دافع الغاز البارد

• يُتيح غياب الاحتراق في فوهة دافع الغاز البارد استخدامه في حالات تكون فيها محركات الصواريخ السائلة التقليدية شديدة الحرارة، مما يُغني عن الحاجة إلى تصميم أنظمة إدارة الحرارة.
• يسمح التصميم البسيط بأن تكون المحركات النفاثة أصغر من محركات الصواريخ العادية، مما يجعلها خيارًا مناسبًا للمهام ذات متطلبات الحجم والوزن المحدودة.
• نظام الغاز البارد ووقوده غير مكلف مقارنة بمحركات الصواريخ العادية.
• التصميم البسيط أقل عرضة للأعطال من محرك الصاروخ التقليدي.
• تُعدّ أنواع الوقود المستخدمة في نظام الغاز البارد آمنة للاستخدام قبل وبعد تشغيل المحرك. وفي حال استخدام وقود خامل، يُعتبر نظام الغاز البارد من أكثر محركات الصواريخ أمانًا. ^{[ 1 ]}
• لا تقوم محركات الدفع بالغاز البارد بتكوين شحنة صافية على المركبة الفضائية أثناء التشغيل.
• تتطلب محركات الدفع بالغاز البارد طاقة كهربائية قليلة جدًا للتشغيل، وهو أمر مفيد، على سبيل المثال، عندما تكون المركبة الفضائية في ظل الكوكب الذي تدور حوله.

• لا يمكن لنظام الغاز البارد أن ينتج قوة الدفع العالية التي يمكن أن تحققها محركات الصواريخ الاحتراقية.
• تعتمد قوة الدفع القصوى لمحرك الغاز البارد على الضغط داخل خزان التخزين. فمع استهلاك الوقود في أنظمة الغاز المضغوط البسيطة، ينخفض ​​الضغط وبالتالي تنخفض قوة الدفع القصوى. ^{[ 3 ]} أما في حالة الغازات المسالة، فيبقى الضغط ثابتًا نسبيًا مع تبخر الغاز السائل واستهلاكه بطريقة مشابهة لعلب الرذاذ.

تتولد قوة الدفع من خلال تبادل الزخم بين العادم والمركبة الفضائية، والذي يُعطى بقانون نيوتن الثاني على النحو التالي:${\displaystyle F={\dot {m}}V_{e}}$أين${\displaystyle {\dot {m}}}$هو معدل التدفق الكتلي، و${\displaystyle V_{e}}$هي سرعة العادم.

بالنسبة لمحرك دفع يعمل بالغاز البارد في الفضاء، حيث صُممت محركات الدفع للتمدد اللانهائي (نظرًا لأن الضغط المحيط يساوي صفرًا)، فإن قوة الدفع تُعطى على النحو التالي:

${\displaystyle F=A_{t}P_{c}\gamma \left[\left({\frac {2}{\gamma -1}}\right)\left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)\left(1-{\frac {P_{e}}{P_{c}}}\right)\right]+P_{e}A_{e}}$

أين${\displaystyle A_{t}}$هي منطقة الحلق،${\displaystyle P_{c}}$يمثل ضغط الحجرة في الفوهة،${\displaystyle \gamma }$هي نسبة الحرارة النوعية ،${\displaystyle P_{e}}$يمثل ضغط خروج الوقود الدافع، و${\displaystyle A_{e}}$هي منطقة خروج الفوهة.

يُعدّ الدفع النوعي ( _Isp ) لمحرك الصاروخ أهمّ مقياس للكفاءة؛ وعادةً ما يُفضّل الحصول على دفع نوعي عالٍ. تتميّز محركات الغاز البارد بدفع نوعي أقلّ بكثير من معظم محركات الصواريخ الأخرى، لأنها لا تستفيد من الطاقة الكيميائية المخزّنة في الوقود. يُعطى الدفع النوعي النظري للغازات الباردة بالمعادلة التالية:

${\displaystyle I_{sp}={\frac {C^{*}}{g_{0}}}\gamma {\sqrt {\left({\frac {2}{\gamma -1}}\right)\left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)^{\frac {\gamma +1}{\gamma -1}}\left(1-{\frac {P_{e}}{P_{c}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}}}}$

أين${\displaystyle g_{0}}$هي الجاذبية القياسية و${\displaystyle C^{*}}$هي السرعة المميزة التي تُعطى بواسطة

${\displaystyle C^{*}={\frac {a_{0}}{\gamma \left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)^{\frac {\gamma +1}{2(\gamma -1)}}}}}$

أين${\displaystyle a_{0}}$هي سرعة الصوت للوقود الدافع.

تعتبر محركات الدفع بالغاز البارد مناسبة بشكل خاص لوحدات دفع رواد الفضاء نظرًا لطبيعة مواد الدفع الخاملة وغير السامة.

تُستخدم محركات دفع غاز بارد أكبر حجماً للمساعدة في التحكم في وضعية المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس أثناء عودته إلى الأرض. ^{[ 7 ]}

في تغريدة نشرها في يونيو 2018، اقترح إيلون ماسك استخدام محركات الدفع بالغاز البارد التي تعمل بالهواء لتحسين أداء السيارات. ^{[ 8 ]}

في سبتمبر 2018، نجحت شركة بوش في اختبار نظامها التجريبي للسلامة، المصمم لتصحيح مسار دراجة نارية منزلقة باستخدام دافعات الغاز البارد. يستشعر النظام انزلاق العجلة الجانبي، ويستخدم دافعًا جانبيًا يعمل بالغاز البارد لمنع الدراجة النارية من الانزلاق أكثر. ^{[ 9 ]}