تطوير محركات البيئات الخارجية يتطلب من المهندسين التخلص من الافتراضات المتأصلة في الظروف الخاصة بالأرض، كما أن محرك الصواريخ يُفضى إلى أن يعمل في جو الكثيف وثراء الأكسجين وخطورة الأرض بشكل ضعيف أو لا على الإطلاق على سطح القمر والمريخ و التيتان، وهندسة نظم الدفع لاستكشاف الفضاء هي من تأديب القيود القصوى التي يُستخدم فيها متغير الجاذبية، ووجود الغلاف الجوي أو انعدامه، وتحديات البيئية

تحدي الجاذبية المتغير

ويؤثر ثابت الجاذبية في الجسم السمعي تأثيرا مباشرا على نسبة الدافع إلى الوزن المطلوبة للهبوط والرائحة، فخطورة الأرض البالغ 9.81 م/س-2 تحدد خط الأساس لمعظم تصميم المحرك المعاصر، أما بالنسبة للمريخ (3.72 م/س2) أو القمر (1.62 م/ق2)، فإن المحرك الأرضي الموحد سينتج زخما مفرطا، مما يجعل التحكم في الأرض أمرا مستحيلا تقريبا.

الثوران العميق والنسب

إن القدرة على تخفيض محركها إلى جزء صغير من قوته القصوى هي عقبة تقنية أولية، حيث أن نموذج أبولو لانار ديسنت إنجريستين (LMDE) كان إنجازاً بارزاً في هذا المجال، مما يدل على وجود مجموعة من المذابح الموثوق بها تتراوح بين 10 و60 في المائة من أقصى درجاته، وقد تحقق ذلك باستخدام تصميم فريد من نوعه في مجال الدفع بالحاسوب إلى الأرض، مما أتاح استقرار تدفق المحركات.

ويزداد هذا التحدي عند النظر في التفاعل بين سطح السباكة، حيث يتسع نطاقه بدرجة أكبر من الجسامة، ويمكن أن يطحن السطح بسرعة عالية، مما يخلق أثراً مقلقاً يمكن أن يزعزع استقرار الأرض ويشعل الحطام المدمر ويحجب أجهزة الاستشعار عن الأرض، ويجب على المهندسين أن يصمموا التدفق الجاموس لظروف التصاميم في ظل فراغ وسقوط منخفضة.

إدارة الأعمال التجارية في الحد من الجاذبية

إن سلوك السائل المزود بالدبابات في خزان ما يحكمه الجاذبية، وعلى الأرض، تسوي الجاذبية بشكل طبيعي الدافع في قاع الصهريج، وتضمن تدفقا ثابتا للمحرك، وفي انخفاض الجاذبية أو الجاذبية، والتوتر السطحي، وضبط حركة السوائل، مما يسبب مشكلة معروفة باسم " النسيج " ، حيث يمكن أن تُدرَّب فقاعات الغاز في تدفق الوقود، مما يؤدي إلى الفشل في إحداث الاحتيا.

الديناميات الهيكلية وطرق اللؤم

وعلى الأرض، يجب أن يتحمل هيكل مركبة الإطلاق ومحركها أعباء ضغطية هائلة، وبالنسبة لمهبط ذي خطورة منخفضة، فإن التحدي الهيكلي يتحول إلى معالجة تأثير الهبوط، ويجب أن يكون المحرك صلبا بما يكفي لنقل الدافع ومع ذلك متوافقا بما يكفي لاستيعاب صدمة الانهيار دون سد هيكل الدافع أو الإضرار بالاضطرابات، كما أن هياكل الوزن الخفيف، مثل الألواح المزودة بالكميات، والكفاءات المعززة من الكربون.

الكيمياء والتكوين الجوي

وربما كان أكثر المتغيرات اضطرابا في تصميم المحركات هو وجود الغلاف الجوي أو غيابه، وتكوينه الكيميائي المحدد، ويعتمد معظم محركات الصواريخ الكيميائية على حمل الوقود والأوكسيدي، وهو ضرورة في فراغ الفضاء، غير أنه بالنسبة للبعثات التي توجد بها أجسام ذات أجواء، تظهر إمكانيات وقيود جديدة.

"الطوابق"

"الأوكسيديزر" "الأوكسجين السائل" "يُعدّ في الغالب جزء كبير من كتلة الصاروخ" "على كوكب مثل المريخ" "الذي يحتوي على جو رفيع"

التوسع في الزناد والضغط في عموم المحيط

ولا يمكن أن يؤدي هذا الازدهار إلى زيادة الغازات العادمة، إذ أن نسبة التوسع الأمثل تحددها الضغوط الجوية المحيطة بالميناء، وأن تكون هناك ازدحامات مصممة على مستوى سطح البحر على الأرض في فراغ، مما يؤدي إلى فصل التدفق وانخفاض الكفاءة، وأن تكون الأزهار المكشوفة طويلة ومكبسة، ولكنها ضعيفة هيكلياً وشديدة الاستخدام في جو ثابت.

Air-Breathing Propulsion for Alien Aerial Mobility

إنّها مُنْشَرَةٌ مُتَجَهِدةٌ مُتَجَهِدةٌ مُتَعَدَّةٌ مِنْ أجسامٍ مُتَجَهَبةٍ مُتَعَدَّدةَةٌ مُتَعَدَّدةٌ للطاقِ، وَةٌ مُتَسَعَةٌلَةٌ وَةٌ مُمَةٌ وَةٌ مُتَةٌ وَةٌمَةٌمَةٌمَةٌ مُسَةٌمَةٌ وَةٌ وَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَةٌمَ

Nuclear Thermal Propulsion (NTP) as an Atmosphere-Agnostic Solution

إنّ المجتمع يُقدّم مساراً للدفع العالي والكفاءة العالية دون الاعتماد على الاحتراق، مفاعل نووي يُسخّن مُفاعلاً مُحركاً (هيدروجين مُتعاظم) يُوسّع بعد ذلك عبر مُضهر، إنّ الدافع المحدّد للجهاز الوطنيّيّ هو ضعف الصواريخ الكيميائيّة الأفضل، لأنه لا يتطلب مُفاعلاً مُتحفًّاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًا،

مدة المواد والرد البيئي

والبيئة التي يعمل فيها المحركات تحدد احتياجاتها المادية، فالمحرك المصمم لاستخدام واحد على الأرض له احتياجات مختلفة جدا عن حاجات مصممة للعمليات المستمرة على سطح القمر أو الرحلات الجوية المتعددة على المريخ، وأصبحت الإدارة الحرارية ومقاومة الإغراق وعدم التعرض للكيماويات معرّضة للقيود.

المنافذ الحرارية والمناولة المسببة للمرض

ويجب أن تعالج المحركات الحرارية القصوى، حيث تعمل غرفة الاحتراق بمحرك الهيدروجين/الأكسجين السائل بأكثر من 000 3 درجة مئوية، بينما تكون خزانات الوقود في درجات حرارة مبردة (253 درجة مئوية بالنسبة للحمض)، أما بالنسبة لسطح القمر، فإن الدورة الحرارية هي دورة وحشية تتراوح بين 120 درجة مئوية في ضوء الشمس و180 درجة مئوية في قنوات التدفق الظلي.

الضغائن والملابس الميكانيكية

إن غبار القمر (الإنزال) حاد وغرامة وبطيء، ويلتزم بكل شيء، ويكاد يكون مشتعلاً للغاية، أما بالنسبة للمحرك، فإن غش الغبار أثناء الهبوط أو الإقلاع، فإنه يمكن أن يخفض حروفها، وينقص الصمامات، ويضبط الصمامات، وهذا هو الفشل الحاسم في إنتاج المواد المحتوية على محركات متحركة.

تصنيع إضافي للمناطق العُمعية والجيوميترات

إن ظروف البيئة الخارجية تدفع الحاجة إلى مكونات ذات وزن خفيف عالية لا يمكن تصنيعها باستخدام الأساليب التقليدية، كما أن التصنيع الإضافي )الطباعة( يؤدي إلى ثورة هندسة الدفع، ويتيح إنشاء قنوات معقدة للتبريد الداخلي )التبريد المكوني(، وإدماج أجزاء متعددة في طبعة واحدة )تحليلات الحرق ونقاط الفشل(، والتصوير السريع للتصميمات المصممة على سبيل المثال،

التكنولوجيات الجديدة والمراقبات التكيفية

المحركات المستقبلية للاستخدام خارج الأرض ستتجاوز الأنظمة الميكانيكية البسيطة، دمج الضوابط الرقمية، الدفع الكهربائي، ونظم الرصد الصحي يبشر بإنشاء محركات ذكية قادرة على التكيف مع الظروف غير المتوقعة.

Propulsion for Cargo and Deep Space

أما بالنسبة لنقل البضائع أو الأطقم بين المدارات (مثلاً من الأرض إلى القمر إلى المريخ)، فإن شبكات الدفع الكهربائي العالية الكفاءة أعلى من الصواريخ الكيميائية من حيث الكفاءة الجماعية (الدفعة العالية) وتستخدم أجهزة الدفع بالهضات وأجهزة الدفع باليد العاملة باستخدام خطوط الأنفاق الكهربائية لتسريع مستويات الدفع بالزواحف (عادة Xenon أو krypton) إلى مستويات عالية من السلاسل.

Autonomous Health Monitoring and Digital Twins

لا يمكن رصد محرك يعمل على سطح المريخ في الوقت الحقيقي من قبل مهندس بشري، ويجعل تأخير الاتصالات (حتى 20 دقيقة) التحكم في الطيران اليدوي أو التشويش على الاضطرابات، وهذا يتطلب درجة عالية من الاستقلالية، ويستخدم المتحكمون في المحرك المتقدم أجهزة الاستشعار لقياس الاهتزاز ودرجة الحرارة والضغط ونسبة المخلوطات.

النظم القابلة للاستعمال والتجديد

بالنسبة للأماكن البشرية الدائمة على القمر أو المريخ، يجب إعادة استخدام المحركات، خلافاً لمركبة الإطلاق الوحيدة الاستخدام، قد يحتاج مهبط قمر إلى تطير عشرات المرات، وهذا يضع أعلى على القابلية للتحلية، والتفتيش، والتجديد السريع، اختبار الحد الأدنى من حرائق المحركات في بيئة محاكاة خارج الأرض (مثلاً، حجرة فراغ ذات أهداف استيطانية ثابتة).

خاتمة

إن تطوير محركات الجاذبية الخارجية والأوضاع الجوية هو من الانضباط الهندسي العميق، ويستلزم فهما عميقا للديناميات الفيزيائية الأساسية، والثروة الدينامية، وعلم المواد، مع دفعها في الوقت نفسه إلى حدود التصنيع والسيطرة المستقلة، ومن التوازن الدقيق للحاجز المثبت في درجة منخفضة من الجسامة إلى القدرة على التكيف الهيكلي المطلوبة لعاصفة من الغبار المريخي، فإن كل متغيرات تضيف مسارا.