Cara Kerja Rocket Solid Propellant

Roket propelan padat mencakup semua roket kembang api yang lebih tua, namun, sekarang ada bahan bakar, desain, dan fungsi yang lebih maju dengan propelan padat.

Propelan padat roket diciptakan sebelum roket berbahan bakar cair. Jenis propelan padat dimulai dengan kontribusi oleh para ilmuwan Zasiadko, Constantinov, dan Congreve. Sekarang dalam keadaan maju, roket propelan padat tetap digunakan secara luas hari ini, termasuk mesin pendorong ganda Space Shuttle dan tahap pendorong seri Delta.

Luas permukaan adalah jumlah propelan yang terpapar api pembakaran interior, yang ada dalam hubungan langsung dengan dorong. Peningkatan luas permukaan akan meningkatkan daya dorong tetapi akan mengurangi waktu bakar karena propelan dikonsumsi pada kecepatan yang dipercepat. Daya dorong optimal biasanya merupakan gaya konstan, yang dapat dicapai dengan mempertahankan area permukaan konstan di seluruh luka bakar.

Contoh-contoh desain butiran area permukaan yang konstan meliputi: pembakaran ujung, pembakaran inti-internal, dan inti-luar, dan pembakaran inti bintang internal.

Berbagai bentuk digunakan untuk optimalisasi hubungan butiran-dorong karena beberapa roket mungkin memerlukan awalnya komponen dorong tinggi untuk lepas landas sementara dorong lebih rendah akan cukup dorong regresif pasca-peluncurannya Persyaratan. Pola inti butir yang rumit, dalam mengendalikan area permukaan yang terbuka dari bahan bakar roket, seringkali memiliki bagian yang dilapisi dengan plastik yang tidak mudah terbakar (seperti selulosa asetat). Lapisan ini mencegah api pembakaran internal agar tidak membakar bagian bahan bakar itu, baru dinyalakan kemudian ketika luka bakar mencapai bahan bakar secara langsung.

Dalam mendesain impuls spesifik butir propelan roket harus diperhitungkan karena dapat menjadi perbedaan kegagalan (ledakan), dan roket penghasil dorong yang berhasil dioptimalkan.

• Setelah roket padat dinyalakan, roket ini akan menghabiskan seluruh bahan bakarnya, tanpa opsi untuk mematikan atau menyesuaikan daya dorong. Roket bulan Saturnus V menggunakan hampir 8 juta pound dorong yang tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan propelan padat, yang membutuhkan propelan cair impuls spesifik tinggi.
• Bahaya yang terlibat dalam bahan bakar prematur dari roket monopropellan yaitu kadang-kadang nitrogliserin adalah bahan.

Salah satu keunggulannya adalah kemudahan penyimpanan roket propelan padat. Beberapa dari roket ini adalah rudal kecil seperti Honest John dan Nike Hercules; yang lain adalah rudal balistik besar seperti Polaris, Sersan, dan Vanguard. Propelan cair dapat menawarkan kinerja yang lebih baik, tetapi kesulitan dalam penyimpanan propelan dan penanganan cairan mendekati nol mutlak (0 derajat Kelvin) telah membatasi penggunaannya tidak dapat memenuhi tuntutan ketat militer membutuhkan daya tembaknya.

Roket berbahan bakar cair pertama kali diteorikan oleh Tsiolkozski dalam bukunya "Investigasi Antar Antar Planet oleh Sarana Alat Reaktif," yang diterbitkan pada 1896. Idenya terwujud 27 tahun kemudian ketika Robert Goddard meluncurkan roket berbahan bakar cair pertama.

Roket berbahan bakar cair mendorong Rusia dan Amerika memasuki era ruang angkasa dengan roket Energiya SL-17 dan Saturn V yang perkasa. Kapasitas dorong tinggi dari roket ini memungkinkan perjalanan pertama kami ke ruang angkasa. "Langkah raksasa bagi umat manusia" yang terjadi pada 21 Juli 1969, ketika Armstrong melangkah ke bulan, dimungkinkan oleh dorongan 8 juta pound dari roket Saturn V.

Dua tangki logam masing-masing memegang bahan bakar dan oksidator. Karena sifat kedua cairan ini, mereka biasanya dimuat ke dalam tangki mereka sesaat sebelum diluncurkan. Tangki terpisah diperlukan, karena banyak bahan bakar cair terbakar pada saat kontak. Setelah satu set peluncuran meluncurkan dua katup terbuka, memungkinkan cairan mengalir turun kerja pipa. Jika katup-katup ini hanya dibuka sehingga propelan cair mengalir ke ruang bakar, a laju dorong yang lemah dan tidak stabil akan terjadi, sehingga umpan gas bertekanan atau umpan turbopump bekas.

Yang lebih sederhana dari keduanya, umpan gas bertekanan, menambahkan tangki gas bertekanan tinggi ke sistem propulsi. Gas, gas yang tidak reaktif, lembam, dan ringan (seperti helium), ditahan dan diatur, di bawah tekanan kuat, oleh katup / regulator.

Solusi kedua, dan sering disukai, untuk masalah pemindahan bahan bakar adalah turbopump. Sebuah turbopump sama dengan pompa biasa yang berfungsi dan mem-bypass sistem bertekanan gas dengan menyedot propelan dan mempercepatnya ke dalam ruang bakar.

Oksidator dan bahan bakar dicampur dan dinyalakan di dalam ruang pembakaran dan dorong dibuat.

Sayangnya, poin terakhir membuat roket propelan cair menjadi rumit dan kompleks. Mesin bipropellant cair modern nyata memiliki ribuan koneksi perpipaan yang membawa berbagai cairan pendingin, bahan bakar, atau pelumas. Juga, berbagai sub-bagian seperti turbopump atau regulator terdiri dari vertigo yang terpisah dari pipa, kabel, katup kontrol, pengukur suhu, dan penyangga pendukung. Mengingat banyak bagian, peluang satu fungsi integral gagal besar.

Seperti disebutkan sebelumnya, oksigen cair adalah oksidator yang paling umum digunakan, tetapi juga memiliki kekurangannya. Untuk mencapai keadaan cair elemen ini, suhu -183 derajat Celcius harus diperoleh - kondisi di mana oksigen mudah menguap, kehilangan sejumlah besar oksidator saja saat memuat. Asam nitrat, pengoksidasi kuat lainnya, mengandung 76% oksigen, dalam keadaan cair di STP, dan memiliki kadar tinggi berat jenisSemua keuntungan besar. Titik terakhir adalah pengukuran yang mirip dengan kerapatan dan karena naik lebih tinggi untuk melakukan kinerja propelan. Tetapi, asam nitrat berbahaya dalam penanganan (campuran dengan air menghasilkan asam kuat) dan menghasilkan produk sampingan berbahaya dalam pembakaran dengan bahan bakar, sehingga penggunaannya terbatas.

Dikembangkan pada abad kedua SM, oleh orang Cina kuno, kembang api adalah bentuk roket tertua dan paling sederhana. Awalnya kembang api memiliki tujuan keagamaan tetapi kemudian diadaptasi untuk penggunaan militer selama abad pertengahan dalam bentuk "panah api."

Selama abad kesepuluh dan ketiga belas, bangsa Mongol dan Arab membawa komponen utama roket-roket awal ini ke Barat: bubuk mesiu. Meskipun meriam, dan pistol menjadi perkembangan utama dari pengenalan bubuk mesiu timur, roket juga menghasilkan. Roket-roket ini pada dasarnya adalah kembang api yang diperbesar yang mendorong, lebih jauh dari busur besar atau meriam, paket bubuk mesiu peledak.

Selama perang imperialistik akhir abad ke-18, Kolonel Congreve mengembangkan roketnya yang terkenal, yang menempuh jarak jangkau empat mil. "Sinar merah roket" (Lagu Kebangsaan Amerika) mencatat penggunaan perang roket, dalam bentuk awalnya strategi militer, selama pertempuran inspirasional Fort McHenry.

Sekering (benang kapas dilapisi dengan bubuk mesiu) dinyalakan oleh korek api atau oleh "punk" (tongkat kayu dengan ujung bercahaya merah seperti batu bara). Sekering ini terbakar dengan cepat ke inti roket tempat ia membakar dinding mesiu inti. Seperti disebutkan sebelumnya salah satu bahan kimia dalam bubuk mesiu adalah kalium nitrat, bahan yang paling penting. Struktur molekul bahan kimia ini, KNO3, mengandung tiga atom oksigen (O3), satu atom nitrogen (N), dan satu atom kalium (K). Tiga atom oksigen yang dikunci dalam molekul ini memberikan "udara" yang digunakan sekering dan roket untuk membakar dua bahan lainnya, karbon dan belerang. Jadi kalium nitrat mengoksidasi reaksi kimia dengan mudah melepaskan oksigennya. Reaksi ini tidak spontan, dan harus dimulai dengan panas seperti pertandingan atau "punk."