موضوع مقاله: موتور اصلی شاتل فضایی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # موتور اصلی شاتل فضایی | مقدمه: این سه موتور به همراه موشک‌های سوخت جامد نیروی پیشرانهٔ لازم برای شاتل را هنگام صعود ایجاد می‌کنند. | ## بخش 1: موتور اصلی شاتل فضایی | این سه موتور تا ۸٫۵ دقیقه بعد از پرتاب نیز فعال هستند که در این زمان شاتل به تدریج از جو زمین خارج می‌گردد. پس از جدا شدن موشک‌های سوخت جامد، موتورهای اصلی هستند، که شتاب لازم را برای تغییر سرعت از ۴۸۲۸ کیلومتر بر ساعت (حدود ۳۰۰۰ مایل بر ساعت) به ۲۷۳۵۸ کیلومتر بر ساعت (۱۷۰۰۰ مایل در ساعت)، در زمان ۶ دقیقه برای رسیدن به مدار تأمین می‌کنند. هنگامی که شاتل شروع به شتاب گرفتن می‌کند، موتورهای اصلی حدود نیم میلیون گالون سوخت مایع که توسط مخزن خارجی تأمین می‌شود، را می‌سوازنند. این موتورها از هیدروژن مایع (دومین مایع سرد روی زمین با دمای ۴۲۳- درجهٔ فارنهایت (۲۵۲- درجهٔ سلسیوس به عنوان سوخت و اکسیژن مایع را به عنوان اکسیدکننده استفاده می‌کنند. تاریخچه در سال ۱۹۶۹ ناسا تصمیم به طراحی وسیله‌ای با قابلیت ارسال چندباره به فضا گرفت و بدین منظور چهار بودجهٔ ۳۰۰ هزار دلاری اختصاص داد. این مبالغ در اختیار ۴ شرکت جنرال داینامیکس، لاکهید، مکدانل داگلاس و نورث آمریکن راکول قرار گرفت. هدف طراحی وسیلهٔ پرتاب دو مرحله‌ای بود، که از سوخت هیدروژن مایع و اکسیژن مایع استفاده کند. بعد از آن فاز دوم (فاز طراحی موتور) آغاز شد و کمک‌های مالی‌ای به سه شرکت ایروت، پرت اند ویتنی و راکتداین ارائه شد تا موتورهای اصلی فضاپیما را طراحی کنند. این موتور می‌بایست، قابلیت انجام ۵۵ مأموریت را پیش از اورهال داشته باشد، زمانی در حدود هفت ساعت و نیم. موتور تولیدی باید ۲۲۰۰ کیلونیوتون تراست ایجاد می‌کرد و از پیکربندی احتراق چند مرحله‌ای بهره می‌جست. فشار داخلی موتور با توجه به طراحی آن به ۲۰ مگاپاسکال می‌رسید که ۵ برابر موتورهای استفاده‌شده در موشک‌های مأموریت‌های آپولو بود. برای کنترل موتور یک سیستم احتراق اولیه در نظر گرفته شده بود که قدرت موتور را بین ۵۰٪ تا ۱۰۹٪ تنظیم می‌کرد. تمامی امکانات، سیستم‌های تشخیصی و جلوگیری از حادثه در صورت خرابی با استفاده کنترل‌کنندهٔ دیجیتال موتور اصلی روی مدارگرد هر لحظه بررسی می‌شد و این برای نخستین‌بار بود که در موتورهای فضاپیما از این فناوری استفاده می‌شد. با درنظرگرفتن سیستم احتراق چند مرحله‌ای نیاز بود که فشار هیدروژن مایع و اکسیژن مایع به میزانی بسیار بالاتر از حد معمول برسند و تکنولوژی جدیدی را می‌طلبید. در طول سی سال گذشته اصلاحات و تغییرات زیادی در ساختار این موتورها انجام شده تا کارایی و عمر آن‌ها را افزایش دهد و از وزن آن‌ها بکاهد. اکسیژن مایع از طریق دریچهٔ مشترک مخزن خارجی و مدارگرد وارد شده و به خط انتقال اکسیژن در داخل مدارگرد متصل می‌شود. در هر شاخه باید یک شیر اولیه باز شود که اجازهٔ جریان یافتن به توربوپمپ اکسیدکننده کم فشار بدهد. توربوپمپ کم‌فشار اکسیدکننده توربوپمپ کم‌فشار اکسیدکننده، یک پمپ محوری است که با ۶ توربین قدرت‌گرفته از اکسیژن مایع کار می‌کند. پمپ کم‌فشار گردشی بالغ بر ۵۱۰۰ دور در دقیقه دارد و به موشک‌های پیشرانه متصل است درحالی که از پشت توسط مدارگرد پشتیبانی می‌شود. | ## بخش 2: موتور اصلی شاتل فضایی | توربوپمپ پرفشار اکسیدکننده این وسیله از دو پمپ گریز از مرکز (یک پمپ اصلی و یک پمپ کمکی) بر روی میله‌ای که توربین‌های گاز داغ نصب هستند، قرار گرفته‌است. پمیپ اصلی فشار اکسیژن را از به می‌رساند، در حالی که با ۲۸۱۲۰ دور در دقیقه در حال کار است. سپس این گازهای خروجی از پمپ وارد یک راه چند بخشی می‌شود که یکی به توربین پمپ کم‌فشار می‌رسد. مقدار کمی از آن هم از طریق لوله‌ای باریک به مبدل گرمایی اکسیدکننده انتقال می‌یابد. برای جلوگیری از خرابی سیستم مبدل گرمایی، شیر هوشمندی در این قسمت تعبیه‌شده‌است که تا زمان رسیدن دمای مناسب مانع ورود اکسیژن مایع به مبدل می‌شود. مبدل، گرمای گازهای خروجی پمپ پرفشار را استفاده کرده و اکسیژن مایع را به حالت گاز درمی‌آورد. این گاز توسط لوله‌های مقاوم به مخزن خارجی انتقال پیدا می‌کند تا فشار لازم در مخزن هیدروژن مایع را تأمین کنید. راه دیگر وارد پمپ کمکی (پیش‌سوزاننده) می‌شود تا فشار کافی اکسیژن مایع را تأمین کند. این راه سپس از شیر پیش‌سوزانندهٔ اکسیدکننده عبور کرده و وارد خود پیش‌سوزاننده می‌شود. وسط|500px|اجزای اصلی موتور اصلی سوخت سوخت از طریق شیر لولهٔ انتقال سوخت وارد مدارگرد شده و سپس توسط این لوله به سه شاخه تقسیم می‌شود که هر شاخه وارد یکی از موتورها می‌شود. در هر شاخه شیری وجود دارد که اجازه می‌دهد مقداری از سوخت وارد توربوپمپ کم‌فشار سوخت شوند، البته زمانی که این شیرها باز باشند. توربوپمپ کم‌فشار سوخت توربوپمپ کم‌فشار سوخت، پمپی محوری با توربینی دو مرحله‌ای است. وظیفهٔ آن تنظیم فشار اکسیژن مایع از به است و از توربو پمپ پرفشار سوخت پشتیبانی می‌کند. در زمانی که موتور مشغول به کار است، تنظیم فشار به وجود آمده توسط پمپ کم‌فشار سوخت باعث می‌شود که توربوپمپ پرفشار بدون نقص در سرعت بالا مورد استفاده قرار بگیرد. این پمپ نیز به دریچهٔ سوخت مخزن خارجی متصل است و در عین حال توسط بدنهٔ مدارگرد پشتیبانی می‌شود. توربوپمپ پرفشار سوخت توربوپمپ پرفشار سوخت، پمپ گریز از مرکزی سه مرحله‌ای است، که با یک توربین گاز داغ دومرحله‌ای کار می‌کند. مسیر اول به سمت پوستهٔ اتاقک اصلی احتراق می‌رود، که در آنجا هیدروژن مایع برای خنک کردن دیوارهای اتاقک مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس از آن هیدروژن به سوی توربوپمپ کم‌فشار سوخت روانه می‌شود و توربین پمپ را به حرکت درمی‌آورد. قسمتی کوچکی از خروجی پمپ به سوی مخزن خارجی هدایت می‌شود تا فشار مخزن را ثابت نگاه دارد. | ## بخش 3: موتور اصلی شاتل فضایی | باقی ماندهٔ هیدروژن از دیواره‌های خارجی و داخلی می‌گذرد تا میلهٔ اصلی گازهای داغ را خنک کند و سپس وارد اتاقک اصلی احتراق شود. در پایان این میزان هیدروژن مایع به سوی مسیر سومی هدایت می‌شود که مستقیم وارد پیش‌سوزانندهٔ سوخت و اکسیدکننده شوند. توربوپمپ پرفشار سوخت اندازه‌ای ۲۲×۴۴ اینچی دارد و با گیره‌هایی به میلهٔ اصلی گازهای داغ متصل است. پیش‌سوزاننده‌های سوخت و اکسیدکننده پیش‌سوزاننده‌های سوخت و اکسیدکننده به میلهٔ اصلی گازهای داغ متصل هستند. سوخت و اکسیدکننده به پیش‌سوزاننده‌ها وارد و ترکیب شده که نتیجهٔ آن احتراقی بهینه است. جرقه‌سازهای دوتایی، توسط کنترل‌کنندهٔ موتور هنگام روشن شدن آن فعال می‌شوند تا در پیش‌سوزاننده‌ها احتراق ایجاد کنند. آن‌ها پس از سه ثانیه خاموش می‌شوند زیرا پس از آن عملیات احتراق خودبه‌خود انجام می‌گیرد. پیش‌سوزاننده‌ها گازهای داغ پر از سوخت را به وجود می‌آورند که از توربین‌ها عبور کرده و برق مورد نیاز توربوپمپ‌ها پرفشار را تأمین می‌کنند. شیرها سرعت توربین‌های توربوپمپ پرفشار سوخت و اکسیدکننده به میزان باز و بسته بودن شیرهای پیش‌سوزاننده‌های سوخت و اکسیدکننده بستگی دارد. این شیرها توسط کنترل‌کنندهٔ موتور قرار داده می‌شوند، که با این کار میزان جریان اکسیژن مایع، در نهایت میزان تراست را تعیین می‌کند. شیرهای پیش‌سوزاننده‌های سوخت و اکسیدکننده جریان اکسیژن مایع را کم و زیاد می‌کنند، که همین فشار موجود در اتاق پیش‌سوزاننده، سرعت توربین‌های توربوپمپ پرفشار سوخت و اکسیدکننده و جریان اکسیژن مایع و گاز هیدروژن به اتاقک احتراق را تغییر می‌دهد. شیرهای پیش‌سوزاننده‌های سوخت و اکسیدکننده برای تنظیم موتور و ثابت نگه داشتن نسبت ۱ به ۶ سوخت با یکدیگر کار می‌کنند. شیر اصلی اکسیدکننده و شیر اصلی سوخت جریان اکسیژن و هیدروژن مایعی که باید وارد موتور شوند را تعیین می‌کنند. شیر کنترل‌کنندهٔ خنک‌کننده روی لولهٔ انتقال خنک‌کنندهٔ حرارت یک شیر کنترل قرار داده شده‌است، کنترل‌کنندهٔ موتور، میزان گاز هیدروژن مورد استفاده در چرخهٔ خنک‌کنندهٔ نازل را زیر نظر دارد. پس از روشن شدن موتورها و در حال کارکرد ۱۰۰ درصد آن‌ها نیز این شیر ۱۰۰٪ بازمی‌ماند. اتاقک احتراق هر اتاقک احتراق موتور از میله‌های گازهای داغ، گازهای داغ پر از سوخت را دریافت می‌کند. در وسط تزریق‌کننده جرقه‌زن قرار گرفته که تا ۳ ثانیه پس از روشن شدن موتور کار می‌کند. | ## جمع‌بندی | این تصمیم به علت وقایع گذشته و اتفاقات مأموریت‌ها پس از جدا شدن قسمت‌هایی از نازل، انجام گرفته‌است.