స్క్రామ్‌జెట్

స్క్రామ్‌జెట్ (సూపర్‌సోనిక్ కంబషన్ ర్యామ్‌జెట్) అనేది ర్యామ్‌జెట్ ఎయిర్ బ్రీతింగ్ జెట్ ఇంజినులో ఒక రకం. దీనిలో వాయువులు సూపర్‌సోనిక్ వేగంతో ప్రవహిస్తూండగా ఆ ప్రవాహంలో దహనం జరుగుతుంది. ర్యామ్‌జెట్‌ లాగానే ఇది కూడా దహనానికి ముందు వచ్చే గాలిని కంప్రెస్ చేసేందుకు వాహన వేగంపై ఆధారపడుతుంది (అందుకే ర్యామ్ జెట్ అనే పేరు) తప్ప ప్రత్యేకంగా కంప్రెసరేమీ ఉండదు. అయితే ర్యామ్‌జెట్‌, షాక్ కోన్‌లను ఉపయోగించి దహనానికి ముందు, గాలిని సబ్‌సోనిక్ వేగాలకు తగ్గిస్తుంది. స్క్రామ్‌జెట్‌లో ఆ షాక్ కోన్ ఉండదు. దాని స్థానంలో దాని జ్వలన మూలం నుండి ఉత్పత్తి అయిన షాక్‌వేవ్‌లను ఉపయోగించి గాలి ప్రవాహాన్ని నెమ్మదింపజేస్తుంది. దీనివలన స్క్రామ్‌జెట్, అత్యంత అధిక వేగాల వద్ద సమర్థవంతంగా పనిచేయడానికి వీలు కలుగుతుంది.

చరిత్ర

2000లలో పురోగతి 

2009 మే 22 న, HIFiRE (హైపర్‌సోనిక్ ఇంటర్నేషనల్ ఫ్లైట్ రీసెర్చ్ ఎక్స్‌పెరిమెంటేషన్)లో హైపర్‌సోనిక్ ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్ మొదటి టెస్ట్ ఫ్లైట్‌ను ఆస్ట్రేలియా లోని వూమెరా వద్ద విజయవంతమైన నిర్వహించారు. ఈ ప్రయోగం, వారు తలపెట్టిన మొత్త పది పరీక్ష ఫ్లైట్‌లలో ఒకటి. డిఫెన్స్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ ఆర్గనైజేషను, అమెరికా వైమానిక దళాల మధ్య సంయుక్త పరిశోధన కార్యక్రమంలో భాగంగా ఈ విమానాల శ్రేణిని తలపెట్టారు. వీటికి HIFiRE అని పేరు పెట్టారు.  HIFiRE హైపర్‌సోనిక్స్ టెక్నాలజీని, అధునాతన స్క్రామ్‌జెట్-ఆధారిత అంతరిక్ష ప్రయోగ వాహనాలలో వాడేందుకు పరిశీలిస్తున్నారు; కొత్త బోయింగ్ X-51 స్క్రామ్‌జెట్ డెమోన్‌స్ట్రేటర్‌కు మద్దతివ్వడమే దాని లక్ష్యం. అదే సమయంలో సత్వర ప్రతిచర్యగా అంతరిక్ష ప్రయోగం చేపట్టడం, హైపర్‌సోనిక్ సత్వర దాడి "క్విక్-స్ట్రైక్" ఆయుధాల కోసం ఫ్లైట్ టెస్ట్ డేటాను నిర్మించడం ఇతర లక్ష్యాలు.

2010 లలో పురోగతి 
2010 మార్చి 22, 23 లలో, ఆస్ట్రేలియా, అమెరికా రక్షణ శాస్త్రవేత్తలు HIFiRE హైపర్‌సోనిక్ రాకెట్‌ను విజయవంతంగా పరీక్షించారు. ఇది దక్షిణ ఆస్ట్రేలియాలోని వూమెరా టెస్ట్ రేంజ్ నుండి బయలుదేరి "గంటకు 5,000 కిలోమీటర్ల కంటే ఎక్కువ" (మ్యాక్ 4) వాతావరణ వేగాన్ని చేరుకుంది.  

2010 మే 27న, నాసా, అమెరికా వైమానిక దళం X-51A Waveriderని దాదాపు 200 సెకన్ల పాటు మ్యాక్ 5 వద్ద విజయవంతంగా నడిపాయి.హైపర్‌సోనిక్ ఎయిర్‌స్పీడ్‌లో విమాన వ్యవధి కోసం కొత్త ప్రపంచ రికార్డును నెలకొల్పింది.  వేవ్‌రైడర్ తెలియని కారణంతో త్వరణాన్ని కోల్పోయే ముందు స్వయంప్రతిపత్తితో ఎగిరింది. ప్రణాళిక ప్రకారం తనను తాను నాశనం చేసుకుంది. పరీక్ష విజయవంతమైందని ప్రకటించారు. X-51A ను ఒక B-52 మీద తీసుకువెళ్ళి, రాకెట్ బూస్టర్ ద్వారా మ్యాక్ 4.5 వేఘాన్ని అందించారు. ఆపై ప్రాట్ & విట్నీ రాకెట్‌డైన్ స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌ను మండించి మ్యాక్‌ 5 వేగాన్ని సాధించారు.  అయితే, 2011 జూన్ 13 న చేసిన రెండవ విమాన ప్రయోగం విఫలమైంది. 

2010 నవంబరు 16 న, ఆస్ట్రేలియన్ డిఫెన్స్ ఫోర్స్ అకాడమీలోని న్యూ సౌత్ వేల్స్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఆస్ట్రేలియన్ శాస్త్రవేత్తలు, సహజంగా మండే స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌లో అధిక-వేగవంతమైన ప్రవాహాన్ని పల్సెడ్ లేజర్ మూలాన్ని ఉపయోగించి మండించవచ్చని విజయవంతంగా నిరూపించారు.

2012 ఆగస్టు 15 న చేసిన మరో X-51A Waverider పరీక్ష విఫలమైంది. 

2013 మేలో, సిబ్బంది లేని X-51A వేవ్‌రైడర్ స్క్రామ్‌జెట్ పవర్ కింద మూడు నిమిషాల ఫ్లైట్ సమయంలో 4828 కిమీ/గం (మ్యాక్3.9) వేగాన్ని అందుకుంది.  ఎత్తు వద్ద వేవ్‌రైడర్‌ను B-52 బాంబరు నుండి జారవిడిచారు. ఆపై వేవ్‌రైడర్ లోని స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌ను స్టార్ట్ చెయ్యడానికి ముందే, ఘన రాకెట్ బూస్టర్ ద్వారా దాని వేగాన్ని మ్యాక్ 4.8 వరకు పెంచారు. 

2016 ఆగస్టు 28 న, భారతీయ అంతరిక్ష సంస్థ ఇస్రో, రెండు-దశల, ఘన-ఇంధన రాకెట్‌పై స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌ను విజయవంతంగా పరీక్షించింది. ISRO వారి అధునాతన సౌండింగ్ రాకెట్ అయిన అడ్వాన్స్‌డ్ టెక్నాలజీ వెహికల్ (ATV) అనే రెండు-దశల, ఘన-ఇంధన సౌండింగ్ రాకెట్ రెండవ దశ వీపుకు జంట స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజన్లను అమర్చారు. ATV 7350 కి.మీ./గం (మ్యాక్6) వేగాన్ని సాధించిన తరువాత, 20 కి.మీ.ఎత్తున, రాకెట్ రెండవ దశలో ఉన్న జంట స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజన్లను మండించారు. స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌లను దాదాపు 5 సెకన్ల పాటు మండించారు.

భారతదేశం 2019 జూన్ 12 న, బంగాళాఖాతంలోని అబ్దుల్ కలాం ద్వీపం నుండి ఉదయం సుమారు 11:25 గంటలకు హైపర్‌సోనిక్ స్పీడ్ ఫ్లైట్ పరీక్షను విజయవంతంగా నిర్వహించింది. ఈ విమానాన్ని హైపర్‌సోనిక్ టెక్నాలజీ డెమోన్‌స్ట్రేటర్ వెహికల్ అని పిలుస్తారు. భారత రక్షణ పరిశోధన అభివృద్ధి సంస్థ ఈ పరీక్ష చేపట్టింది. హైపర్‌సోనిక్ క్రూయిజ్ క్షిపణి వ్యవస్థ అభివృద్ధి కోసం దేశం చేపట్టిన కార్యక్రమంలో ఈ విమానం ఒక ముఖ్యమైన భాగం.

2020లలో పురోగతి 
2021 సెప్టెంబరు 27 న, DARPA తన హైపర్‌సోనిక్ ఎయిర్-బ్రీతింగ్ వెపన్ కాన్సెప్ట్ స్క్రామ్‌జెట్ క్రూయిజ్ క్షిపణిని విజయవంతంగా ప్రయోగించినట్లు ప్రకటించింది.  ఓవైపు ఉక్రెయిన్‌పై రష్యా దాడి జరుగుతున్న నేపథ్యంలో 2022 మార్చి మధ్యలో మరో విజయవంతమైన పరీక్ష జరిపింది. రష్యాతో ఉద్రిక్తత పెరగకుండా ఉంచడం కోసం దీని వివరాలను రహస్యంగా ఉంచారు. ఏప్రిల్ ప్రారంభంలో పేరు వెల్లడించని పెంటగాన్ అధికారి ఈ సంగతిని వెల్లడించారు.

డిజైన్ సూత్రాలు 

స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజను ఒక రకమైన జెట్ ఇంజినే. జెట్ ఇంజిను లాగానే ఇది కూడా ఇంధనాన్ని, ఆక్సిడైజరునూ గహనం చేసి థ్రస్ట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. సాంప్రదాయిక జెట్ ఇంజిన్‌ల మాదిరిగానే, స్క్రామ్‌జెట్‌తో నడిచే విమానం కూడా ఇంధనాన్ని మోసుకువెళుతుంది. ఆక్సిడైజరుగా వాతావరణం లోని ఆక్సిజన్‌ను పీల్చుకుంటుంది (రాకెట్‌లు ఇంధనాన్ని, ఆక్సీకరణ ఏజెంటును రెండింటినీ మోసుకు పోతాయి). వాతావరణం లోని గాలినే పీల్చుకునే కారణంగా స్క్రామ్‌జెట్‌లు కక్ష్య లోకి పోకుండా, భూవాతావరణం లోపల చేసే ప్రయాణాలకు మాత్రమే పనికివస్తాయి. గాలిలో ఉండే ఆక్సిజన్ పరిమాణం ఇంధన దహనానికి సరిపోతుంది.

స్క్రామ్‌జెట్‌లో మూడు ప్రాథమిక భాగాలుంటాయి. ఒకటి, కన్వర్జింగ్ ఇన్‌లెట్. లోనికి వచ్చే గాలి ఇక్కడ కంప్రెస్ అవుతుంది. రెండవది దహన యంత్రం. ఇక్కడ వాయురూపంలో ఉండే ఇంధనం వాతావరణం లోని ఆక్సిజన్‌తో మండి వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది; మూడవది డైవర్జింగ్ నాజిల్, వేడెక్కిన గాలి థ్రస్ట్‌ను ఉత్పత్తి చేసేలా ఇక్కడ వేగం పుంజుకుంటుంది. టర్బోజెట్ లేదా టర్బోఫాన్ ఇంజిన్ వంటి సాధారణ జెట్ ఇంజిన్లలో లాగా స్క్రామ్‌జెట్‌లో గాలిని కంప్రెస్ చేయడానికి ఫ్యాన్ లాంటి తిరిగే భాగాలుండవు. దానికి బదులు, వాతావరణం గుండా ప్రయాణిస్తున్న విమానం వెళ్ళే వేగమే గాలిని కంప్రెస్ చేయడానికి కారణమవుతుంది. అసలు, స్క్రామ్‌జెట్‌లో కదిలే భాగాల అవసరమే లేదు. సాధారణ టర్బోజెట్ ఇంజిన్‌లలో నైతే, బహుళ దశల్లో ఉండే కంప్రెసర్ రోటార్‌లు, బహుళ సంఖ్యలో టర్బైన్ దశలు అవసరమవుతాయి. వీటివలన ఇంజిన్‌కు బరువు, సంక్లిష్టత అధికమైపోయి, విఫలమయ్యే అవకాశాలు ఎక్కువౌతాయి. 

వాటి రూపకల్పన స్వభావం కారణంగా, స్క్రామ్‌జెట్ ఆపరేషన్ సమీప- హైపర్సోనిక్ వేగాలలో మాత్రమే  జరుగుతుంది. వాటికి మెకానికల్ కంప్రెసర్లు లేనందున, స్క్రామ్‌జెట్‌లకు ఇన్‌కమింగ్ గాలిని తగినంతగా కంప్రెస్ చేసేందుకు హైపర్‌సోనిక్ ఫ్లో యొక్క అధిక గతిశక్తి అవసరం. అందువల్ల, స్క్రామ్‌జెట్‌తో నడిచే వాహనాన్ని టర్బోజెట్, రైల్‌గన్ లేదా రాకెట్ ఇంజిన్‌ల వంటి ఇతర ప్రొపల్షన్ పద్ధతుల ద్వారా అవసరమైన వేగానికి (సుమారు మ్యాక్ 4) చేరేలా చేయడంతప్పనిసరి.  ప్రయోగాత్మక స్క్రామ్‌జెట్-శక్తితో నడిచే బోయింగ్ X-51A విమానంలో, టెస్ట్ క్రాఫ్ట్‌ను బోయింగ్ B-52 స్ట్రాటోఫోర్ట్రెస్ ద్వారా అవసరమైన ఎత్తుకు తీసుకువెళ్ళారు. రాకెట్ ద్వారా దాని వేగాన్ని మ్యాక్ 4.5 వరకూ పెంచారు. 2013 మేలో మరొక విమానం మ్యాక్ 5.1 వేగాన్ని అందుకుంది.

స్క్రామ్‌జెట్‌లు భావన పరంగా సరళమైనవి. అయితే, వాటిని నిర్మించడం తీవ్రమైన సాంకేతిక సవాళ్లతో కూడుకున్నది. వాతావరణంలో హైపర్‌సోనిక్ ఫ్లైట్‌కు అపారమైన డ్రాగ్‌ ఏర్పడుతుంది. విమానంలోను, ఇంజిన్‌లోనూ ఉష్ణోగ్రతలు చుట్టుపక్కల గాలి కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి. సూపర్సోనిక్ ప్రవాహంలో దహనాన్ని నిర్వహించడం మరొక సవాలు. ఎందుకంటే ఇంధనాన్ని ఇంజెక్ట్ చేయాలి, కలపాలి, మండించాలి, మిల్లీసెకన్లలో కాల్చేయాలి. స్క్రామ్‌జెట్ సాంకేతికత 1950ల నుండి అభివృద్ధిలో ఉండగా, ఇటీవలే స్క్రామ్‌జెట్‌లు విజయవంతంగా ఎగరగలిగాయి.

స్క్రామ్‌జెట్‌ల అనుకూలతలు, ప్రతికూలతలు

అనుకూలతలు 

 ఆక్సిజన్‌ను తీసుకెళ్లాల్సిన అవసరం లేదు
 తిరిగే భాగాలు ఏవీ ఉండవు కాబట్టి, టర్బోజెట్ కంటే సులభంగా తయారు చేయవచ్చు
 రాకెట్ ఇంజిన్ కంటే అధిక స్పెసిఫిక్ ఇంపల్స్ (ఒక యూనిట్ ప్రొపెల్లెంట్ ను మండిస్తే, మొమెంటంలో కలిగే మార్పు) కలిగి ఉంటుంది; స్పెసిఫిక్ ఇంపల్స్  1000 - 4000 సెకన్ల మధ్య ఉంటుంది. అయితే రాకెట్ ఇంజను స్పెసిఫిక్ ఇంపల్స్ సాధారణంగా 450 సెకన్లు లేదా అంతకంటే తక్కువ ఉంటుంది. 
 అధిక వేగం కారణంగా భవిష్యత్తులో బాహ్య అంతరిక్ష యాత్రలకు చౌకైన ప్రయాణ సాధనంగా పనిచేస్తుంది

ప్రతికూలతలు 

 కష్టమైన / ఖరీదైన పరీక్ష, అభివృద్ధి
 ప్రారంభ ప్రొపల్షన్ చాలా అధిక స్థాయిలో అవసరం

ముందు స్క్రామ్‌జెట్‌కు ప్రొపల్షన్ ఇవ్వాలి 
స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజనుకు సుమారు మాక్ 5 వేగాన్ని అందిస్తే తప్ప అది సమర్థవంతమైన థ్రస్ట్‌ను ఉత్పత్తి చేయదు. దాని డిజైన్‌ను బట్టి ఇది తక్కువ వేగాల వద్ద రామ్‌జెట్‌గా పని చేస్తుంది. విమానం క్షితిజసమాంతరంగా టేకాఫ్ కావడానికి సంప్రదాయికమైన టర్బోఫాన్, టర్బోజెట్ లేదా రాకెట్ ఇంజిన్‌లు అవసరం. ఆ ఇంజిన్‌లకు ఇంధనం, ఇంజన్ను అమర్చడానికి తగిన వ్యవస్థ, కంట్రోల్ వ్యవస్థలు కూడా అవసరం. టర్బోఫాన్, టర్బోజెట్ ఇంజన్లు బరువుగా ఉంటాయి. పైగా అవి మ్యాక్ 2–3 కు మించి వేగాన్ని అందుకోడం కష్టం. కాబట్టి స్క్రామ్‌జెట్ కు అవసరమైన ఆపరేటింగ్ వేగాన్ని అందుకోవడానికి మరొక ప్రొపల్షన్ పద్ధతి అవసరం. అది రామ్‌జెట్‌లు లేదా రాకెట్‌లు కావచ్చు. వాటికి మళ్ళీ స్వంత ప్రత్యేక ఇంధన సరఫరా, నిర్మాణం, వ్యవస్థలు కూడా అవసరం. ఇలా వివిధ ఇంజన్ల ప్రతిపాదనలకు బదులుగా సాలిడ్ రాకెట్ బూస్టర్లతో కూడిన మొదటి దశను వాడితే, డిజైన్‌ను చాలా సులభతరం చేస్తుంది.

కక్ష్యా వాహనాల్లో స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజన్లను వాడితే

కక్ష్యను చేరుకోవడానికి అదనపు ప్రొపల్షన్ అవసరం 
భూకక్ష్యల్లో చేరడానికి అవసరమైన వేగాన్ని ప్రస్తుతం పరీక్షల్లో ఉన్న స్క్రామ్‌జెట్‌లు అందుకోలేవు. స్క్రామ్‌జెట్‌లు దాదాపు మ్యాక్ 5–7 నుండి కక్ష్యా వేగంలో సగానికీ కక్ష్య వేగానికీ మధ్య వరకూ వేగాన్ని అందుకుంటాయి. X-30 పరిశోధన ప్రకారం, మ్యాక్17 వరకు చేరవచ్చు. భూనిమ్నకక్ష్యల్లో భ్రమించడానికి అవసరమైన వేగం మ్యాక్25. ఇతర అధ్యయనాలను బట్టి, స్క్రామ్‌జెట్ ఇంజిన్‌ గరిష్ట వేగ పరిమితి మ్యాక్10, మ్యాక్25 మధ్య ఉండవచ్చని అంచనా వేసారు. స్క్రామ్‌జెట్‌ల ద్వారా ఈ వేగం సాధించిన పేలోడ్, కక్ష్యలోకి చేరడానికి అవసరమైన తుది వేగం కోసం మరొక ప్రొపల్షన్ సిస్టమ్ అవసరం. సాధారణంగా అది రాకెట్టే అవుతుంది. స్క్రామ్‌జెట్‌ల దశ తరువాత అవసరమైన వేగంలో-పెరుగుదల (డెల్టా-V) కొద్దిగానే ఉంటుంది కాబట్టి, తక్కువ సమర్థత గల రాకెట్‌లు ఇందుకిఉ సరిపోతాయి.

సైద్ధాంతిక అంచనాల ప్రకారం స్క్రామ్‌జెట్ గరిష్ట వేగం మ్యాక్ 12 (14,000 కి.మీ/గంటకు), మ్యాక్ 21 (25,000 కి.మీ/గంటకు)ల మధ్య ఉంటుందని అంచనా. దీనితో పోలిస్తే, 200 కిలోమీటర్ల భూనిమ్నకక్ష్యలో ఉండాల్సిన కక్ష్యా వేగం 28,000 కిలోమీటర్లు/గంటకు.

రీఎంట్రీ 
నాన్-అబ్లేటివ్, నాన్-యాక్టివ్ కూలింగ్‌ని ఉపయోగించి సింగిల్-స్టేజ్-టు-ఆర్బిట్ వాహనాన్ని ఊహిస్తే, స్క్రామ్‌జెట్ వేడి-నిరోధక దిగువ భాగం దాని రీఎంట్రీ సిస్టమ్‌గా కూడా పనిచేస్తుంది. ఇంజిన్‌పై అబ్లేటివ్ షీల్డింగ్ ఉపయోగించినట్లయితే, ఒకసారి అది కక్ష్యలోకి ఎక్కిన తర్వాత ఇక ఉపయోగపడదు. ఇంధనాన్ని శీతలీకరణిగా వాడి చల్లబరచినట్లైతే, కక్ష్యలో చేరేందుకు మండించడంతో ఇంధనం అయిపోతుంది కాబట్టి ఉష్ణ రక్షణ వ్యవస్థ కోసం అవసరమైన శీతలీకరణ వ్యవస్థ పనిచెయ్యదు.

ఖర్చులు 
ఇంధనం, ఆక్సిడైజర్ల ఖరీదు చాలా తక్కువ. అంచేత వాటి పరిమాణం తగ్గినందువలన ఖర్చులు పెద్దగా ఆదా అయేది ఏమీ ఉండదు. వాస్తవానికి, స్క్రామ్‌జెట్ వాహనం ధర చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే ఏరోస్పేస్ హార్డ్‌వేర్ ధర ద్రవ ఆక్సిజన్, ఇంధనణ్ల, వాటి ట్యాంకులకయ్యే ఖర్చుల కంటే కొన్ని రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. మరల మరల ఉపయోగపడే స్క్రామ్‌జెట్‌ వాహనాలను నిర్మిస్తే, సిద్ధాంతపరంగా వ్యయంలో తగ్గుదల ఉండవచ్చు. అయితే, స్క్రామ్‌జెట్లు పనిచేసే విపరీతమైన పరిస్థితులలో ఆయా పరికరాలను అనేకసార్లు మరల మరల ఉపయోగించవచ్చా అనేది అస్పష్టంగా ఉంది. ఇప్పటివరకు చేసిన స్క్రామ్‌జెట్ పరీక్షలన్నీ స్వల్ప కాలం మాత్రమే జరిగాయి. ఒక ఫ్లైటు పరీక్ష అంటూ ఇంతవరకు జరగలేదు.

ఇవి కూడా చూడండి 

 ర్యామ్‌జెట్
 టర్బోజెట్

మూలాలు 

ఇంజన్లు