რაკეტული ძრავა

რაკეტული ძრავა (რძ) — რაკეტებისათვის განკუთვნილი რეაქტიული ძრავა, რომელიც თავისი მუშაობისათვის არ საჭიროებს ატმოსფერულ ჰაერს. იგი ნიუტონის მესამე კანონის შესაბამისად წარმოქმნის წევას რეაქტიული მასის უკუმიმართულებითა და მაღალი ტემპერატურის აირის მაღალსიჩქარიანი ჭავლით, რომელიც წარმოიქმნება რაკეტული საწვავის წვის შედეგად. რაკეტული ძრავა წარმოადგენს კოსმონავტიკაში გამოყენებული ძრავების ძირითად ტიპს. რაკეტის ძრავებს, უმეტესი წვის ძრავებისგან განსხვავებით აქვთ საკუთარი მჟანგავი, ამიტომ რაკეტის ძრავების გამოყენება შესაძლებელია ვაკუუმში, რის გამოც მათ შეუძლიათ მიაღწიონ დიდ სიჩქარეებს, რომელებიც აღემატება მეორე კოსმოსურ სიჩქარეს. 

სახეობები
რეაქტიული ჭავლის კინეტიკურ ენერგიად გარდაქმნილი ენერგიის სახეობის მიხედვით განასხვავებენ რაკეტული ძრავას შემდეგ სახეობებს: ქიმიურ რაკეტულ ძრავას (ქრძ), ატომურ რაკეტულ ძრავას (არძ) და ელექტრულ რაკეტულ ძრავას (ერძ). 

რაკეტულსა და კოსმოსურ ტექნიკაში გამოყენეების ხასიათის მიხედვით რაკეტული ძრავები არის: სამარშო (რაკეტის ძირითადი ძრავები, რომლებიც ანიჭებენ მას, მაგალითად კოსმოსურ სიჩქარეს), მმართველი, სამუხრუჭო, მაკორექტირებელი, საორიენტაციო, მასტაბილიზებელი და სხვა; ავიაციაში რაკეტულ ძრავებს იყენებენ ძირითად და დამხმარე (სასტარტო, მაჩქარებელ) ძრავებად.

ქიმიური რაკეტული ძრავები

ყველაზე მეტად გავრცელდა ქიმიური რაკეტული ძრავები, ე. ი. ქიმიური რაკეტული საწვავით მომუშავე რაკეტული ძრავა. სხვადასხვა ტიპის ქიმიური რაკეტული ძრავების პრინციპული სქემები და მუშაობის პროცესები პრაქტიკულად ერთმანეთის ანალოგიურია. ყოველი მათგანი შეიცავს ძირითად აგრეგატს, რომელშიც შედის წვის კამერა და რეაქტიული საქშენი. მცირე გამონაკლისის გარდა ყველა ქიმიური რაკეტული ძრავა მუშაობს უწყვეტი რეჟიმით, ხოლო აირების წნევა წვის კამერაში ძრავას მუშაობის პროცესში დაახლოებით მუდმივია. საწვავის აგრეგატული მდგომარეობის მიხედვით განასხვავებენ თხევადსაწვავიან რაკეტულ ძრავას (თრძ), მყარსაწვავიან რაკეტულ ძრავას (მრძ), ჰიბრიდული (კოიმბინირებული) საწვავით მომუშავე რაკეტულ ძრავას (ჰრძ) და სხვა; მყარსაწვავიან რაკეტულ ძრავებს, რომელიც ყველა რაკეტული ძრავას პროტოტიპია, იყენებენ სასიგნალო, საფეიერვერკო და საბრძოლო რაკეტების გასააშვებად აგრეთვე კოსმონავტიკაში. მისი ღირსებებია: საიმედოობა და ექსპლუატალციის სიმარტივე, მუდმივი სამოქმედო მზადყოფნა ხანგრძლივი შენახვის პირობებში; ნაკლია საუკეთესო თხევადსაწვავიან რაკეტულ ძრავებთან შედარებით ნაკლები ეფექტურობა, რეაქტიული წევის სიდიდისა და მიმართულების რეგულირების სიძნელე და, როგორც წესი, გამოყენების ერთგზისობა. მყარსაწვავიან რაკეტულ ძრავას შეუძლია განავითაროს მყარსაწვავიანი რაკეტული ძრავისათვის სარეკორდო წევა, მისი კუთრი იმპულსი აღწევს 2.5-3 კნ·წმ/კგ. 

თანამედროვე რაკეტული ძრავებიდან ყველაზე სრულყოფილია თხევადსაწვავიანი რაკეტული ძრავები, რომლებსაც აქვთ რამდენიმე რთული ავტომატური სისტემა (ამუშავებისა და გაჩერების, წევისა და საწვავის კომპონენტების ხარჯვის რეგულირებისა, წევის ვექტორის მართვისა და სხვა). ცალკეული თხევადსაწვავიანი რაკეტული ძრავების მაქსიმალური წევა დაახლოებით 10 მეგნ-ია, კუთრი იმპულსი — 4.5 კნ·წმ/კგ. ჰიბრიდულ რაკეტულ ძრავებში ერთდროულად იყენებენ საწვავის თხევადსა და მყარ კომპონენტებს, მასში მიმდინარეობს საწვავის ე. წ. ჰეტეროგენული წევა.

ატომური რაკეტული ძრავები

ატომურ რაკეტულ ძრავა ბირთვული ენერგიით მომუშავე რაკეტული ძრავაა. მიმდინარეობს მუშაობა ასეთი ძრავას შესაქმნელად კოსმოსური რაკეტებისათვის. ატომური რაკეტული ძრავას ყველაზე პერსპექტიული მუშა სხეულია წყალბადი. გათხევადებული წყალბადი ტუმბოს მიერ შექმნილი წნევით რეზერვუარიდან მიდის ბირთვულ რეაქტორში, სადაც ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის შედეგად გამოყოფილი სითბოს ხარჯზე აირად მდგომარეობაში გადადის და 2000-2500°C-მდე ცხელდება. წნევიანი გაცხელებული წყალბადი რეაქტორიდან საქშენში ხვდება, ფართოვდება და წნევისა და რეაქტორში მიღებული სითბოს ხარჯზე კოსმოსურ სივრცეში გამოიტყორცნება. ჭავლის გამოტყორცნისას რაკეტაზე მოქმედებს წევის ძალა, რომელიც მას ჭავლის საწინააღმდეგო მიმართულებით ამოძრავებს. გაცხელებული წყალბადის ნაწილი გადადის აირის ტურბინაში, რომელიც ტუმბოს ამუშავებს; აირის ტურბინიდან გამოსული წყალბადი დამხმარე საქშენიდან კოსმოსურ სივრცეში გამოიტყორცნება და ქმნის დამატებით წევის ძალას. განხილული ტიპის ატომური რაკეტული ძრავას მუშაობა შემოწმებულია სპეციალურ პოლიგონებზე სტაციონარულ პირობებში. რეაქტიული წევის ძალა მით უფრო მეტია, რაც უფრო ნაკლებია საქშენიდან გამოტყორცნილი მუშა სხეულის მოლეკულური წონა. ქიმიური სათბობით მოქმედი ჩვეულებრივი რაკეტული ძრავებისათვის ერთ-ერთი საუკეთესო მუშა სხეულია ჟანგბადისა და წყალბადის ქიმიური შეერთების შედეგად წარმოქმნილი წყლის ორთქლი, რომლის მოლეკულური წონა უდრის 18. ვინაიდან წყალბადის მოლეკულური წონა 2-ს უდრის, სხვა თანაბარ პირობებში ჩვეულებრივ ქიმიური რაკეტულ ძრავასთან შედარებით ატომური რაკეტული ძრავას მეტი წევის ძალის შექმნა შეუძლია. კოსმოსური ატომური რაკეტული ძრავას პრაქტიკული გამოყენება უახლოესი მომავლის საქმეა. დედამიწის ზედაპირიდან გაშვების მომენტში ატომურმა ძრავამ შეიძლება გარემოს რადიოაქტიური გაჭუჭყიანება გამოიწვიოს; ამის გამო ითვალისწინებენ რაკეტის მხოლოდ მეორე ან მესამე საფეხურის აღჭურვას ატომური რაკეტული ძრავათი, ასეთი რაკეტის პირველი საფეხური, თანამედროვე კოსმოსური რაკეტის მსგავსად, იმუშავებს ქიმიური სათბობით. როდესაც რაკეტა დედამიწას დაახლოებით 1500 კმ დაშორდება, ჩაირთვება ატომური რაკეტული ძრავა, რომელიც უზრუნველყოფს რაკეტის შემდგომ მოძრაობას. ვინაიდან ამუშავებამდე ატომური ძრავა უსაფრთხოა, ატომურძრავიანი საფეხურის მქონე რაკეტა დედამიწიდან ჩვეულებრივი რაკეტის მსგავსად გაიშვება. თუ ატომური რაკეტული ძრავას ამუშავების შემდეგ თავს იჩენს რაიმე უწესივრობა და რაკეტა დედამიწაზე დაიწყებს ვარდნას, ატმოსფეროს მკვრივ ფენებში შესვლისას იგი დიდ სიმაღლეზე მთლიანად დაიწვება და ვერ შეძლებს რაიმე ზიანის მოტანას.

ელექტრული რაკეტული ძრავები

ელექტრულ რაკეტულ ძრავაში მუშა სხეული ელექტრული ენერგიის მეშვეობით ძლიერ დიდი სიჩქარით გამოედინება, რაც შეუძლებელია ჩვეულებრივი ქიმიური ენერგიით მომუშავე რაკეტულ ძრავაში. ელექტრული რაკეტული ძრავას დამახასიათებელია მეტად მაღალი კუთრი იმპულსი, ელექტრომალური დანადგარის დიდი ფარდობითი წონა (უმთავრესად მაშინ როცა ძრავა ატომურრეაქტორიანია). ელექტრული რაკეტული ძრავას გამოყენება შეიძლება მხოლოდ კოსმოსური რაკეტის ზედა საფეხურზე პირველი კოსმოსური სიჩქარის მინიჭების შემდეგ. ელექტრული რაკეტული ძრავამ რაკეტის მეშვეობით რომ მეორე კოსმოსური სიჩქარე განავითაროს, რამდენიმე თვე უნდა იმუშაოს. შექმნილია ექსპერიმენტული, ელექტროთერმული, ელექტრომაგნიტური, ელექტროსტატიკური, იონური ელექტრული რაკეტული ძრავები. სსრკ-ში „ზონდის“ სერიის ავტომატურ საპლანეტათშორისო სადგურებში და „კოსმოსის“ სერიის დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებზე მიმდინარეობდა ელექტრული რაკეტული ძრავას გამოცდა.

პლაზმური რაკეტული ძრავები

რაკეტული ძრავა, რომელშიც მუშა სხეული ღებულობს აჩქარებას, როცა იგი პლაზმის მდგომარეობაშია. მუშა სხეულის გამოდინების სიჩქარე, რომელიც მას პლაზმის ძრავაში აქვს, გაცილებით უფრო მაღალია, ვიდრე ჩვეულებრივი აირდინამიკული (ქიმიური ან თბური) ძრავების ზღვრული სიჩქარე. გამოდინების სიჩქარის გაზრდა მუშა ეულის ნაკლები ხარჯის პირობებში იძლევა მოცემული წევის მიღების შესაძლებლობას, რაც ამსუბუქებს რაკეტული სისტემის მასას. საბჭოთა და ამერიკულ კოსმოსურ საფრენ აპარატებში იყენებენ პლაზმურ ელექტრორეაქტიულ ძრავებს ასეთ პლაზმურ ძრავების მუშა სხეულში ატარებენ ენერგიის ბორტული წყაროდან მიღებულ ელექტროდენს, რის შედეგად იქმნება ათეულ ათასობით გრადუსი ტემპერატურის მქონე პლაზმა. შემდგომ პლაზმას ანიჭებენ აჩქარებას ან აირდინამიკურად, ან ამპერის ძალის ხარჯზე (ეს ძალა წარმოიქმნება დენისა და მაგნიტური ველის ურთიერთქმედებისას).

ფოტონური რაკეტული ძრავები

თეორიულად ზღვრული შესაძლებლობების მქონე რძ-ა ფოტონური (კვანტური) რძ, რომელშიც რეაქტიული ჭავლი წარმოიქმნება გამოსხივების კვანტებით. ფოტონური რაკეტული ძრავას (ფრძ) გამოყენების შესაძლო სფეროა ვარსკვლათშორისი ფრენა.

ლიტერატურა

რესურსები ინტერნეტში
Designing for rocket engine life expectancy
Rocket Engine performance analysis with Plume Spectrometry
Rocket Engine Thrust Chamber technical article
Net Thrust of a Rocket Engine calculator 
Design Tool for Liquid Rocket Engine Thermodynamic Analysis
Rocket & Space Technology - Rocket Propulsion
The official website of test pilot Erich Warsitz (world's first jet pilot) which includes videos of the Heinkel He 112 fitted with von Braun's and Hellmuth Walter's rocket engines (as well as the He 111 with ATO Units)