گروه مهندسی هوافضا

در يک موشک سوخت مايع، سوخت و اکسيدکننده در مخازن مجزا نگهداري مي‌شوند و از طريق سازوكاري که مركب از لوله‌ها، شيرها و توربوپمپ مي‌باشد، به محفظه‌احتراق وارد مي‌شوند و مي‌سوزند. با احتراق پيشرانه، گاز داغي توليد مي‌شود كه در هنگام عبور از محفظه بر سرعت آن افزوده مي‌شود و از دماي آن كاسته مي‌شود. به عبارت ديگر محفظه‌احتراق، انرژي شيميايي سوخت را به انرژي جنبشي بدل مي‌كند و اين است كه نيروي پيشران (تراست) ايجاد مي‌گردد.

موتورهاي سوخت مايع از نظر پيچيدگي نقطه‌ي مقابل موتورهاي سوخت جامد هستند اما به هرحال به ازاي پيچيدگيِ موتورهاي سوخت مايع، مزايايي هم دارند که از آن جمله، مي‌توان به اين مورد اشاره نمود که در موتورهاي سوخت مايع، با کنترل جريان پيشرانه به محفظه‌احتراق، مي‌توان كاهش يا افزايش نيروي پيشران، توقف يا استارت مجدد موتور را سبب گرديد در حالي كه در موتورهاي سوخت جامد در عين سادگي، چنين امكاني تقريبا غيرممكن است.

يک سوخت خوب، سوختي است که داراي ضربه‌ي ويژه‌ي بالايي باشد يا از جنبه‌ي ديگر، سرعت خروج گازهاي داغ از نازل (شيپوره‌ي خروجي) آن زياد باشد. بالا بودن اين سرعت مي‌تواند به دليل بالا بودن دماي احتراق و گازهاي خروجي و يا كم‌تر بودن وزن مولکولي گاز داغ، باشد.

فاکتورهاي مهم ديگري نيز در خوب بودن يك سوخت دخالت دارد از آن جمله مي‌توان به جرم‌حجمي، دماي نگهداري و سميت سوخت اشاره نمود. استفاده از سوختي با جرم‌حجمي پايين به اين معني است که مخازن بزرگي براي ذخيره‌ي آن در موشك نياز مي‌باشد، و اين امر افزايش وزن موشک را به همراه خواهد داشت. سوختي با دماي نگهداري پايين نيازمند يك سامانه‌ي برودتي جهت نگهداري است و مخازن نگهداري آن بايد داراي عايق‌کاري ويژه باشد. بديهي است استفاده از اين تجهيزات نيز وزن موشک را افزايش خواهد داد. همچنين سميت سوخت مهم است، چراکه مشکلات ايمني زيادي را، موقع جابجايي، ترابري، نگهداري و کار با سوخت موجب خواهد شد. به علاوه معمولا چنين سوخت‌هايي بسيار خورنده نيز مي‌باشند.

سوخت‌هاي مايعي که در موشک‌هاي حامل (يا ماهواره‌بر) تجاري استفاده شده‌اند را، مي‌توان در سه گروه دسته‌بندي نمود:

مواد نفتي، سرمازا و خودمشتعل.

پيشرانه هاي نفتي

سوخت‌هايي هستند که از اجزاء نفت خام تصفيه شده، تهيه مي‌شوند و شامل مخلوطي از هيدروکربن‌هاي پيچيده مي‌باشند. هيدروکربن‌ها دسته‌اي از ترکيبات آلي هستند که تنها داراي کربن و هيدروژن مي‌باشند. يكي از مواد نفتي استفاده شده براي سوخت موشک، کروسين سنگين است که در آمريكا آن را «آر پي - 1» مي‌نامند. سوخت‌هاي نفتي معمولاً در ترکيب با اکسيژن مايع - به عنوان مولفه‌ي اکسيدکننده‌ي پيشرانه‌ي موشك - استفاده مي‌شوند. کروسين نسبت به سوخت‌هاي سرمازا ضربه‌ي ويژه‌ي کم‌تري دارد، اما بهتر از سوخت‌هاي خودمشتعل‌شونده مي‌باشد.

كروسين يا «آر پي - 1» را مي‌توان سوخت تميزي دانست كه براي اولين بار در سال 1957 در امريکا مورد استفاده قرار گرفت. اولين تجربه‌ي استفاده از سوخت، با مشخصه‌هايي مانند پس‌ماند قيرمانند در کانال‌هاي خنک‌كاري موتور، دوده‌ي بيش از اندازه، کُک و نيز ساير رسوبات در مولدگازِ موتور، همراه بود. با آن كه براي از بين رفتن اين اثرات نامطلوب كارهايي زيادي انجام گرفت اما كروسين‌هاي جديد نيز پس‌ماندهايي را موجب مي‌شدند که باعث محدود شدن مدت زمان کاربري آن‌ها مي‌گرديد.

اکسيژن مايع و «آر پي -1» به عنوان پيشرانه در اولين بوسترهاي تک مرحله‌ايِ موشک‌هاي اطلس و دلتا 2 استفاده شدند. هم‌چنين از اين زوج به عنوان نيروي بالابرنده‌ي مرحله‌ي اول موشک‌هاي «ساتورن 1-بي» و «ساتورن 5 » استفاده شده است.

طراحي سوختي نفتي با استفاده از برش‌هاي نفتيِ حاصل از تصفيه‌ي نفت خام با توجه به مشخصات شيميايي و احتراقي آن صورت مي‌گيرد که از جمله مشخصات فيزيکي و شيميايي مورد استفاده در طراحي سوخت، مي‌توان به جرم‌حجمي، دامنه‌ي جوش، ميزان و نوع ترکيبات موجود، نقطه‌ي اشتعال، نقطه‌ي آنيليني و ... اشاره نمود.