الفضاء، إلى الفضاء الخارجي. وفي هذا السياق، لا يُمكننا إغفال وجود صواريخ الفضاء. هذه مركبات مُجهزة بمحرك احتراق داخلي يُولّد طاقة حركية لتمدد الغاز اللازم للدفع النفاث. يُعدّ استخدام الصواريخ ضروريًا لدراسة الحطام الفضائي والنهوض باستكشاف الفضاء، فضلًا عن دراسة الأقمار الصناعية.
أنواع الصواريخ الفضائية
هناك عدة أنواع من الصواريخ الفضائية ، من أهمها:
- إذا أخذنا في الاعتبار عدد المراحل ، فسنجد صواريخ أحادية الطور، وتسمى أيضًا الصواريخ المتجانسة ، والصواريخ متعددة الأطوار. كما يوحي الاسم ، هناك عدة مراحل تحدث بالتسلسل.
- إذا أخذنا في الاعتبار نوع الوقود ، فسنجد صواريخ وقود صلب، حيث يتم خلط المؤكسد والوقود في الحالة الصلبة في غرفة الاحتراق ، وصواريخ الوقود السائل. هذا الأخير يتميز بأن المؤكسد والوقود الدافع يتم تخزينهما خارج الغرفة.
على مر التاريخ ، كانت هناك صواريخ مهمة لأنها أرسلت البشر بنجاح إلى الفضاء. نشير إلى ما يلي:
- Vostok-K 8K72K ، هذا هو أول صاروخ مأهول. تم تصنيعه في روسيا وكان مسؤولاً عن جعل يوري غاغارين أول شخص يصل إلى الفضاء.
- أطلس LV-3B. اجعل جون جلين أول صاروخ أمريكي يصل إلى مدار الأرض.
- زحل الخامس، الصاروخ الذي نقل نيل أرمسترونج ومايكل كولينز وباز ألدرين إلى القمر.
يُطلق على الجهاز الناري الذي يحتوي على أنبوب بارود اسم الصاروخ. يوجد فتيل في أسفل الأسطوانة: عند إشعاله، يحترق ويستهلك الغاز، مما يؤدي إلى ارتفاع الصاروخ بسرعة عالية جدًا حتى ينفجر في الهواء محدثًا دويًا هائلاً. إذا كنت مهتمًا بالصواريخ، فقد ترغب أيضًا في معرفة المزيد عن تحديات استكشاف الفضاء التي نواجهها حاليًا.
كيف يعملون
على الرغم من أن مبدأ عمل الصواريخ الفضائية معقد، إلا أنه مماثل لمبدأ عمل أقدم صواريخ البارود، والتي نعرفها منذ عام ١٢٣٢. وقد ورد ذكرها في بعض سجلات الدفاع عن عاصمة مقاطعة خنان في القرن الثالث عشر. وفي وقت لاحق، أدخل العرب الصواريخ إلى أوروبا في القرنين الخامس عشر والسادس عشر، لكنها استُخدمت كأسلحة نارية في جميع أنحاء القارة حتى اختفت في القرن التاسع عشر.
تتبع الصواريخ الفضائية أساسًا قانون نيوتن الثالث ، مبدأ الفعل ورد الفعل. في الأساس ، يستخدمون محرك احتراق داخلي لتوليد الطاقة الحركية اللازمة لتمدد الغاز.
ينتج عن الاحتراق الكيميائي قوة هائلة تدفع الهواء إلى الأسفل بقوة جبارة ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. بعبارة أخرى، يدفع الهواء الصاروخ إلى الأسفل بنفس قوة الضغط التي يبذلها الغاز. عند انبعاث الغاز، لا تقتصر الطاقة الناتجة عن هذه العملية على رفع الصاروخ فحسب، بل تمكنه أيضًا من بلوغ سرعات عالية جدًا. تشبه هذه الآلية المبادئ التي تحكم حركة الكويكبات في الفضاء.
صواريخ الوقود السائل
بدأ تطوير الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل في عشرينيات القرن العشرين. وقد بنى مركز غودارد أول صاروخ يعمل بالوقود السائل وأطلقه عام ١٩٢٦ بالقرب من أوبورن، ماساتشوستس. وبعد خمس سنوات، بُني أول صاروخ ألماني يعمل بالوقود السائل بمبادرة خاصة. وفي أواخر عام ١٩٣٢، أطلق الاتحاد السوفيتي أولى صواريخه.
كان أول صاروخ يعمل بالوقود السائل ناجحًا على نطاق واسع هو الصاروخ التجريبي الألماني V-2، الذي صُمم خلال الحرب العالمية الثانية تحت إشراف خبير الصواريخ فيرنر فون براون. أُطلق V-2 لأول مرة من قاعدة بينيمونده البحثية في جزيرة أوزيدوم في 3 أكتوبر 1942. في الجيل الأول من الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، كان المخروط الأمامي هو الجزء الذي يحمل الحمولة، والتي قد تكون رأسًا حربيًا أو جهازًا علميًا.
يحتوي الجزء القريب من الرأس عادةً على أجهزة توجيه ، مثل الجيروسكوبات أو البوصلات الجيروسكوبية أو مستشعرات التسارع أو أجهزة الكمبيوتر. يوجد أدناه خزانان رئيسيان: أحدهما يحتوي على وقود والآخر يحتوي على مادة مؤكسدة. إذا لم يكن حجم الصاروخ كبيرًا جدًا ، فيمكن توجيه كلا المكونين إلى المحرك عن طريق الضغط على خزان الوقود الخاص به باستخدام القليل من الغاز الخامل.
بالنسبة للصواريخ الكبيرة، تُعدّ هذه الطريقة غير عملية لأن خزان الوقود سيكون أثقل بكثير. لذلك، في الصواريخ الكبيرة التي تعمل بالوقود السائل، يتم تحقيق الضغط باستخدام مضخة تقع بين خزان الوقود ومحرك الصاروخ . ونظرًا لأن كمية الوقود التي يجب ضخها كبيرة جدًا (على الرغم من أن صاروخ V-2 يستهلك 127 كيلوغرامًا من الوقود في الثانية)، فإن المضخة اللازمة هي مضخة طرد مركزي عالية السعة تعمل بتوربين غازي.
جهاز يتكون من توربين ووقودها ومضخة ومحرك وجميع المعدات ذات الصلة يشكل محرك صاروخ يعمل بالوقود السائل. مع ظهور رحلات الفضاء المأهولة ، تغيرت الحمولة وظهر عدد من الصواريخ ، مثل Mercury و Gemini و Apollo. أخيرًا ، من خلال مكوك الفضاء ، يتم دمج الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل وحمولته في وحدة واحدة.
