در این مطلب در مورد راکت و نوع عملکرد آن صحبت خواهیم کرد. همان طور که خواهید دید راکت در واقع موتوری است که می‌تواند حامل موارد مختلفی باشد. همچنین در این نوشتار در مورد چگونگی کار راکت‌ها، تاریخچه آن‌‌ها و تفاوت راکت و موشک مطالبی بیان خواهد شد و در نهایت نحوه ساخت یک راکت ساده در خانه را آموزش می‌دهیم.

راکت چیست؟

کلمه راکت می‌تواند معانی مختلفی داشته باشد. اما در حقیقت بعد از شنیدن این کلمه بیشتر مردم به یک وسیله نقلیه بلند، باریک و گرد فکر می‌کنند و در نهایت به راکتی فکر می‌کنند که به فضا پرتاب می‌شود. اما در حقیقت منظور از راکت نوعی موتور است. این کلمه همچنین می‌تواند به معنای وسیله نقلیه‌ای باشد که از این موتور استفاده می‌کند.

موتور راکت
تصویر ۱: موتورهای راکتی که برای قرار دادن فضاپیمای سرنشین دار وستوک به مدار زمین استفاده شد، این راکت متعلق به شوروی بود. بر اساس ساختار موشک بالستیک قاره پیمای R-7 این پرتابگر دارای چهار تقویت کننده یا بوستر با سوخت مایع متصل در اطراف راکت مرکزی پیشرانه مایع بود.

به بیانی دیگر باید گفت راکت هر نوع دستگاه پیشرانه جت حامل پیشرانه‌های جامد یا مایع است که هم سوخت و هم اکسید کننده مورد نیاز برای احتراق را تأمین می‌کند. این اصطلاح معمولاً برای هر یک از وسایل نقلیه مختلف از جمله راکت‌های آتش بازی، موشک‌های هدایت شونده و تمام ابزاری که در پروازهای فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و پرتاب می‌شوند و توسط هر وسیله پیشران مستقل از جو اداره می‌شوند به کار می‌رود.

راکت‌ها چگونه کار می‌کنند؟

آیا تا به حال توجه کرده‌اید که اگر هوا را از یک بالون خارج کنید چه اتفاقی می‌افتد؟ هوا از یک طرف از بالون خارج می‌شود و بالون در جهت مخالف حرکت می‌کند. راکت‌ها تقریباً به همین روش کار می‌کنند. گازهای خروجی که با سرعت زیاد از نازل موتور خارج می‌شوند راکت را به سمت جلو سوق می‌دهند.

اکثر لانچرهای مدرن مانند «آریان پنج» (Ariane 5) در اروپا بسیار پیچیده هستند و صدها تن وزن در هنگام بلند شدن دارند. بیشتر این وزن سوخت و شامل هیدروژن مایع و اکسیژن مایع است.

راکت‌ها برای غلبه بر جاذبه زمین یا گرانش به سوخت زیادی نیاز دارند. آن‌ها فقط وقتی به سرعتی معادل 28٬000 کیلومتر در ساعت می‌رسند می‌توانند وارد مدار شوند.

بیشتر راکت‌ها از دو یا سه مرحله تشکیل شده‌اند. وقتی یک مرحله تمام سوخت خود را مصرف کرد برای خلاص شدن از وزن غیر قابل استفاده جدا می‌شود و سقوط می‌کند (معمولاً در اقیانوس و به دور از مناطق پرجمعیت) یا در جو زمین می‌سوزد.

پرتابگرهای بزرگ غالباً از راکت‌هایی که در مرحله اول قرار دارند، بوست و شتاب بیشتری دریافت می‌کنند. این راکت‌ها غالباً از سوخت جامد یا مایع استفاده می‌کنند و معمولاً پس از اتمام مرحله خود جدا شده و باز می‌گردند.

موتور راکت چگونه کار می‌کند؟

مانند اکثر موتورها راکت‌ها نیز سوخت می‌سوزانند. اکثر موتورهای راکتی سوخت را به گاز داغ تبدیل می‌کنند و موتور بنزین را از پشت خود خارج می‌کند و در نتیجه گاز باعث حرکت راکت به جلو می‌شود.

موتور راکت با موتور جت متفاوت است. موتور جت برای کار به هوا نیاز دارد در حالی که موتور راکت به هوا احتیاج ندارد و هر آنچه را که لازم دارد با خود حمل می‌کند. ویژگی مهم این موتور این است که یک موتور راکت در فضا جایی که هوا وجود ندارد کار می‌کند.

موتورهای راکتی دو نوع اصلی دارند. بعضی از راکت‌ها از سوخت مایع استفاده می‌کنند، برای مثال موتورهای اصلی مدارگرد شاتل فضایی از سوخت مایع استفاده می‌کنند. همچنین سایوز روسی نیز از سوخت‌های مایع استفاده می‌کند.

برخی دیگر از راکت‌ها از سوخت جامد استفاده می‌کنند. در کنار شاتل فضایی دو جسم سفید وجود دارد که شتاب‌دهنده موشک یا راکت است. این بوسترها یا شتاب‌دهنده‌ها از سوخت جامد استفاده می‌کنند. وسایل آتش بازی و موشک‌ها و راکت‌های مدل نیز با استفاده از سوخت جامد پرواز می‌کنند.

چرا راکت کار می‌کند؟

در فضا، یک موتور راکت چیزی برای فشار آوردن خلاف جهت خود را ندارد. بنابراین در حقیقت سوال اصلی این است که چگونه راکت‌ها در فضا حرکت می‌کنند؟ راکت‌ها با استفاده از قانون سوم حرکت نیوتن کار و حرکت می‌کنند. همانطور که می‌دانید سر آیزاک نیوتون دانشمند انگلیسی، سه قانون برای حرکت ذکر کرد.

او این کار را بیش از 300 سال پیش انجام داد. قانون سوم نیوتن می‌گوید که برای هر عملی، یک نیروی عکس العمل برابر و مخالف وجود دارد. راکت گازهای حاصل از سوخت خود را با فشار از طریق لوله‌هایی که در ماشین معمولی به نام اگزوز می‌شناسیم خارج می‌کند و اصطلاحاً اگزوز نیز موشک را هل می‌دهد. در حقیقت موشک گازهای خروجی حاصل از سوخت را به عقب هل می‌دهد و این گازهای خروجی باعث حرکت موشک به جلو می‌شوند.

این قاعده را می‌توان روی زمین نیز مشاهده کرد. تصور کنید شخصی روی تخته اسکیت ایستاده است و در حال پرتاب یک توپ بولینگ است. با پرتاب توپ توسط شخص توپ به جلو خواهد رفت و شخصی که روی اسکیت بورد است نیز حرکت خواهد کرد و به عقب می‌رود. از آنجا که فرد سنگین‌تر است، توپ بولینگ مسافت بیشتری را طی می‌کند.

راکت چه زمانی اختراع شد؟

اولین راکت‌هایی که می‌شناسیم در چین و در دهه 1200 مورد استفاده قرار گرفتند. از این راکت‌های با سوخت جامد برای آتش بازی استفاده می‌کردند. ارتش‌ها همچنین از آن‌ها در جنگ‌ها استفاده می‌کردند.

با گذشت ۷۰۰ سال، مردم راکت‌های بزرگ‌تر و بهتری تولید کردند و بسیاری از این راکت‌ها برای جنگ نیز مورد استفاده قرار گرفتند. در سال 1969، ایالات متحده از راکت‌ها برای کشف فضا و سیارات دیگر استفاده کرد و توانست برای اولین بار بر روی ماه فرود بیاید. «نیل آرمسترانگ» (Neil Armstrong) و «باز آلدرین» (Buzz Aldrin) دو نفری بودند که با استفاده از راکت زحل 5 بر روی سیاره ماه فرود آمدند.

مراحل پرتاب راکت چیست؟

پرتاب و شروع به کار راکت‌های بزرگ فضایی امروزه حداقل از دو مرحله تشکیل شده است، مراحلی که در یک پوسته استوانه‌ای مشترک قرار گرفته‌اند و انجام می‌شوند. هر مرحله موتورهای مخصوص به خود را دارد که می‌تواند از نظر تعداد متفاوت باشد. مرحله اول پرتاب  راکت فالکون 9 اسپیس ایکس دارای 9 موتور است در حالی که مرحله اول پرتاب راکت «آنتارس نورتراپ گرومن» (Northrop Grumman’s Antares) دو موتور دارد.

راکت آنتارس
تصویر ۲: راکت آنتارس

در اولین مرحله شروع به کار راکت، راکت از جو پایین خارج می‌شود که بعضی اوقات این مهم با کمک تقویت‌کننده‌ها و بوسترهای جانبی اضافی انجام می‌شود. از آنجا که در مرحله اول پرتاب و شروع به کار راکت باید کل راکت، بدنه و هرگونه سوخت استفاده نشده آن بلند شود، بزرگترین و قدرتمندترین بخش است.

هرچه موشک سریع‌تر حرکت کند، مقاومت هوا بیشتر می‌شود. اما هرچه موشک بالاتر برود جو نازک‌تر می‌شود. این دو عامل به این معنی است که در هنگام شروع به کار راکت فشار در راکت در ابتدا افزایش می‌یابد و سپس در هنگام پرتاب کاهش می‌یابد و در فشاری که به نام max q شناخته می‌شود به اوج خود می‌رسد. برای راکت‌های فالکون ۹ و «آلیانس اطلس ۵» (Alliance Atlas V) max q در 80 تا 90 ثانیه پس از بلند شدن، در ارتفاعی بین ۱۱٫۲ تا ۱۷٫۵ کیلومتری اتفاق می‌افتد.

هنگامی که مرحله اول پرتاب کار خود را انجام داد، راکت آن قسمت را رها کرده و مرحله دوم خود را مشتعل می‌کند. مرحله دوم وزن کمتری برای حمل و نقل دارد و نیازی به غلبه بر جو ضخیم پایین ندارد و بنابراین معمولاً فقط یک موتور دارد.

همچنین در این مرحله راکت‌ها فرینگ خود را نیز از دست می‌دهند، فرینگ کلاهک نوک تیز نوک راکت است که از آنچه راکت حمل می‌کند (محموله راکت) در مرحله اول پرتاب محافظت می‌کند.

راکت حاوی فضا پیما
تصویر ۳: قسمت‌های مختلف راکت حاوی فضا پیما

از نظر تاریخی و بر اساس تجربه اکثر قسمت‌های دور انداخته شده یک راکت به زمین افتاده و در جو می‌سوزند. اما از دهه 1980 و با شاتل فضایی ناسا، مهندسان قطعات موشکی را به گونه‌ای طراحی کردند که قابل بازیابی و استفاده مجدد است.

حتی شرکت‌های خصوصی از جمله «اسپیس ایکس» (SpaceX) و «بلو اوریجین» (Blue Origin) در حال ساخت راکت‌هایی هستند که حتی قطعات جدا شده ابتدایی راکت مجدداً بتوانند به زمین برگشته و خود فرود انجام دهند. هرچه بیشتر بتوان از قطعات راکت استفاده مجدد کرد، پرتاب راکت ارزان‌تری حاصل می‌شود.

انواع مختلف راکت کدامند؟

همانطور که اتومبیل‌ها دارای اشکال و اندازه‌های مختلف هستند، راکت‌ها نیز بسته به وظایف و ماموریت‌هایی که دارند و انجام می‌دهند متفاوت هستند.

راکت‌های صوتی که با قوس‌های بالستیک در هوا پرتاب می‌شوند، پنج تا بیست دقیقه قبل از سقوط به زمین، در هوا مسیری منحنی مانند را طی می‌کنند. این راکت‌ها اغلب برای آزمایش‌های علمی استفاده می‌شوند که به حضور طولانی مدت در فضا نیاز ندارند. به عنوان مثال، ناسا در ماه سپتامبر 2018 از یک راکت صوتی برای آزمایش چترها برای مأموریت‌های آینده مریخ استفاده کرد.

راکت‌های کلاس مداری یا اصطلاحاً ساب اوربیتال مانند راکت «نیو شپارد» (New Shepard) شرکت بلو اوریجین آنقدر قوی هستند که می‌توانند به طور موقت وارد فضا شوند، این راکت‌ها عموماً برای آزمایش‌های علمی و برای گردشگری فضایی استفاده می‌شوند. راکت‌های کلاس مداری قدرت کافی برای پرتاب اجسام به مدار زمین را دارند. بسته به اینکه فضای حمل محموله این راکت‌ها چه قدر است، این راکت‌ها می‌توانند اجسامی مانند کاوشگرهای علمی (یا اتومبیل‌های سواری اسپرت) را به آن سوی زمین بفرستند.

حمل ماهواره‌ها به مدار یا فراتر از آن به توان و قدرت زیادی نیاز دارد. برای اینکه یک ماهواره در مدار دایره‌ای هشتصد کیلومتری بالاتر از سطح زمین بماند، باید سرعت آن را به بیش از ۲۶٬۷۱۵ کیلومتر در ساعت رساند.

راکت زحل ۵، قدرتمندترین راکت ساخته شده تاکنون در طول ماموریت‌های آپولو، بیش از ۱۳۶٬۰۷۷ کیلوگرم محموله را به مدار پایین زمین برد.

در حال حاضر راکت‌های «هوی فالکون» (Falcon Heavy) شرکت اسپیس ایکس و «دلتا چهار هوی» (Delta IV Heavy) شرکت «یونایتد لانچ آلیانس» «United Launch Alliance» که به اختصار ULA نامیده می‌شود، قدرتمندترین راکت‌های جهان هستند، اما پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که راکت‌های بزرگتر و پرقدرت‌تر نیز در حال توسعه هستند.

راکت Delta IV
تصویر ۴: راکت دلتا چهار

در حقیقت راکت فضایی ناسا به شرط عبور از تأخیرات و هزینه‌های بیش از حد خود و ساخته شدن آن، قدرتمندترین راکتی خواهد بود که تاکنون ساخته شده است. با این حال شرکت اسپیس ایکس در حال ساخت نسخه آزمایشی استارشیپ خود است، راکت عظیمی که قبلا با نام راکت «فالکون بزرگ» BFR (Big Falcon Rocket) شناخته می‌شد. همچنین روسیه نیز اعلام کرده است که قصد دارد راکت فوق سنگین خود را تا سال ۲۰۲۸ پرتاب کند.

همانطور که برخی از شرکت‌های سازنده راکت سعی در توسعه قدرت و اندازه راکت‌های خود دارند، برخی دیگر نیز برای تأمین خدمات به ماهواره‌های کوچک و ارزان قیمت که اندازه برخی کوچکتر از یک فریز است در حال توسعه راکت‌های کوچک هستند.

موشک الکترون شرکت راکت لبز می‌تواند فقط چند صد کیلوگرم را به مدار پایین زمین برساند، اما برای ماهواره‌های کوچکی که توسط این راکت حمل می‌شوند این مقدار تمام توان مورد نیاز است.

سکوی پرتاب چیست؟

سکوی پرتاب سکویی است که از آن راکت به فضا پرتاب می‌شود و در تاسیساتی به نام مجتمع‌های پرتاب یا فرودگاه‌ها فضا پیما یافت می‌شوند. نقشه‌ای از مجتمع‌های پرتاب فعال در جهان را در تصویر زیر می‌توانید مشاهده کنید.

سکوهای فعال
تصویر ۵: نقشه سکوهای پرتاب فضاپیما در جهان که فعال هستند.

یک سکوی پرتاب معمولی متشکل از یک پد و یک پایه پرتاب است. پایه پرتاب یک ساختار فلزی است که موشک قائم را قبل از پرتاب پشتیبانی می‌کند. کابل‌های مرکزی پایه پرتاب نیرو، مایعات خنک کننده و پیشرانه سوخت افزاینده راکت را قبل از پرتاب فراهم می‌کنند. این ساختار همچنین به محافظت از راکت در برابر صاعقه کمک می‌کند.

پایه پرتاب
تصویر ۶: پایه پرتاب

مجموعه‌های مختلف پرتاب روش‌های مختلفی برای قرار دادن راکت بر روی سکوی پرتاب دارند. در مرکز فضایی کندی ناسا، شاتل فضایی به صورت عمودی اسمبل می‌شود و با یک وسیله نقلیه شبیه تانک به نام «کراولر» (Crawler) به سمت سکوی پرتاب حرکت داده می‌شود. در حالی که مرکز پرتاب فضایی روسیه راکت‌های خود را به صورت افقی و با وسیله‌ای شبیه به قطار به سکوی پرتاب منتقل می‌کند و سپس آن‌ها را به حالت ایستاده بلند می‌کند.

همچنین سکوهای پرتاب دارای ویژگی‌هایی هستند که آسیب‌های ناشی از پرتاب راکت را به حداقل برساند. هنگامی که یک راکت برای اولین بار مشتعل می‌شود دریچه‌هایی که روی سکوی پرتاب قرار دارند صدها هزار گالن آب را در اطراف لوله‌ای که از آن گازهای ناشی از سوخت با فشار خارج می‌شود به هوا می‌پاشند این کار به کاهش غرش کر کننده و بسیار بلند راکت کمک می‌کند. گودال‌های زیر سکوی پرتاب نیز گازهای خروجی موشک را به سمت خارج ودور از راکت هدایت می‌کنند، بنابراین شعله‌های آتش نمی‌تواند مجدداً بالا برود و خود راکت را ببلعد.

کراولر مجتمع فضایی کندی ناسا
تصویر ۷: کراولر حمل کننده راکت در مجتمع فضایی کندی ناسا

برای آشنایی بیشتر با مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما، می‌توانید فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB + اینجا کلیک کنید.

راکت‌ها از کجا پرتاب می‌شوند؟

سکوهای پرتاب فضایی بسیاری در سرتاسر جهان وجود دارد که هرکدام مزیت‌ها و معایب مختلفی دارند. به طور کلی هرچه یک سایت پرتاب به خط استوا نزدیکتر باشد کارایی آن نیز بیشتر است.

دلیل این موضوع آن است که خط استوا هنگام چرخش سیاره سریع‌تر از قطب‌های زمین حرکت می‌کند، مانند لبه خارجی صفحه‌های موسیقی چرخان. با ساخت سایت‌های فضایی در عرض‌های بالاتر ماهواره‌ها به راحتی در مدارهایی که از بالای قطب‌ها عبور می‌کنند قرار می‌گیرند.

بین سال‌های 1957 و 2017 بیست و نه مجتمع فضایی پرتاب فضاپیما، ماهواره‌ها و یا حتی انسان‌ها را در مدار قرار داده‌اند. بسیاری از سایت‌ها هنوز فعال هستند از جمله سه سایت فضایی که از آن امکان پرتاب انسان به مدار وجود دارد.

فرودگاه‌های فضایی بیشتری اعم از دولتی و خصوصی در حال ساخت و توسعه هستند. در سال 2018، شرکت راکت لبز ایالات متحده و نیوزیلند ماهواره‌هایی را از سکوی پرتاب خصوصی خود در شبه جزیره ماهیا نیوزلند به مدار زمین پرتاب کردند.

از کجا می‌توانیم پرتاب راکت را ببینیم؟

در ایالات متحده، مرکز فضایی کندی ناسا به طور مرتب برای کسانی که علاقه‌مند به مشاهده پرتاب راکت هستند امکان بازدید را فراهم می‌کند. مرکز پرتاب راکت «والپز» (Wallops) ناسا در ویرجینیا نیز امکان مشاهده پرتاب راکت را از مرکز خود برای بازدید کنندگان فراهم می‌کند.

مرکز Wallops ناسا
تصویر ۸: مرکز Wallops ناسا

فرودگاه فضاپیمای آژانس فضایی اروپا در گویان فرانسه نیز برای بازدید کنندگان آزاد است، اما این آژانس از بازدید کنندگان می‌خواهد که از قبل بازدید خود را رزرو کنند.

همچنین توریست‌ها می‌توانند از پایگاه فضایی «بایکونور» (Baikonur Cosmodrome) قزاقستان که محل اصلی برنامه‌های فضایی شوروی و روسیه است با رزرو تور دیدن کنند. این مرکز از مناطق محافظت شده است.

بازدید از پرتاب راکت
تصویر 9: یک کشیش ارتدوکس روسی در 16 دسامبر 2017 فضاپیمای سایوز MS-07 را که در سکوی پرتاب فضایی بایکونور قزاقستان به روسیه اجاره داده شده بود را متبرک می‌کند. روز بعد از این مراسم، سایوز سه نفر را به ایستگاه فضایی بین المللی منتقل کرد.

اگر نمی‌توانید به صورت حضوری از یک منطقه پرتاب فضایی و پرتاب یک راکت دیدن کنید نگران نباشید زیرا بسیاری از مراکز فضایی عمومی و شرکت‌های خصوصی برنامه‌های پرتاب راکت‌های خود را به صورت آنلاین نمایش می‌دهند.

قطعات اصلی یک راکت چه هستند؟

هر راکت از چهار قسمت اصلی تشکیل شده که شامل دماغه، باله‌ها، بدنه موشک و موتور است. دماغه راکت محموله اصلی راکت را حمل می‌کند. محموله‌های معمول راکت شامل فضانوردان، ماهواره‌ها، ابزارهای علمی و حتی مواد منفجره است. همچنین دماغه ممکن است حاوی سیستم هدایتی باشد که جهت پرواز راکت را کنترل می‌کند. برای به حداقل رساندن اصطکاک دماغه باید به شکل گرد یا گلوله مانند باشد. این ویژگی سبب می‌شود تا راکت دارای قسمت جلویی کوچک و گرد باشد.

باله راکت سبب می‌شود تا راکت به صورت مستقیم و عمودی پرواز کند. بدون باله‌ها راکت از کنترل خارج می‌شود. در هنگام ساخت راکت طراح باید عواملی مانند اندازه، شکل، تعداد و محل پره‌ها را در نظر بگیرد. باله‌ها باید همیشه در عقب راکت قرار بگیرند مگر اینکه راکت دارای یک سیستم هدایت کنترل شده رایانه‌ای باشد.

بدنه راکت پیشرانه و موتور راکت را در خود جای داده است. همچنین باله‌ها نیز به بدنه راکت متصل می‌شوند.

موتورهای راکت ترکیبی از مواد شیمیایی به نام پیشرانه را می‌سوزانند. پیشرانه از دو قسمت سوخت و اکسید کننده تشکیل شده است. بدون اکسید کننده سوخت موشک نمی‌تواند بسوزد زیرا اکسیژن در فضا وجود ندارد.

همچنین یک راکت شامل سیستم هدایت نیز است. این سیستم هدایت شامل سنسورهای بسیار پیچیده، صفحات کامپیوتری، رادارها و تجهیزات ارتباطی برای هدایت راکت در پرواز است.

اجزای اصلی راکت
تصویر ۱۰: اجزای اصلی راکت

روش‌های مختلفی برای کنترل راکت‌ها در پرواز وجود دارد. سیستم هدایت V2 شامل پره‌های کوچک در خروجی نازل راکت برای ایجاد انحراف رانش در موتور است. راکت‌های مدرن و امروزی معمولاً نازل را برای مانور بیشتر راکت می‌چرخانند. سیستم هدایت همچنین باید مقداری ثبات و پایداری را فراهم کند تا راکت در پرواز سقوط نکند.

همچنین در ساختار یک راکت با توجه به اینکه سوخت آن جامد است یا مایع کمی تغییرات ایجاد می‌شود. سیستم‌های سوخت مایع، پیشرانه را در مخازن خارج از محفظه احتراق حمل می‌کنند. بیشتر این موتورها از اکسید کننده مایع و سوخت مایع استفاده می‌کنند که توسط مخزن‌های مربوطه توسط پمپ‌ها منتقل می‌شوند.

در یک موتور راکت با سوخت جامد (SRM) پیشرانه متشکل از یک یا چند قطعه است که مستقیماً در جعبه موتور سوار شده‌اند که هم به عنوان مخزن پیشرانه و هم محفظه احتراق عمل می‌کنند. پیشرانه معمولاً طوری تنظیم می‌شود که بدنه موتور را از گرم شدن محافظت کند.

ساختار موشک با سوخت مایع و جامد
تصویر ۱۱: تفاوت ساختار موشک با سوخت مایع و جامد

از کدام سوخت در راکت استفاده می شود؟

موشک‌های مدرن تمایل به استفاده از سوخت‌های مایع، جامد و یا ترکیبی دارند. اشکال و انواع سوخت مایع راکت شامل نفت (مانند نفت سفید)، کرایوژن‌ها (مانند هیدروژن مایع) یا مواد گلخانه‌ای (مانند هیدرازین) هستند.

در بعضی موارد الکل، پراکسید هیدروژن یا اکسیدهای نیتروژن نیز می‌توانند استفاده شوند.

پیشرانه‌های جامد به دو صورت همگن و مرکب تولید می‌شوند. هر دو گروه بسیار متراکم و در دمای اتاق پایدار هستند و به راحتی ذخیره می‌شوند. سوخت جامد همگن می‌تواند یک پایه ساده مانند نیتروسلولز یا یک پایه دوتایی مانند مخلوطی از نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین باشد. از طرف دیگر، پیشرانه‌های جامد مرکب از نمک معدنی متبلور یا ریز آسیاب شده به عنوان اکسید کننده استفاده می‌کنند.

در بیشتر موارد سوخت واقعی راکت متمایل به آلومینیوم است. سوخت و اکسیدکننده معمولاً همراه با یک چسب پلیمری نگهداری می‌شوند که در هنگام احتراق نیز مصرف می‌شود.

فرق راکت و موشک

برای صحبت در مورد این تفاوت ابتدا باید معرفی مختصری از موشک ارائه دهیم و سپس به تفاوت مکانیزم این دو بپردازیم.

موشک چیست؟

موشک یک سلاح راکتی طراحی شده برای تحویل یک کلاهک انفجاری با دقت بسیار زیاد و در سرعت بالا است. موشک‌ها از سلاح‌های تاکتیکی کوچک مانند تفنگ که برد پرتاب آن‌ها فقط تا چندین متر است و یا سلاح‌های استراتژیک بسیار بزرگتر که دامنه و برد آن‌ها چند هزار کیلومتر است متفاوت هستند.

تقریباً همه موشک‌ها حاوی نوعی مکانیسم هدایت و کنترل هستند و از این رو اغلب به آن‌ها موشک‌های هدایت شونده گفته می‌شود.

ساختار موشک
تصویر ۱۲: ساختار موشک

به یک موشک نظامی غیر هدایت شده و همچنین هر وسیله پرتابی که برای حرکت در جو فوقانی یا قرار دادن ماهواره در فضا استفاده می‌شود، معمولاً راکت گفته می‌شود.

به علاوه یک موشک زیر آب را اصطلاحاً اژدر یا Torpedo می‌نامند و یک موشک هدایت شونده در امتداد یک مسیر پرواز در ارتفاع پایین با موتور جت را موشک کروز می‌نامیم.

فرق راکت و موشک چیست؟

یک راکت اصطلاحاً براساس حالت خودرانش نامگذاری می‌شود. در حالی که یک موشک بر اساس اصابت آن توسط یک موتور موشک یا غیره به منظور آسیب رساندن و به عنوان یک سلاح شناخته می‌شود.

این دو دسته به طور قابل توجهی همپوشانی دارند، زیرا راکت‌ها معمولاً به عنوان پیشرانه موشک‌ها با یا بدون سیستم هدایت در پرواز استفاده می‌شوند.

به عنوان مثال یک کلاهک انفجاری را بالای راکت اطلس قرار دهید و آن را به سمت دشمن یا هدف تمرینی پرتاب کنید. در حقیقت شما کل مجموعه راکت را به یک موشک تبدیل کرده‌اید.

یک فضاپیما را در بالای یک موشک قرار دهید و مجموعه شما به یک راکت تبدیل می‌شود و دیگر موشک نیست. سلاحی که گزارش شده هواپیمای مسافربری مالزی را به زمین انداخته است هم راکت است و هم موشک و می‌توان اصطلاحاً در این حالت این دو را یکی نامید که در این اتفاق اصطلاح موشک بهتر است.

در حقیقت موشک و راکت در محموله‌ خود و سیستم هدایتی با یکدیگر متفاوت می‌شوند. محموله یک موشک مواد منفجره است و محموله یک راکت فضاپیما یا ابزارهای مختلف فضایی است.

چگونه در خانه راکت بسازیم؟

در این قسمت سه روش بسیار ساده ساخت راکت در خانه را به شما آموزش می‌دهیم. مسلماً انتظار سفر به ماه یا قرار گرفتن در مدار زمین را با این راکت نداشته باشید ولی می‌توانید به طور عملی با طرز کار راکت آشنا شوید.

راکت کبریتی

مرحله اول دو چوب کبریت را در یک فویل آلومینیومی پیچیده به طوری که سر ساده آن از فویل بیرون بماند و سر گوگرد دار آن در فویل قرار بگیرد. سر فویل را که قسمت گوگرد دار کبریت در آن قرار گرفته کاملاً محکم کنید و سر دیگر را آزاد بگذارید.

مرحله اول ساخت راکت کبریتی
تصویر ۱۳: مرحله اول ساخت راکت کبریتی

یک تکه مقوای ضخیم انتخاب کرده و سر کبریت‌ها را در داخل مقوا قرار دهید. این کار کمک می‌کند تا راکت خود را به هر سمتی که دوست دارید هدایت کنید. در حقیقت این مقوا نقش سکوی پرتاب را برای راکت شما ایفا می‌کند.

مرحله دوم ساخت راکت کبریتی
تصویر ۱۴: مرحله دوم ساخت راکت کبریتی

قسمتی از فویل را که قسمت گوگرد دار کبریت را پوشانده‌اید با شمع یا یک فندک گرم کنید. این قسمت زمانی که به اندازه کافی گرم شود شعله ور شده و به سمت دیگر راکت کبریتی شما نیز این انرژی فرستاده می‌شود. در نتیجه فویل از چوب کبریت‌های تعبیه شده جدا می‌شوند و پوشش فویلی پرتاب می‌شود.

مرحله سوم ساخت راکت کبریتی
تصویر ۱۵: مرحله سوم ساخت راکت کبریتی

پرتاب راکت با هوا و آب

مواد و اسباب زیر را را آماده کنید. دقت کنید که در این ساختار بطری آب معدنی پلاستیکی، مخروط کاغذی و دو تکه کاغذ یا مقوای مثلثی شکل نقش بدنه راکت را دارد. از مداد برای استند نگه دارنده راکت خود استفاده می‌کنید. همچنین برای ورود فشار به بطری پلاستیکی به چوب پنبه، آب و پمپ باد دوچرخه نیاز دارید.

مرحله اول راکت آبی
تصویر ۱۶: مرحله اول ساخت راکت آبی

با استفاده از مخروط کاغذی در انتهای بطری نیروی درگ بطری پلاستیکی را کاهش دهید. کاغذ یا مقوای مثلثی را به دو سمت بطری متصل کنید که نقش باله را ایفا می‌کنند. باله‌ها باید در نیمه بالایی بطری قرار بگیرند.

مرحله دوم راکت آبی
تصویر ۱۷: مرحله دوم ساخت راکت آبی

سه مداد را که نقش استند بطری را دارند در انتهای دیگر بطری که درب بطری در آن قرار دارد بچسبانید. دقت کنید که سر مدادها باید به سمت زمین قرار بگیرند.

تصویر ۱۸: مرحله سوم ساخت راکت آبی

داخل بطری آب بریزید. تقریباً باید بطری را تا نیمه از آب پر کنید. آب جرم مورد نیاز برای حرکت موشک در هنگام پرتاب را تأمین می‌کند. برای انفجار رنگارنگ می‌توانید رنگ خوراکی به آب داخل بطری اضافه کنید.

مرحله چهارم راکت آبی
تصویر ۱۹: مرحله چهارم ساخت راکت آبی

درب اصلی بطری را دور بندازید و چوب پنبه را به جای درب بطری روی آن قرار دهید و محکم کنید. چوب پنبه اجازه می‌دهد تا فشار در داخل بطری ایجاد شود. همچنین با خروج چوب پنبه مایع داخل بطری با فشار خارج می‌شود و سبب جلو رفتن و شلیک شدن بطری می‌شود.

مرحله پنجم راکت آبی
تصویر ۲۰: مرحله پنجم ساخت راکت آبی

از پمپ باد دوچرخه با سوزن استفاده کنید. سوزن را از طریق چوب پنبه وارد بطری کنید. هنگامی که هوای کافی به بطری پمپ شود فشار باعث می‌شود چوب پنبه خارج شود و راکت به هوا پرتاب شود.

مرحله ششم راکت آبی
تصویر ۲۱: مرحله ششم ساخت راکت آبی

ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

سه مداد را به عنوان پایه در انتهای بطری متصل کنید. دقت کنید که انتهای مدادها به سمت پایین باشد این موضوع کمک می‌کند تا مطمئن شوید که نوک مدادها زمین را لمس می‌کنند و بطری به طور عمودی قرار گرفته است.

مرحله اول ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۲: مرحله اول ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

دو قاشق غذاخوری جوش شیرین را در دستمالی ریخته و آن را رول کنید. مطمئن شوید که دو سر دستمال را محکم کرده‌اید به طوری که هیچ جوش شیرینی از دستمال خارج نشود. این امر باعث تاخیر زمانی در واکنش بسیار سریع سرکه و جوش شیرین می‌شود.

مرحل ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۳: مرحله دوم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

از یک قیف برای پر کردن بطری با سرکه استفاده کنید. سرکه اسیدی است و برای خنثی سازی با جوش شیرین بسیار شدید واکنش نشان می‌دهد. در این واکنش دی اکسید کربن تولید می‌شود که باعث ایجاد فشار در داخل بطری خواهد شد.

مرحله سوم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۴: مرحله سوم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

بسته جوش شیرین را داخل سرکه بیندازید. از این مرحله به بعد باید سرعت عمل به خرج دهید. زیرا بافت دستمال حاوی جوش شیرین به سرعت باز می‌شود و واکنش شیمیایی به محض تماس جوش شیرین با سرکه آغاز خواهد شد.

مرحله چهارم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۵: مرحله چهارم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

چوب پنبه را به سرعت در دهانه بطری قرار دهید. چوب پنبه از خروج گازها از بطری جلوگیری کرده و باعث ایجاد فشار در داخل بطری می‌شود. با قرار دادن چوب پنبه بر روی بطری، آن را به صورت وارونه روی مدادها قرار دهید.

مرحله پنجم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۶: مرحله پنجم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

با باز شدن بافت دستمال حاوی جوش شیرین و واکنش جوش شیرین و سرکه گاز زیادی در داخل بطری ایجاد می‌شود و باعث می‌شود چوب پنبه از انتهای بطری راکتی خارج شود. این نیرو راکت را از زمین و به سمت هوا سوق می‌دهد.

مرحله ششم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی
تصویر ۲۷: مرحله ششم ساخت راکت با مواد شیمیایی خانگی

معرفی فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB

آموزش

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB کرده است. این مجموعه آموزشی از پنج درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته مهندسی هوافضا و مکانیک مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش سیستم های کنترل خطی و مجموعه آموزش های برنامه نویسی متلب (MATLAB) است.

درس اول این مجموعه مروری بر مفاهیم و کلیات مدل‌سازی و کنترل فضاپیما با متلب (MATLAB) دارد و درس دوم به دینامیک و سینماتیک وضعیت فضاپیما مانند مومنتوم، انرژی جنبشی دورانی، ماتریس ممان اینرسی، معادلات ممان اویلر و غیره می‌پردازد. در درس سوم روش‌های مانور وضعیت در فضا معرفی و بررسی می‌شود این روش‌ها شامل قانون فرمان کنترل با استفاده از خطاهای زوایای اویلر، قانون فرمان کنترلی با استفاده از ماتریس خطای کسینوس هادی، قانون فرمان کنترلی حول محور دوران اویلر و قانون فرمان کنترلی با استفاده از بردار خطای کواترنیون است. درس چهارم به کنترل با وسایل تبادل مومنتوم اختصاص دارد و مباحثی مانند کنترل توسط وسایل تبادل مومنتوم، مدل وسیله تبادل مومنتوم، مدل ایده آل چرخ عکس العملی و غیره بررسی می‌شود. در نهایت و در درس پنجم شبیه‌سازی مثال‌های کتاب انجام می‌شود که شامل طراحی کنترل مدرن برای کنترل وضعیت فضاپیما و طراحی کنترل LQR برای کنترل وضعیت فضاپیما است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB + اینجا کلیک کنید.

جمع بندی

در این مطلب در مورد راکت صحبت کردیم. همچنین تاریخچه و پرتاب یک راکت را توضیح دادیم و در مورد نحوه کار راکت و سوخت‌های آن نیز مباحثی بیان کردیم. در ادامه در مورد موشک و تفاوت آن با راکت مطالبی عنوان شد و در نهایت نحوه ساخت راکت را با لوازم ساده داخل خانه آموزش دادیم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سارا داستان (+)

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “راکت چیست و چگونه کار می کند؟ — آموزش ساختار راکت | علمی و به زبان ساده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *