مكافحة الصدأ في إطلاقات الصخور المتعددة المراحل

وتصمم كل مرحلة مع مزيج محدد من الممنوعات ] و] تشكيلة هندسية ].() وتستعمل المراحل الدنيا عادةً أحجاراً عالية المستوى من المستوى المتوسط الأجل للتغلب على الجر وخطورة الغلاف الجوي، وتستخدم المراحل العليا نوبات مُسرَّبة خارج نطاق واسع وتزيد من الكفاءة.

آليات مراقبة الصدأ

وتشمل مكافحة الصدأ في الصواريخ المتعددة المراحل عدة نظم فرعية مترابطة تُعدل طاقة المحرك، والاتجاه، وتدفق الوقود، ويجب أن تستجيب هذه الآليات في الوقت الحقيقي لظروف الطيران، وكثيرا ما تكون دقيقة بدقيقة مليئية.

تهذي

(أ) تعديل مستوى دفع المحرك عن طريق التحكم في معدل تدفق الوقود إلى غرفة الاحتراق، إذ يمكن لمعظم محركات الصواريخ السائلة أن تتحول بين 40 و100 في المائة من الدفع المُقيَّم، على الرغم من أن بعض التصميمات ذات الصبغة الداكنة العميقة (مثلاً معدّل الحرق في الفضاء 1D) يمكن أن تكون منخفضة إلى 20 في المائة.

وتعتمد نظم القذف على الصمامات المُضللة ] (محقنات ثابتة بشكل ثابت أو فتحات تهوية في المناطق المتغيّرة) التي تُعدّل معدل التدفق.() ويجب أن تتغلب الصمامات المتحركة أو المُصَوَّبة على الضغط العالي ودرجة الحرارة مع الحفاظ على الاستقرار.

ألعاب وتحكم في ناقلات الصخور

التحكم في نسبة التكاثر

وبالنسبة للمحركات الثنائية السائلة، تؤثر نسبة الوقود إلى الأكسيد (نسبة التثبيت) على كل من الدفعات والضغط المحدد، وتضبط نظم التحكم معدلات تدفق كل ناقل على حدة للحفاظ على النسبة المنشودة، التي قد تتفاوت أثناء الرحلة. ويمكن أن يؤدي تشغيل دورة الوقود أو الأوكسيزر إلى زيادة درجة حرارة الغرفة واستقرار الاحتراق.

بدء المحرك وإغلاقه

وتشمل كل مرحلة تسلسلا محددا مسبقا لبدء وإغلاق محركاتها، وكثيرا ما ينطوي على عدة محركات ودورات جرافة وتوقيت الصمامات، فعلى سبيل المثال، قد يتطلب محرك المرحلة العليا ] ، ويتجنب الدفعات الجاهزة التي تسوي الدافعات في قاع البحار في مراحل التعبئة ضد محركات التسارع.

نظم التوجيه والملاحة لمكافحة الصدأ

Control Algorithms

ويستخدم منطق الرقابة الأساسية عادة Proportional-integral-derivative (PID) ] متحكمين أو أكثر تقدما ] مجهزين باللوائح المائية [LQR] ] لضبط المكاسب الناجمة عن إزالة الألغام الأرضية والارتقاء بالزمن.

التعديلات على الوقت الحقيقي

ويحدث تحديثات لمراقبة الصدأ بمعدلات تتراوح بين 50 و100 هرتز أو أكثر، ويصحح حاسوب الرحلة باستمرار مسار المركبة نحو مسار مرجعي. ] [تجريد خطي ] ويعيد صياغة برنامج الإرسال الأمثل باعتباره الطريق الفعلي الذي ينحرف، ويغير أوامر الدفع لتلبية ظروف إدخال المدار المستهدف.

الفصل بين المراحل وإدارة الصدأ

إن الفصل بين المراحل هو أحد أهم المراحل التي تنطوي على مخاطرة في الرحلات المتعددة المراحل، وتؤدي مراقبة الصدأ دورا محوريا في ضمان الفصل بين القوات في أماكن آمنة، وأن تشتعل في المرحلة اللاحقة بشكل موثوق.

Separation Sequence

وفي العادة، فإن محركات المرحلة الأدنى تُخفض أو تغلق بشكل نظيف، أما بالنسبة للمراحل السائلة، فإن الإغلاق يشمل إغلاق صمامات الدفع الرئيسية وتطهير محركات الدفع المتبقية لمنع الاحتراق بعد التخصيب، إذ أن المراحل الصلبة قد تستخدم عبوات متفجرة أو رسوم تنفسية لتهديد الجزء المستنفد.

كفالة الانتقال السلس

وبعد انتهاء الخدمة، يجب أن تبدأ محركات المرحلة العليا قبل أن تفقد المركبة سرعة كبيرة جدا وتبدأ بالتراجع. ] وكثيرا ما توفر هذه المركبات الغازية بواسطة محركات صلبة صغيرة أو مدافع الغاز البارد لتسريع المركبات بشكل طفيف وتسويتها، وعندما تستقر، تسبب المحركات الرئيسية في حدوث خسائر في الدفع الكامل تحت ضغط الدم المغلقة.

التحديات التشغيلية

ويجب أن تتغلب مكافحة الصدأ في الصواريخ المتعددة المراحل على عدة تحديات مادية وهندسية يمكن أن تؤدي إلى فشل البعثة إذا لم تدار على نحو سليم.

Pogo Oscillations

وتشير البوجو إلى اليقظة الطويلة التي نجمت عن التفاعلات بين ذبائح المحرك وال مرونة هيكلية المركبة، ويأتي المصطلح من حركة المكافأة التي تذكر بعصا البوغو، ويمكن لهذه الطلقات أن تصل إلى الكمائن الضارة، مع التأكيد على خطوط الدفع والحمولات.

المستوطنات المستأجرة والمتفجرة

وخلال مراحل الساحل أو عندما يغلق المحرك، يمكن للمدافعين أن يطفو بعيدا عن منافذ الصهاريج بسبب الجاذبية الصغرية أو التسريع المائي المنخفض، وهذا الوضع غير المستقر يمكن أن يسبب ابتلاع الغاز في المحرك، مما يؤدي إلى عطل في الحرق أو الحرق، ويجب أن تُتسلسل حرق الصواريخ من محركات صغيرة قبل بدء تشغيل المحرك الرئيسي.

عدم الاستقرار

ويمكن أن تلحق أضرارا سريعة بمكونات المحرك بضغوط ضغط عالية التردد في غرفة الاحتراق، وتدمج نظم مراقبة الصخور ] أجهزة التصفيق الصوتية ]، والبافيل، وتعديلات تصميم الحقن لتثبيت الاحتراق، كما أن أساليب التحكم النشطة، مثل تفاوت ضغط الحقن الدافعي أو استخدام الوعود العقارية، هي أساليب تجريبية ولكن مثبتة عدم الاستقرار.

الإجهاد الحراري والهيكل الهيكلي

وأثناء التغيرات السريعة في الماشية، يمكن أن تؤدي الخانات الحرارية في جدران النواة ورموز التوربين إلى توسع غير متساو أو شق أو تذوب، ويجب أن تُحدّد السيطرة على الصدأ تغييرات بطيئة بما يكفي للسماح بالتعادل الحراري، ولا سيما عند الانتقال بين القوة المنخفضة والعالية، كما يلزم أن تُبقي في حدود الصواريخ المتعددة من ارتفاع الدافع أو الحركات البنفسجية السريعة داخل حدود الفول السوداني.

الابتكارات في مجال مكافحة الصدأ

وتحسن باستمرار أوجه التقدم في المواد والحساب والتصميم أداء وموثوقية نظم مراقبة الدفع.

الصخور القابلة للتداول والدقة

وقد أدى ظهور مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام، ولا سيما الفالكون 9، إلى تلبية الاحتياجات إلى التقلبات الدقيقة للغاية، وخلال الهبوط، يجب أن يخفض المحرك الدفع باستمرار من الطاقة العالية إلى ما يقرب من الصفر لضمان الخفض الميسر، ويتطلب ذلك قدرة شديدة الارتداد (تراوح بين 20 في المائة من الدافع المُعدّل)، والاستجابة السريعة، والارتفاع الكبير في مستويات التصاميم الأنظف.

محركات كهربائية ذات مضخة مقطوعة

(أ) تركيبات محركات جديدة، مثل Rutherford] محرك على محرك الصخور المتجه إلى مختبر الصخرة، واستخدام محركات كهربائية لدفع مضخات الدفع بدلاً من توربين الغاز، مما يسمح للحرك بأن يتحكم بصورة مستقلة في حاسوب الطيران، مما يعطي استجابة قوية للضغط، وعلى الفور في مرحلة الضخ العليا.

الرقابة التصحيحية والتعلم في مجال الآلات

فالبحوث في ] الرقابة التفاضلية تتيح نظم التحكم بالدفعية للتعلم والتكيف في الطيران على أساس السلوك الملاحظ، فعلى سبيل المثال، إذا تطور المحرك اختلالاً خفياً، يمكن للمراقب أن يعوض عن ذلك عن طريق تغيير أوامر السماد، ويجري تدريب نماذج التعلم الآلماني على قياسات المكثفة للتنبؤ بعدم استقرار الحرق أو التكييف البراءاتي.

دراسات الحالة

زحل الخامس وأبوللو

وقد أسفرت محركات زحل ف - ١ الخمس في المرحلة الأولى عن دفعة مشتركة قدرها ٧,٥ مليون جنيه استرليني، وشملت مراقبة الصدأة وجود خنق ثابت )لم تكن المحركات ممزقة بشدة( بل كانت برمجة دقيقة لإغلاق المحركات في أوقات محددة لتشكيل المسار، وبعد رفع المحرك المركزي قد أغلق مبكرا للحد من سرعة التسارع.

Falcon 9 and Reusability

وقد ظهر في " فلوركون " ٩ " في " ساحات " " " " " " " " " " " " " " ، وهي تُظهر " فاسد " " " " " " " " ، وهي تُضِع بشكل انتقائي " ، وتُتُتُتُتُتُتُتَتَتُتُتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَحَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَحَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَت

الصويا والموثوقية

ويستخدم جهاز إطلاق السويز الروسي أربعة معززات من المرحلة الأولى (كل متحكم في الدفع الخاص به) ومرحلة أساسية، ونظام المراقبة هو على وجه الخصوص نظام قياسي وكهربي، ولكنه موثوق به بدرجة كبيرة بعد عقود من الصقل، وتشمل مراقبة الصخور ] محركات قابلة للذوبان على بعض المتغيرات وأجهزة الدفع الثابتة التي تثبت وجود ميكانيكية على مركبات أخرى.

خاتمة

(أ) إن التحكم في الصواريخ المتعددة المراحل هو مزيف للفيزياء والهندسة والبرمجيات، ومن أول مصعد إلى الحرق الدائري النهائي للمرحلة العليا، فإن كل حركة من الصواريخ، وتشويه الخلايا، والقيادة الصمامية يجب أن تنفذ بدقة قريبة من المقاييس، ويظهر التطور من نظم الدفع المفتوح إلى الأمام إلى التصميم الرقمي والكهربائي ذي الكفاءة.