تذبذب بوجو

يُعدّ تذبذب بوجو نوعًا من الاهتزازات ذاتية الإثارة في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، وينتج عن عدم استقرار الاحتراق . ^{[ 1 ]} يؤدي الاحتراق غير المستقر إلى تغيرات في قوة دفع المحرك ، مما يتسبب في تغير التسارع المؤثر على الهيكل المرن للمركبة، والذي بدوره يتسبب في تغيرات في ضغط الوقود ومعدل تدفقه، مما يُغلق دورة الإثارة الذاتية .  

الاسم مجازي ، إذ يقارن اهتزاز المحورالطولي بارتداد  عصا القفز  . يُسبب تذبذب عصا القفز ضغطًا على هيكل المركبة، وهو ما قد يكون خطيرًا إذا كان  مفرطًا. [ ^{1 ]}

شرح جورج مولر، المدير المساعد لوكالة ناسا  لشؤون رحلات الفضاء المأهولة، تذبذب أبولو 6 في جلسة استماع بالكونغرس: ^{[2 ]} 

ينشأ التذبذب بشكل أساسي بسبب تقلبات الدفع في المحركات. هذه خصائص طبيعية للمحركات. جميع المحركات تُصدر ما يُمكن تسميته بالضوضاء في ناتجها لأن الاحتراق ليس منتظمًا تمامًا، لذا فإن هذا التذبذب في دفع المرحلة الأولى هو سمة طبيعية لاحتراق جميع المحركات.

والآن، يُغذّى المحرك عبر أنبوب ينقل الوقود من الخزانات إلى المحرك. يشبه طول هذا الأنبوب طول أنبوب الأرغن، لذا فهو يتمتع بتردد رنين خاص به، ويتذبذب تمامًا كما يتذبذب  أنبوب الأرغن.

يشبه هيكل المركبة إلى حد كبير شوكة رنانة ، فإذا ضربتها بالطريقة الصحيحة، ستتذبذب صعودًا وهبوطًا طوليًا . وبشكل عام، فإن التفاعل بين الترددات المختلفة هو ما يتسبب في تذبذب المركبة.

بشكل عام، تحدث ظاهرة التذبذب المفاجئ عندما يؤدي ارتفاع مفاجئ في ضغط غرفة الاحتراق إلى زيادة الضغط العكسي على الوقود الداخل إلى المحرك. هذا يقلل من  تدفق الوقود وبالتالي ضغط الغرفة. بدوره، يؤدي انخفاض ضغط الغرفة إلى تقليل  الضغط العكسي عند مضخة الوقود  ، مما يسمح بدخول المزيد من الوقود  وتكرار الدورة. وبهذه الطريقة، يعمل  محرك الصاروخ الذي يتعرض لتذبذبات مفاجئة، من الناحية النظرية، بشكل مشابه لمحرك النبض النفاث أو محرك التفجير النبضي . 

إذا تزامنت دورة النبض مع تردد رنين الصاروخ، فقد تحدث تذبذبات خطيرة نتيجة التغذية الراجعة الإيجابية ، والتي قد تؤدي في الحالات القصوى إلى تمزق المركبة. ومن بين الحالات الأخرى التي قد تُسبب تقلبات في ضغط الوقود، انثناء  أنابيب الوقود. ^{[3 ] [4 ]}

عانى صاروخ تيتان 2 من تذبذبات حادة خلال مرحلة تطويره، مما أدى إلى تأخير اعتماده لبرنامج جيميني . وتعرضت المرحلة الأولى من صاروخ ساتورن 5 ( S-1C )  لتذبذبات حادة خلال رحلة أبولو 6 ، مما أدى إلى تلف المرحلتين S-2 و S-4B، وكان من المرجح أن يتسبب ذلك في إجهاض الرحلة  لو كانت تحمل  طاقمًا. أما المرحلة الثانية (S-2) فقد شهدت تذبذبات أقل حدة في رحلات أخرى.

تسببت التذبذبات التي حدثت أثناء صعود أبولو 13 في إيقاف تشغيل المحرك المركزي قبل دقيقتين  تقريبًا  من الموعد المحدد. وقد تم تعويض النقص الناتج في قوة الدفع من خلال فترات احتراق أطول للمرحلتين الثانية والثالثة.

إذا تُرك التذبذب دون رادع، فقد يؤدي ذلك إلى أعطال.  وقد حدثت إحدى هذه الحالات في المحرك الأوسط J-2 للمرحلة الثانية ( S-II ) من مهمة أبولو 13 القمرية عام  1970. في  هذه الحالة، توقف المحرك قبل أن تتسبب التذبذبات في إلحاق الضرر بالمركبة. ^{[ 1 ]} وقد طغت الأحداث اللاحقة في هذه المهمة ، والتي أجبرت على إلغاء الهبوط القمري المخطط له، على مشكلة التذبذب . كما لوحظت هذه المشكلة أيضًا في المرحلة الأولى S-IC من رحلة أبولو 6 التجريبية غير المأهولة عام 1968. ^{[5 ]}   

في 21 فبراير 1969، تعرضت إحدى رحلات اختبار صاروخ N1-L3 السوفيتي لظاهرة التذبذب في المرحلة الأولى. وصل الصاروخ إلى مرحلة إيقاف المحرك الأولية، لكنه انفجر بعد 107 ثوانٍ من الإطلاق وتفكك. ^{[ 6 ]} وهناك حالات أخرى خلال عمليات إطلاق غير مأهولة في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، حيث تسبب تأثير التذبذب في فشل كارثي، مثل أول مهمة سوفيتية إلى القمر، لونا E-1 رقم 1 ولونا E-1 رقم 2 ، في سبتمبر وأكتوبر 1958. ^{[7 ] :440-446}      

تستطيع أساليب تحليل الاهتزازات الحديثة مراعاة تذبذب البوجو لضمان ابتعاده عن ترددات الرنين  للمركبة . وتشمل أساليب التخفيف آليات التخميد أو المنافيخ في خطوط الوقود. كان لكل محرك من محركات مكوك الفضاء الرئيسية مخمد في خط الأكسجين السائل ، ^{[ 4 ]} ولكن ليس في خط وقود الهيدروجين .    

• التخميد – تأثير على نظام فيزيائي متذبذب يقلل أو يمنع تذبذبه 
• التغذية الراجعة - عملية يتم فيها استخدام المعلومات المتعلقة بالوضع الحالي للتأثير على الوضع المستقبلي 
• الرنين – خاصية فيزيائية للأنظمة المتذبذبة 
• ديناميكيات التموج – حركة السائل داخل جسم متحرك آخر 
• تحليل الاهتزازات – التذبذبات الميكانيكية حول نقطة التوازن. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​للأهداف المراد إعادة توجيهها. 

• مناقشات مجموعة أخبار sci.space.shuttle حول لعبة بوغو 
• ورقة تقنية لوكالة ناسا حول خطوط الوقود المرنة بما في ذلك  مثبطات الارتجاج
• تعريف مصطلح " تذبذب بوجو" في قاموس ويكشنري