تحقیق درباره؛ طرز کار موتور موشک های فضایی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

طرز کار موتور موشک های فضایی

مقدمه:

یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا

- مشکلات گرما و حرارت

- مشکل ورود مجدد به زمین

- مکانیک مدارها

- ذرات و باقی مانده های فضا

- تابش های کیهانی و خورشیدی

- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید،  متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

● سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

تحقیق درمورد: طرز کار موتور موشک های فضایی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

طرز کار موتور موشک های فضایی

مقدمه:

یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا

- مشکلات گرما و حرارت

- مشکل ورود مجدد به زمین

- مکانیک مدارها

- ذرات و باقی مانده های فضا

- تابش های کیهانی و خورشیدی

- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید،  متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

● سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

تحقیق در مورد راکت فضایی 15 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 19

راکت فضایی

یکی از دیرینه‌ترین آرزوهای بشر در طول زمان سفر به فضا بوده است. البته سالها این موضوع آرزویی دست نیافتنی و افسانه‌ای فرض می‌شده است تا اینکه بالأخره این انسان معجزه‌گر به نیروی عقل و خرد و خلاقیت خویش توانست به کره‌ی ماه گام نهد و این آرزوی دیرین خود را به عمل تبدیل کند.قدرتی که اینبار به یاری بشر آمد تا با آن فضا را فتح کند،قدرتی به نام راکت بود.

یک راکت، وسیله، موشک و یا هواپیمایی است که با بیرون دادن گاز از ته خود به جلو حرکت می کند. راکت ها بیشتر برای مقاصد نظامی، حمل ماهواره ها به مدارها، سفرهای فضایی و برای پژوهش دیگر سیارات استفاده می شوند.راکت ها پیشینه ای طولانی دارند و در برخی از کتاب ها، حتی تاریخ هزار ساله برای آنها ثبت شده است. راکت ها وسایلی بودند که انسان را در قرن 21 برای اولین بار به کره ماه رساندند و هم اکنون هم توریسم فضایی تنها با کمک این وسایل انجام می شود.

تاریخچهکلمه راکت از کلمه Rocchetta ایتالیایی گرفته شده که نام یک ترقه بسیار ابتدایی است که توسط موراتوری در سال 1379 ساخته شد.نخستین فناوری های ساخت راکت توسط چنگیزخان مغول هنگامی که روسیه و قسمت هایی از شرق و مرکز اروپا را فتح کرد ابداع شد. البته خود چنگیزخان هم هنگامی که شمال چین را فتح کرد از طریق چینی ها به این فناوری رسید و به سرعت متخصصین راکت سازی چینی را به استخدام خود درآورد و برای اولین بار در سال 1241 میلادی در جنگ سجو از تسلیحات راکت مانندی استفاده کرد.البته در آن زمان راکت به معنی وسیله ای بود که با مواد منفجره پرتاب می شد و بدون هدایت مسیرش را طی می کرد. مسلمانان هم برای اولین بار در دنیا و به دست خودشان راکت ساختند و علیه شاه لوئیس نهم فرانسوی در سال1268 میلادی استفاده کردند.اما دو دانشمند یکی از بلوک شرق و دیگری از بلوک غرب بودند که با ساختن راکت هایی عصر فضا را رقم زدند. کورولوف از شوروی و فون براون دانشمند نازی بعد از جنگ به استخدام آمریکا درآمدند. از تلاش های موازی آنها بود که الان سفرهای فضایی میسر شده. آن دو همیشه آرزو داشتند که با هم همکار بودند.

اما دست رسی به فضا پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا: وجود خلا در فضا ، مشکلات گرما و حرارت ، مشکل ورود مجدد به زمین ، مکانیک مدارها ، ذرات و باقی مانده‌های فضا ، تابشهای کیهانی و خورشیدی و طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیاء در بی وزنی.

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

اولین بار موتور راکت توسط آلمانی‌ها برای پرتاب بمبها به سوی دشمن در جنگ جهانی دوم بکار گرفته شد. این موتورها با سوخت جامد کار می‌کردند که امروزه نیز با گذشت چندین دهه باز هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به هرحال ساختن یک موتور، بدون هیچ عضو دواری که در وسایل نقلیه موجود مورد استفاده‌اند، به گونه‌ای که قادر باشد با سرعتی بسیار بالا از کمند جاذبه زمین گریخته و به دیگر نقاط فضا برود آنچنان ساده و معمولی نیست و دارای پیچیدگی‌های خاص خود می‌باشد که بحث درباره‌ی هر جزء آن و نوشتن از هر کدام، مطالعات زیادی را می‌طلبد. ولی در این مقاله ما بیشتر به کلیات و معرفی نحوه عملکرد موتور راکت به صورت تئوری می‌پردازیم که امید است مورد استفاده قرار گیرد.

فنون پرتاب راکت جهت بررسی و آشنایی کامل با آن سالیان زیادی مطالعه و پرداختن به مباحث زیادی را می‌طلبد که ما در این مقاله سعی به پرداختن به همه‌ی جزئیات آن را نداریم.

این مقاله در برگیرنده توابع اولیه و اصلی مطالعه‌ی تئوری راکت با آدرس‌دهی قوانین فیزیکی حاکم بر حرکت و پیش‌رانش، پارامترهای مهم اجرا و عملکرد در راکت، تکنیک‌های مختلف پیش‌رانش در راکت، و انواع سوخت و پیش‌رانهای مورد استفاده در راکت می‌باشد. 

مختصری درباره‌ی پیش‌رانش(جرم عکس العملی)

راکت‌ها نیز همانند سایر انواع پیش‌رانهای دیگر هستند که مطابق قانون سوم نیوتن با تبادل ممنتم توسط تعدادی جرم عکس‌العملی و با مصرف انرژی تولید نیروی پرتاب و حرکت به جلو می‌کنند.

ولی راکت‌ها از آن نظر که جرم عکس‌العملی مورد نیاز خود را با خود حمل می‌کنند با سایر انواع وسایل نقلیه متفاوتند. بنابراین بی‌نیاز به محیط اطراف بوده و مستقل از آن عمل می‌کنند. (Self contained)

سایر انواع وسایل نقلیه جهت تأمین جرم عکس‌العملی به محیط اطراف خود نیازمندند. اتومبیل‌ها از زمین استفاده می‌کنند و هواپیماها و قایق‌ها از آب و قایق‌های بادبانی از باد. راکتهایی که اغلب با آنها آشنایی داریم، راکتهای شیمیایی هستند که جرم عکس‌العملی آنها مخلوط سوخت و اکسیژن می‌باشد. در راکتهای شیمیایی، جرم عکس‌العملی همان منبع انرژی نیز هست. راکتهای شیمیایی معمل، آن دسته از موتورهای احتراق داخلی هستند که مخلوط سوخت و اکسیژن را در یک محفظه احتراق سوزانده و گاز تولیدی با گرما و فشار زیاد را به سوی یک نازل شتاب می‌دهند. ولی در راکتهای الکتریکی و هسته‌ای که در ادامه درباره آن صحبت خواهد شد، پیش‌ران (جرم عکس‌العملی) اساساً جرمی راکد و فاقد نیروی جنبش می‌باشد که توسط موتور به آن حرارت و شتاب داده می‌شود و سوخت و پیشران جدای از هم عمل می‌کنند.

همانند سایر وسایل نقلیه، راکتها شامل یک سری اجزاء اساسی مشابهی مانند یک ساختمان که در آن یک سری تیرهای حمال (framework) تعبیه شده است و سایر اجزاء را در خود جای داده و محافظت می‌کند، سیستم رانش که نیروی لازم را جهت حرکت وسیله نقلیه فراهم می‌کند، منبع انرژی تهیه توان لازم برای نیرو بخشیدن به سیستم نقلیه، سیستم راهبری جهت کنترل جهت، و در نهایت و مهمتر از همه «در حقیقت دلیل اصلی داشتن سیستم حمل و نقل» بار مفید؛ می‌باشند. (نمونه‌هایی از بار مفید از قرار زیر می‌باشد:

مسافران، اسباب و ادوات یا منابع علمی و وسایل مورد نیاز در سفر؛ وقتی که یک راکت به عنوان جنگ‌افزار جهت تخریب هدف مورد استفاده قرار می‌گیرد و ما آن را موشک می‌نامیم بار مفید آن کلاهک می‌باشد.)

فیزیک راکت

همان طور که می‌دانید آقای اسحاق نیوتن، قوانین اصلی حرکت را ثبت کرده است که این قوانین وسیله‌ای است که ما آنالیز قوانین حرکت راکتها را با آن انجام می‌دهیم.

این قوانین برای آنالیز اولیه حرکت همه وسایل نقلیه با محرک راکت اعمال می‌شوند. بر جت‌های گازی که

تحقیق در مورد ماهواره های فضایی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 18 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

فهرست

عنوان صفحه

ماهواره نخستین 4

نخستین پرتابها 5

ساختمان ماهواره ها 7

ابرها در زیر ماهواره ها 8

تصویرسازی با اعداد 10

تلسکوپ ماهواره ها 11

رؤیت دنیای نامرئی 13

تعمیرات پرهزینه ی ماهواره ها 14

منابع تحقیق 16

مقدمه

حقیقی از یک رویا

ای گروه جن وانس اگر می توانید از کرانه های آسمان وزمین راه فراری یافته بگریزید این کار را بکنید. لیکن از حساب ما وعذاب ما گریزی ندارید مگربا حجت وعذر موجه آیه سوم از سوره شریفه الرحمن

شاید از آن زمان که قابلیتی چشم به آسمان دوخته بود تا از پرنده ای نحوه دفن کردن هابیل را بیاموزد یا شدادها وفرعونها بربال پرندگان غول پیکرکجاوه می‌ساختند رویای پروازدر اندیشه آدمی بود.

وچون انسان ذاتا کنجکاو وجستجو گر آفریده شده هرگز نسبت به پدیده های دنیای اطراف خود متفاوت نبوده است وهمه اختراعات وکشفیات دانشمندانه رشته های مختلف علمی وحتی بوجود آمدن علم ودانش بمنظور اغناء همین عزیزذاتی بوده است وازآنجا که طبیعت خلقت آدم با هدف تکامل خویش و پدیده های اطراف اوست انسان نمی تواند به چراهای ماورای خود بی تفاوت مانده ودر جهت پاسخ یافتن برنیاید وقرآن کریم این آیات روحبخش وهدایت گرد درآیه از سوره های خویش اعجاز خود را نمایان می سازد تا متقین راه تکامل خویش را بازیابند وقتی خداوند در دومین آیه از سوره بقره به این امر اشاره می کند که قرآن کتاب متقین است به یقین به این معنی نیست که قشرخاصی از مردم باید از این کتاب استفاده کنند بلکه هدف ازبیان این مطلب آن است آ آن که درآیات این کتاب تدبر می کنند وبه فرامین آن با ایمان واعتقاد عمل می کنند لایقان واقعی این کتابند وتاریخ اسلام انواع قرآن خوانها را نشان داد. عمروعاص عبدالرحمن بن معجم مرادی هریک به نوعی قرآن خوان بودند اما یکی قرآن را (بزاری برای خود نمائی وفریب ودیگری قرآن را وردی از روی تحجروتعصب جاهلانه مورد استفاده قرار میدادند وعلی (ع) و حسین (ع) وفاطمه (س) وزینب (س) وابن سیناء وابوریحان، و... با تدبروژرف نگری درآیات الهی خود را در لایق بودن به خواندن آن معرفی می کردند در سومین آیه سوره الرحمن با توجه به اینکه مفسرین گرانقدر اسلام به مجموعه آیه توجه کرده وتفسیر خودرا برمبنای هدف مجموعه آیهتنظیم کرده اند اما ذکر نکات با اهمیت در... آیه بسیار روشن وآشکار می نماید دراینکه جن قبل از انسان می تواند یا توانسته به آسمانها سفر کند چون درآیه برخلاف آیات دیگر نام جن قبل از انسان امده دراینکه مسیر سفر به آسمانها ذکر گردیده ( از کرانه های آسمان ) امروزه هواپیماها از خط مسیر شخصی درفضا جهت پروازاستفاده می کنند ودرانتهای آیه اشاره گردیده که با حجت و عذر موجه می توان به چنین سفری رفت همین کنجکاوی در یک آیه را با کنجکاوی نیوتون به افتادن سبی از درختی مقایسه کنید ونتیجه ای که این دانشمند گرانقدر از یک حرکت بسیارساده طبیعت گرفته واولین گام واولین حرکت را در علم فضا نوردی بنیان نهاده وثابت نموده که انسان می تواند با هدفی متعالی (حجت) وبا ابزاری قابل اطمینان ( عذری موجه) سفر فضائی ( ازکرانه ها) به کرات دیگر ( آسمانها) دسترسی پیدا کند ورویای دیرین بشر را به حقیقتی آشکار تبدیل نمایند.

تحقیق ؛ طرز کار موتور موشک های فضایی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

طرز کار موتور موشک های فضایی

مقدمه:

یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا

- مشکلات گرما و حرارت

- مشکل ورود مجدد به زمین

- مکانیک مدارها

- ذرات و باقی مانده های فضا

- تابش های کیهانی و خورشیدی

- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید،  متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

● سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a