هوای فشرده برای رانش فضاپیما

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2396

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

هوای فشرده برای رانش فضاپیما

پست توسط rohamavation »

آیا می توان از هوای فشرده به عنوان یک جزء رانش در فضاپیما برای به حرکت درآوردن سفینه در فضا یا جهت دادن به فضاپیما استفاده کرد؟

سلام من اخیراً داشتم ویدیویی را در مورد ناوهای هواپیمابر و نحوه استفاده آنها از هوای فشرده برای بیرون راندن هواپیما از کشتی تماشا می کردم. به این فکر می کنم که اگر یک فضاپیمای 50 در 50 در 50 سانتی متری داشتم که در مدار قرار می گرفت. آیا می توانم از هوای فشرده به عنوان نیروی رانش برای جهت دهی سفینه فضایی استفاده کنم؟ یا حتی بهتر است بتوانم از آن برای فاصله بیشتر فضاپیما از زمین استفاده کنم؟در مورد ناوهای هواپیمابر، هوای فشرده عموماً یک سیال کار برای یک منجنیق مکانیکی است نه ایجاد نیروی رانش مستقیم مانند یک موشک (بخار نیز برای همان کار در حامل هایی که از کارخانه بخار استفاده می کنند استفاده می شود).
آژانس‌های فضایی از هوای فشرده برای اهداف مختلفی هم روی زمین و هم هنگام کار در فضای بیرونی استفاده می‌کنند. کمپرسورهای هوا یک قطعه حیاتی از تجهیزات برای سفرهای فضایی موفق هستند - از بلند کردن شاتل تا ورود مجدد به زمین.کمپرسورهای هوا در فضا قهرمانان گمنام هر ماموریت هستند. اما ما طرفداران بزرگ کمپرسورهای هوا و فضا هستیم، بنابراین فکر کردیم کمی در مورد نحوه استفاده آژانس‌های فضایی مانند ناسا از هوای فشرده در فضا به اشتراک بگذاریم.
اگر می‌خواهید به ماه پرواز کنید، احتمالاً در مورد سوخت مایع در مخازن غول‌پیکر و نیروی رانش زیاد و زیاد فکر می‌کنید. اما، اگر فراموش کنید هوای فشرده اضافه کنید، به جایی امن یا کارآمد نخواهید رسید. کمپرسورهای هوا در فضای بیرونی، همه فضانوردان ما را از بلند شدن شاتل تا تنفس صحیح در طول سفر و در هنگام ورود مجدد زنده نگه می دارند.
کمپرسورهای هوا در موتورهای فضایی نقش مهمی در آینده سفر ایفا می‌کنند زیرا به سیستم‌ها اجازه می‌دهند هوشمندتر، کارآمدتر و سبک‌تر باشند. در حالی که فناوری‌های جدید هر روز در فضا ایجاد و به کار گرفته می‌شوند، هوای فشرده ثابت باقی می‌ماند.
پمپ های حرارتی: به جای آن از کمپرسورهای هوا در فضا استفاده کنید
کمپرسورهای بدون روغن در حال حاضر توسط سیستم پمپ حرارتی ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده می‌شوند، اما این کمپرسورها به گرانش حساس نیستند. این بدان معنی است که کمپرسورها قادر به جبران مشکلاتی هستند که معمولاً منجر به خنک کردن مواد - مانند روغن در برخی از کمپرسورها - می شود که می توانند در جهت غیر استاندارد جمع شوند یا جریان داشته باشند.
فضانوردان از این هوای فشرده در فضای بیرونی استفاده می‌کنند تا هوای خود را مدیریت کنند، آزمایش‌ها را انجام دهند، تقویت‌کننده‌ها را به‌طور کارآمد حفظ کنند تا وسایل نقلیه و ایستگاه‌های فضایی در مدار بمانند و دمایی راحت را برای همه سرنشینان حفظ کنند.
به عنوان مثال، مایعاتی که به طور معمول در زمین به راحتی مخلوط و ترکیب می شوند، در واقع به دانه های جدا شده از هر سیال، حتی زمانی که با هم سفر می کنند، در فضا شکسته می شوند. بدون گرانش زمین، جداسازی این سیالات می تواند خطری ایجاد کند و باعث شود که پمپ حرارتی سنتی یا کمپرسورهای هوای وابسته به مایع در فضا دچار نقص شود.
پیشرفت‌ها در فناوری پمپ حرارتی منجر به تولید واحدهایی با قدرت کم و بسیار کارآمد شده است که آنها را برای انواع سیستم‌ها در شاتل‌های فضایی و ایستگاه‌های فضایی مناسب می‌سازد.
کمپرسورهایی که با هوا و بخار کار می کنند به دلیل اینکه عمر طولانی و استفاده قابل اعتماد را برای سالیان متمادی ارائه می دهند، به خصوص در مقایسه با پمپ های حرارتی که به مایع برای خنک کننده نیاز دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم‌های مبتنی بر مایع در حال حاضر مشکلاتی مانند کاویتاسیون دارند، اما خطرات بیشتری را در فضا ایجاد می‌کنند زیرا متفاوت عمل می‌کنند.
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2396

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: آیا می توان از هوای فشرده به عنوان یک جزء رانش در فضاپیما برای به حرکت درآوردن سفینه در فضا یا جهت دادن به فضاپیما ا

پست توسط rohamavation »

چگونه ناسا موشک ها را با هوای فشرده نیرو می دهد
هوای فشرده نقش مهمی در رسیدن شاتل‌های ناسا به سرعت فرار، که از 25000 مایل در ساعت یا حدود 7 مایل در ثانیه شروع می‌شود، بازی می‌کند.
کمپرسورهای هوا در فضا
موتورهای توربین قدرت اکثر هواپیماهای نظامی و بخش خصوصی در آسمان امروز را تامین می کنند. هر توربین به یک کمپرسور هوا متکی است که فشار هوا را قبل از ورود به محفظه احتراق افزایش می دهد. به گفته ناسا، هرچه کمپرسور هوا بهتر کار کند، عملکرد موتور به ویژه در نقطه احتراق سوخت بهتر است.
کمپرسورهای سانتریفیوژ در این کمپرسورهای هوای موشکی به عنوان پمپ استفاده می شوند. بسیاری از موتورها، از توربوجت و توربوفن گرفته تا پس سوز، از هوای فشرده برای کمک به احتراق منبع سوخت خود استفاده می کنند. با عبور آن از یک نازل، هوای فشرده می‌تواند به منابع سوخت حتی در هنگام رویدادهای پر استرس مانند برخاستن موشک برسد.
موتورهای موشک و هوای فشرده
یکی از راه‌هایی که ناسا به موشک‌ها با هوای فشرده نیرو می‌دهد، ذخیره مقدار قابل‌توجهی از اکسیژن فشرده و اکسیژن مایع است. پمپ‌ها و سوپاپ‌ها از هوای فشرده برای فشار دادن هر دوی این مایعات فشرده به داخل محفظه احتراق استفاده می‌کنند و یک انفجار داغ از اگزوز ایجاد می‌کنند که برای به حرکت درآوردن موشک کار می‌کند.
اساساً، یک کمپرسور هوا جزء پنهانی است که اطمینان می‌دهد سوخت با سرعت مناسب مخلوط می‌شود و به درستی به محفظه احتراق می‌رود، بنابراین موتور موشک نیروی رانش لازم برای ورود به فضای بیرون را ایجاد می‌کند.
موتورهای شاتل ناسا
شاتل های فضایی ناسا از سه موتور اصلی همراه با تقویت کننده موشک جامد برای تولید بالابر مورد نیاز برای رساندن شاتل فضایی و سایر وسایل نقلیه به فضا استفاده می کنند. موتورهای اصلی شاتل فضایی در هنگام پرتاب می سوزند و می توانند تا 8.5 دقیقه پس از پرتاب کار کنند، که مدت معمول پرواز با موتور برای شاتل فضایی است
همه موتورهای شاتل به کمپرسورهای هوای قوی - کمپرسورهای گریز از مرکز - نیاز دارند تا هوای فشرده را به سوخت مایع به منظور احتراق و شتاب کنترل شده وارد کنند.
هنگامی که شاتل در حال بلند شدن است، با سوزاندن هیدروژن مایع که در دمای منفی 423 درجه فارنهایت (منفی 252.8 درجه سانتیگراد) و همچنین اکسیژن مایع ذخیره می شود، شتاب می گیرد. برای اجرای روان این عملیات به کمپرسورهای هوا نیاز است. مخزن غول پیکر نارنجی که همه ما با آن می شناسیم تقریباً 500000 گالن از این مایعات را در خود جای می دهد.

کمپرسورهای هوا در فضای بیرونیکمپرسورهای هوا در فضا اغلب در سیستم‌های پیشران سنتی که موشک‌ها یا اجزای داخلی را در شاتل‌ها و ایستگاه‌های فضایی حرکت می‌دهند، کار می‌کنند. با این حال، اکنون که یک موتور مفهومی موتور SABER (موتور موشک تنفس کننده هوای سینرژیک) تست امکان سنجی نیروی هوایی ایالات متحده را گذرانده است، آنها نقش بسیار بیشتری در آینده پرواز فضایی ایفا می کنند.

هواپیمای فضایی قابل استفاده مجدد Skylon شرکت Reaction Engines از یک موتور SABER برای بهبود نیروی محرکه خود استفاده می کند زیرا به عنوان یک جت اسکرام کار می کند. اساساً، این بدان معنی است که به لطف توانایی کارکردن به عنوان یک جت سنتی در جو و سپس استفاده از پیشرانه موشک در پرواز فضایی، بار پیشران را در واقع کاهش می دهد.
عملکرد دوگانه به این معنی است که موتور نیازی به حمل اکسیژن فشرده که برای سوزاندن سوخت مایع-هیدروژن آن استفاده می شود، نخواهد داشت.
چگونه ناسا موشک ها را با هوای فشرده نیرو می دهد
سیستم های SABER بسیار پیچیده هستند و برای عملکردهای متعدد به هوای فشرده متکی هستند. به عنوان مثال، هوا قبل از ورود به واحد SABER باید به میزان قابل توجهی خنک شود. در این مورد، ما در مورد خنک کردن از 1000 درجه سانتیگراد (1832 درجه فارنهایت) تا منفی 150 درجه سانتیگراد (منهای 302 درجه فارنهایت) در 1/100 ثانیه صحبت می کنیم. مبدل های حرارتی صنعتی می توانند این کار را انجام دهند، اما می توانند به اندازه یک اتوبوس نیز باشند. واحد SABER به چیزی کوچک و سبک نیاز دارد که بتواند به راحتی حمل کند.
پس از خنک شدن، کمپرسورهای هوا در فضای بیرونی، هوای فشرده را مستقیماً وارد محفظه احتراق موتور می‌کنند تا هیدروژن مایع ذخیره شده آن را مشتعل کند. فشار بالایی ایجاد می شود و به موتور نیروی رانش قابل توجهی برای دستیابی به سرعت ها و ارتفاعات بسیار بالا می دهد.
کمپرسورهای هوا که قادر به خنک کردن هوا هستند می توانند از مواد بسیار سبک اما بادوام ساخته شوند که برای هر چیزی که به فضای بیرونی می رود مورد نیاز است.
تنفس در فضا
تنفس در فضا، چه در ایستگاه فضایی باشید و چه در وسیله نقلیه ای مانند شاتل، به هوای فشرده با انواع و ترکیبات مختلف نیاز دارد.
اتمسفر زمین 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و یک درصد گازهای دیگر است، با فشار یک اتمسفر، که حدود 14 پوند بر اینچ است.
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2396

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: آیا می توان از هوای فشرده به عنوان یک جزء رانش در فضاپیما برای به حرکت درآوردن سفینه در فضا یا جهت دادن به فضاپیما ا

پست توسط rohamavation »

استفاده از هوای فشرده در فضای بیرونی
وسایل نقلیه فضایی اکسیژن مایع و نیتروژن مایع را در مخازن تحت فشار حمل می کنند که برای کمک به تنظیم به یک کمپرسور هوا متکی هستند. کمپرسورها همچنین می توانند به حفظ جریان این گازها از مخازن خود کمک کنند. آنها با سرعت و فشار مناسب با استفاده از یک سیستم فشار داخلی کابین ترکیب می شوند.
در مدار، یک شاتل فضایی تنها از یک سیستم اکسیژن-نیتروژن استفاده می کند. با این حال، در هنگام برخاستن، از هر دو سیستم برای کمک به حفظ عملکرد همه و همه اجزای هواپیما در اوج کار استفاده خواهد شد.
هوایی که از طریق شاتل فضایی یا ایستگاه فضایی به گردش در می‌آید دارای عناصر کمی است که در کمپرسورهای هوا و راه‌حل‌های هوای صنعتی رایج هستند - به‌ویژه سیستم‌های تمیزکننده هوا که اغلب با کمپرسورهایی که در نزدیکی کاربردهای فاضلاب استفاده می‌شوند ترکیب می‌شوند. این عناصر عبارتند از:
مبدل های حرارتی که به دلیل نوسانات شدید دما در وسایل نقلیه فضایی رایج هستند. آنها همچنین عنصر اصلی هستند که برای بیرون کشیدن آب از هوا استفاده می شود، پس از آن هوا به گردش در می آید و آب به داخل ظرف زباله حرکت می کند. در فضا، هنگام بازدم، بخار آب وجود دارد که باید جمع شود تا از آسیب رساندن به تجهیزات جلوگیری شود!
قوطی های دی اکسید کربن که دی اکسید کربن را از هوا حذف می کنند. اینها با اجازه دادن به هوا برای تعامل با لیتیوم هیدروکسید عمل می کنند. سیستم‌های فشرده‌سازی می‌توانند برای انتقال این هوا از طریق هیدروکسید لیتیوم در شرایط اضطراری که نگرانی‌های مربوط به کیفیت هوا وجود دارد یا زمانی که بخش‌های خاصی از شاتل یا ایستگاه برای تعمیر خاموش می‌شوند، استفاده شوند.
فیلترها و قوطی های زغال چوب که برای از بین بردن بوها و ذرات ریز و همچنین برای کمک به پاکسازی آزمایش ها استفاده می شوند. این موارد مخصوصاً هنگام کار با مواد شیمیایی فرار و در صورت خروج گاز بسیار مهم هستند.
پس بعدی چیه؟
در پایان سال 2014، ناسا نوع جدیدی از کپسول هوا و گاز فشرده را به کار گرفت که هوای قابل تنفس را برای فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی فراهم می‌کند.
سیستم جدید یک سیستم شارژ نیتروژن/اکسیژن یا NORS با مخازنی است که استفاده قابل تعویض در ایستگاه فضایی را ارائه می دهد. مخازن و وسایل آنها برای کار با شبکه تامین هوای موجود ISS طراحی شده‌اند، اما در صورت نیاز می‌توانند در برنامه‌های خاص و جداگانه نیز استفاده شوند.
در ابتدا از مخازن NORS برای جایگزینی و پر کردن هوای موجود استفاده می شود. با کار با کمپرسور هوای درجه یک، این مخازن جدید می توانند هوای تحت فشار تا 6000 پوند را ذخیره کنند که بیش از دو برابر بار مجموعه قبلی مخازن است. این بدان معناست که هوای بسیار بیشتری در هر مخزن در دسترس است، و تعداد دفعاتی که شاتل ها برای تامین مجدد ISS به هوا نیاز دارند کاهش می یابد.
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2396

سپاس: 3833

جنسیت:

تماس:

Re: آیا می توان از هوای فشرده به عنوان یک جزء رانش در فضاپیما برای به حرکت درآوردن سفینه در فضا یا جهت دادن به فضاپیما ا

پست توسط rohamavation »

کمپرسورهای هوا در فضا
یک چیز شگفت‌انگیز در مورد نحوه استفاده ناسا از هوای فشرده در فضای بیرونی این است که این مخازن وقتی در مرکز پردازش ایستگاه فضایی در مرکز فضایی کندی در فلوریدا پر می‌شوند، بسیار داغ می‌شوند. آن‌ها خیلی گرم هستند، باید یک روز کامل روی پایه گذاشته شوند تا بشوندپس از اعمال فشار، روغن را کم کنید.
کمپرسورهای هوا در فضای بیرونی اغلب با واحدهای هوای منفرد و راکت پیشرانه شروع می‌شدند، اما این تانک‌های جدید به ناسا و دیگر آژانس‌های فضایی کمک می‌کنند تا به روش‌های جدید گسترش یابند. مخازن جدید در سیستم خنک کننده مبتنی بر آمونیاک ISS و همچنین انواع آزمایشات و سیستم های تعمیر دیگر استفاده خواهند شد.
ممکن است به این زودی ها به فضای بیرونی نروید، اما ما شرط می بندیم که عملیات شما می تواند از هوای فشرده برای انجام کارهای شگفت انگیز زیادی استفاده کند.
در مورد کارهای شگفت انگیزی که هوا و گاز فشرده می توانند انجام دهند، . محاسبه هوای فشرده مورد نیاز خود و نحوه مستندسازی صحیح ایمنی مورد نیاز برای راه اندازی کند
با توجه به اینکه گاز فشرده می تواند در تامین مقادیر کمی نیروی رانش مفید باشد، اگرچه هوا ممکن است به دلیل محتوای اکسیژن آن بهترین انتخاب نباشد و یک گاز بی اثر ممکن است ترجیح داده شود.
از نظر نسبت کلی توان به وزن، شما معمولاً از سیستم سوخت جامد/مایع بهره بیشتری می برید، زیرا از فاز با چگالی بالا به گاز می روید، بنابراین وزن اضافی یک مخزن تحت فشار را ندارید. توجه داشته باشید که برای ظروف استاندارد گاز تحت فشار صنعتی، ظرف ممکن است به اندازه گاز موجود در آن جرم داشته باشد. بنابراین حتی اگر احتراق واقعی نداشته باشید، ممکن است نوعی تولید گاز شیمیایی ترجیح داده شود.
به طور کلی گاز فشرده راحت، قابل حمل و ساده است اما چگالی توان نسبتاً متوسطی دارد.
همچنین ارزش این را دارد که موشک‌های بطری ساده زمانی که از آب برای ایجاد جرم واکنش استفاده می‌کنند نیروی رانش بسیار بیشتری می‌گیرند در حالی که هوای فشرده ذخیره انرژی را فراهم می‌کند.
مشکل رانش گاز خالص این است که سرعت تبدیل پتانسیل به انرژی جنبشی توسط سرعت محلی صوت محدود می شود و تمایل به تلفات زیادی دارد. برای موتورهای جت، این امر با این واقعیت کاهش می‌یابد که یک منبع نامحدود هوا برای راندن موتور از محیط مستقیم وجود دارد، موشک‌هایی که از سوخت/اکسیدکننده استفاده می‌کنند، از نیروی بی‌رحمانه چگالی انرژی پیشران به بهای بازده کلی و این واقعیت که یک موشک اساساً بسیار ساده است، بنابراین وزن مرده موتور خود بسیار کم است.
به طور مشابه در جایی که هیدروژن اکسیژن به عنوان سوخت یا اکسید کننده استفاده می شود، معمولاً به جای تحت فشار، مایع می شوند.
بنابراین به طور کلی یک پاسخ کلی وجود ندارد، گاز فشرده برای رانش در مقیاس کوچک مناسب است، مانند تنظیمات مداری کوچک، اما برای نیازهای رانش بزرگتر جذابیت کمتری دارد.
SAFER که توسط ناسا برای EVA ("پیاده روی فضایی") استفاده می شود، از نیتروژن فشرده برای رانش استفاده می کند. هوا عمدتاً نیتروژن است و خواص آن تقریباً مشابه است. بنابراین، اساساً نه تنها می توان انجام داد، بلکه حتی انجام شده است.
برای روشن شدن ادعای اصلی، ناوهای هواپیمابر از "هوای فشرده" در منجنیق های پرتاب خود استفاده نمی کنند. مایع کار مورد استفاده در اینجا بخار است که از سیستم پیشرانه گرفته شده و به دستور به یک سیلندر بلند تزریق می شود. انبساط بخار در سیلندر چیزی است که هواپیمای متصل را از کشتی خارج می کند و به هوا می برد.
تصویر

ارسال پست