فاستراك (محرك صاروخي)

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

كان محرك فاستراك محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود السائل، ويُغذى بمضخة توربينية . صممت ناسا هذا المحرك كجزء من مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام X-34 منخفضة التكلفة [ 4 ] ، وكجزء من مشروع تقنية المعززات منخفضة التكلفة (LCBT، المعروف أيضًا باسم بانتام) [ 5 ] . عُرف هذا المحرك لاحقًا باسم محرك MC-1 عند دمجه في مشروع X-34 .

تصميم

صُمم محرك المضخة التوربينية للاستخدام في معزز قابل للاستهلاك ضمن مشروع LCBT. ونتيجةً لذلك، تم اللجوء إلى استخدام المواد المركبة نظرًا لانخفاض تكلفتها وسرعة إنتاجها بشكل ملحوظ؛ كما ساهم ذلك في تبسيط المحرك لعدم استخدام الوقود لتبريد الفوهة. واستنادًا إلى المعرفة والخبرة المكتسبة من محرك الصاروخ الصلب القابل لإعادة الاستخدام (RSRM) التابع لمكوك الفضاء وبرنامج سلامة الدفع الصلب (SPIP)، [ 6 ] تم اختيار مادة السيليكا/الفينولية للبطانة المقاومة للتآكل مع تداخل هيكلي من الكربون/الإيبوكسي.

استخدم المحرك الأكسجين السائل كمؤكسد والكيروسين ( RP-1 ) كوقود. تُستخدم هذه المواد الدافعة في محرك الصاروخ F-1 على متن صاروخ ساتورن 5. لا يُنتج الكيروسين نفس الطاقة التي يُنتجها الهيدروجين، المستخدم في مكوك الفضاء ، ولكنه أرخص وأسهل في التعامل والتخزين. تم تغذية الوقود الدافع عبر مضخة توربينية أحادية العمود ذات دافع مزدوج تعمل بالأكسجين السائل/RP-1 . [ 7 ]

تم تشغيل المحرك باستخدام مشعل احتراق فائق من نوع TEA / TEB للحفاظ على تصميم بسيط. [ 8 ] تم حقن الكيروسين وبدأ المحرك بالعمل. ثم تم تغذية الوقود الدافع إلى مولد الغاز للخلط وغرفة الاحتراق.

يستخدم المحرك دورة مولد غاز لتشغيل التوربين ذي المضخة التوربينية، والذي يقوم بدوره بتصريف هذه الكمية الصغيرة من الوقود المستهلك. هذه هي الدورة نفسها المستخدمة في صواريخ ساتورن، ولكنها أقل تعقيدًا بكثير من نظام محرك مكوك الفضاء.

استخدم المحرك فوهة مركبة من ألياف الكربون رخيصة الثمن وقابلة للاستهلاك ومبردة بالتبخير ، وأنتج قوة دفع تبلغ 60,000 رطل (285 كيلو نيوتن). بعد الاستخدام، يمكن إعادة استخدام جميع أجزاء المحرك تقريبًا. [ 9 ]  

خلال مرحلة البحث في عام 1999، بلغت تكلفة كل محرك من محركات فاستراك حوالي 1.2 مليون دولار. [ 10 ] وكان من المتوقع أن تنخفض تكاليف الإنتاج إلى 350 ألف دولار لكل محرك.

تاريخ

بدأت اختبارات نظام المحرك على مستوى النظام في عام 1999 في مركز ستينيس الفضائي . [ 11 ] وكانت الاختبارات السابقة قد أُجريت على مكونات فردية في مركز مارشال لرحلات الفضاء . بدأت ناسا اختبارات التشغيل الكامل للمحرك في مارس 1999، باختبار مدته 20 ثانية لإثبات كفاءة نظام المحرك بالكامل. [ 12 ] وتم اختبار المحرك بكامل طاقته لمدة 155 ثانية في 1 يوليو 1999. [ 13 ] وتم تحديد موعد لإجراء 85 اختبارًا خلال الفترة المتبقية من عام 1999. وبحلول عام 2000، أُجري 48 اختبارًا على ثلاثة محركات باستخدام ثلاث منصات اختبار. [ 8 ]

تم تركيب المحرك الأول على المركبة X-34 A1 التي تم الكشف عنها في مركز أبحاث الطيران درايدن التابع لناسا في 30 أبريل 1999. [ 7 ]

أُلغي برنامج فاستراك في عام 2001. [ 4 ] بعد فاستراك، حاولت ناسا الاستفادة من هذا التصميم في صواريخ أخرى مثل روتون التابع لشركة روتاري روكيت ومشروع إكس-34 التابع لشركة أوربيتال . وتم تغيير اسم محرك الصاروخ من فاستراك 60K إلى مركز مارشال - 1 (MC-1). أُغلق مشروع MC-1 بحلول يوليو 2009، بعد إنهاء مشروع إكس-34 في مارس 2009. [ 14 ]

عناصر

تعاونت وكالة ناسا مع شركاء صناعيين لتحقيق الهدف الرئيسي المتمثل في استخدام مكونات تجارية جاهزة. وشمل هؤلاء الشركاء شركات Summa Technology Inc. و Allied Signal Inc. و Marotta Scientific Controls Inc. و Barber-Nichols Inc. و Thiokol Propulsion .

إرث

تم تطبيق مجموعة مماثلة من الحلول التقنية التي تُخفّض تكلفة المحرك في محرك ميرلين 1A التابع لشركة سبيس إكس ، والذي استخدم مضخة توربينية من نفس المُقاول الفرعي. [ 15 ] كان محرك ميرلين 1A أكبر حجمًا بعض الشيء، حيث بلغت قوة دفعه 77,000 رطل (340 كيلو نيوتن) مقابل 60,000 رطل (270 كيلو نيوتن) لمحرك فاستراك. وقد تمكّن التصميم الأساسي نفسه من تحقيق مستويات دفع أعلى بكثير بعد ترقية المضخة التوربينية. وحققت نسخ مختلفة من محرك ميرلين 1D قوة دفع بلغت 190,000 رطل (850 كيلو نيوتن) اعتبارًا من مايو 2018، [ 16 ] على الرغم من أن غرفة الاحتراق تُبرّد الآن بشكل متجدد . [ 17 ]      

تحديد

  • قوة الدفع بالشفط: 60,000 رطل (270 كيلو نيوتن)  
  • النبضة النوعية في الفراغ: 314 ثانية (3.0  كيلو نيوتن·ثانية/كجم)
  • ضغط الحجرة: 633 رطل لكل بوصة مربعة (4.36 ميجا باسكال؛ 43.6 بار) [ 18 ]   
  • إجمالي معدل تدفق الكتلة: 91.90  كجم/ثانية
  • ضغط مولد الغاز: 39.64 بار (3.964 ميجا باسكال؛ 574.9 رطل لكل بوصة مربعة)   
  • درجة حرارة مولد الغاز: 888.89 كلفن
  • قطر الحلق: 0.22 متر
  • الوقود: RP-1 (كيروسين من الدرجة المستخدمة في صناعة الصواريخ)
  • المؤكسد: الأكسجين السائل

انظر أيضاً

مراجع

المجال العام تتضمن هذه المقالة مواد متاحة للعموم من مواقع إلكترونية أو وثائق تابعة لوكالة ناسا .

  1. ↑ "مضخات التوربينات لمحركات الصواريخ" (ملف PDF) . باربر نيكولز . تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2019 .
  2. ↑ تحليل أنظمة محرك صاروخي عالي الدفع ومنخفض التكلفة (ملف PDF) ، مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 2016-03-04 ، تم استرجاعه بتاريخ 2012-03-31
  3. 1 2 "فاستراك" . www.astronautix.com . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016.
  4. اختبار Fastrac II Bantam 40K ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-07-2015 ، تم استرجاعه بتاريخ 11-01-2015
  5. ↑ "تصنيع غرفة احتراق/فوهة مركبة لمحرك فاستراك" (ملف PDF) . يناير 2000. تم الاطلاع عليه في 6 سبتمبر 2019 .
  6. ↑ باتلر، باري ل. (فبراير 1993). برنامج سلامة الدفع الصلب لتعزيز موثوقية محركات الصواريخ الصلبة القابلة للتحقق (تقرير). ناسا . تم الاطلاع عليه في 6 سبتمبر 2019 - عبر أرشيف الإنترنت.
  7. 1 2 "مضخات التوربينات لمحركات الصواريخ" . باربر-نيكولز . تم الاطلاع عليه في 6 سبتمبر 2019 .
  8. ١ ٢ بالارد، ريتشارد أو.؛ ​​أوليف، تيم؛ تيرنر، جيمس إي. (يناير ٢٠٠٠). حالة تطوير محرك ناسا MC-1 (فاستراك) . المؤتمر المشترك السادس والثلاثون للدفع. doi : 10.2514/6.2000-3898 . hdl : 2060/20000097369 . AIAA 2000-3898 – عبر خادم التقارير الفنية لناسا (NTRS).
  9. ↑ "محرك فاستراك - دفعة لإطلاق فضائي منخفض التكلفة" . nasa.gov . مؤرشف من الأصل في 2 مارس 2010.
  10. ↑ وايد، مارك. "فاستراك" . رائد الفضاء.كوم . تم الاسترجاع في 6 سبتمبر 2019 .
  11. ↑ دينيس، هنري جيه؛ ساندرز، تي. (يناير 2000). برنامج اختبار مكونات مولد الغاز لمحرك ناسا فاستراك ونتائجه . المؤتمر المشترك السادس والثلاثون للدفع. doi : 10.2514/6.2000-3401 . hdl : 2060/20000064017 . AIAA 2000-3401 – عبر خادم التقارير الفنية لناسا (NTRS).
  12. ↑ "نجاح اختبار إطلاق النار الساخن لمحرك Fastrac بالكامل" . ScienceDaily . تم الاطلاع عليه في 8 يوليو 2024 .
  13. ↑ "اختبار محرك X-34 Fastrac" . SpaceDaily . تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2019 .
  14. ↑ "برنامج اختبار مركز مارشال-1 (MC-1)" . مؤرشف من الأصل في 13 أغسطس 2020. تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2019 .
  15. ↑ " مضخات توربينية لمحركات الصواريخ | باربر نيكولز" . www.barber-nichols.com
  16. ↑ بيرغر، إريك [@SciGuySpace] (10 مايو 2018). "ماسك: زيادة قوة دفع محرك صاروخ ميرلين بنسبة 8 بالمائة، لتصل إلى 190,000 رطل" ( تغريدة ) - عبر تويتر .
  17. ↑ مجموعة مواد صحفية لمهمة كاسيوب التابعة لشركة سبيس إكس (سبتمبر 2013)، صفحة 10 (ملف PDF) ، مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 12 أبريل 2017 ، تم استرجاعها بتاريخ 11 يناير 2015
  18. ↑ براون، كيندال ك.؛ سباركس، ديف؛ وودكوك، جوردون. غرفة دفع مبردة بالتجديد لمحرك فاستراك . المؤتمر المشترك السادس والثلاثون للدفع. doi : 10.2514/6.2000-3286 . hdl : 2060/20000091017 . AIAA 2000-3286 – عبر خادم التقارير الفنية التابع لناسا (NTRS).
ملحوظة
  • "برنامج محرك ناسا فاستراك" . 1999. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أغسطس 2010 .
  • بالارد، آر أو؛ أوليف، تي: حالة تطوير محرك ناسا MC-1 (فاستراك)؛ المؤتمر والمعرض المشترك للدفع التابع لـ AIAA/ASME/SAE/ASEE، 2000 هانتسفيل، ألاباما، AIAA 2000-3898