صاروخ يعمل بالوقود الصلب

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن مصادر:  "صواريخ تعمل بالوقود الصلب" – أخبار  · صحف  · كتب  · باحث  · JSTOR ( مارس 2017 ) ( تعرف على كيفية ووقت إزالة هذه الرسالة )

الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب أو الصاروخ الصلب هو صاروخ مزود بمحرك صاروخي يستخدم الوقود الصلب ( الوقود / المؤكسد ). كانت أقدم الصواريخ صواريخ تعمل بالوقود الصلب بواسطة البارود . يمكن أن يُنسب ظهور صواريخ البارود في الحرب إلى الصينيين القدماء، وفي القرن الثالث عشر، لعب المغول دورًا محوريًا في تسهيل تبنيها غربًا. ^[1]

استخدمت جميع الصواريخ بعض أشكال الوقود الصلب أو المسحوق حتى القرن العشرين، عندما قدمت الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل بدائل أكثر كفاءة وقابلية للتحكم. وبسبب بساطتها وموثوقيتها، لا تزال الصواريخ الصلبة تستخدم اليوم في الأسلحة العسكرية في جميع أنحاء العالم، والصواريخ النموذجية ، ومعززات الصواريخ الصلبة وفي التطبيقات الأكبر.

نظرًا لأن الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب يمكن أن تظل مخزنة لفترة طويلة دون تدهور كبير في الوقود، ونظرًا لأنها تنطلق دائمًا تقريبًا بشكل موثوق، فقد تم استخدامها كثيرًا في التطبيقات العسكرية مثل الصواريخ . إن الأداء المنخفض للوقود الصلب (مقارنة بالسوائل) لا يفضل استخدامه كدفع أساسي في مركبات الإطلاق الحديثة المتوسطة إلى الكبيرة المستخدمة عادةً للأقمار الصناعية التجارية والمسبارات الفضائية الرئيسية. ومع ذلك، تُستخدم المواد الصلبة غالبًا كمعززات قابلة للربط لزيادة سعة الحمولة أو كمراحل علوية إضافية مستقرة الدوران عندما تكون هناك حاجة إلى سرعات أعلى من المعتاد. تُستخدم الصواريخ الصلبة كمركبات إطلاق خفيفة للحمولات في مدار أرضي منخفض (LEO) أقل من 2 طن أو حمولات الهروب التي تصل إلى 500 كيلوغرام (1100 رطل). ^{[2] [3]}

يتكون محرك الصاروخ الصلب البسيط من غلاف وفوهة وحبوب ( شحنة دافعة ) ومشعل .

تحترق كتلة الحبيبات الصلبة بطريقة يمكن التنبؤ بها لإنتاج غازات العادم، والتي يتم وصف تدفقها بواسطة تدفق تايلور-كولييك . يتم حساب أبعاد الفوهة للحفاظ على ضغط غرفة التصميم ، مع إنتاج الدفع من غازات العادم.

بمجرد إشعال المحرك الصاروخي الصلب البسيط، لا يمكن إيقاف تشغيله، لأنه يحتوي على جميع المكونات اللازمة للاحتراق داخل الغرفة التي يتم حرقها فيها. يمكن خنق محركات الصواريخ الصلبة الأكثر تقدمًا ، أو إطفائها ^[4] وإعادة إشعالها، عن طريق التحكم في هندسة الفوهة أو من خلال استخدام فتحات التهوية. علاوة على ذلك، تتوفر محركات صاروخية نبضية تحترق في أجزاء، ويمكن إشعالها عند الأمر.

قد تتضمن التصميمات الحديثة أيضًا فوهة قابلة للتوجيه للتوجيه، وأجهزة الطيران ، وأجهزة الاسترداد ( المظلات )، وآليات التدمير الذاتي ، ووحدات الطاقة المساعدة ، والمحركات التكتيكية القابلة للتحكم، ومحركات التحكم في التحويل والموقف القابلة للتحكم ، ومواد الإدارة الحرارية.

اخترع الصينيون في عهد أسرة سونغ في العصور الوسطى شكلًا بدائيًا للغاية من الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. ^[5] تؤكد الرسوم التوضيحية والأوصاف في أطروحة عسكرية صينية في القرن الرابع عشر بعنوان Huolongjing للكاتب العسكري والفيلسوف من أسرة مينغ جياو يو أن الصينيين في عام 1232 استخدموا صواريخ أولية تعمل بالوقود الصلب كانت تُعرف آنذاك باسم " سهام النار " لصد المغول أثناء حصار المغول لكايفنغ . ^{[6] [7]} اتخذ كل سهم شكلًا بدائيًا لأنبوب صاروخي بسيط يعمل بالوقود الصلب مملوء بالبارود. يسمح أحد الطرفين المفتوحين للغاز بالهروب ويتم ربطه بعصا طويلة تعمل كنظام توجيه للتحكم في اتجاه الطيران. ^{[7] [6]}

استخدمت مملكة ميسور في عهد حيدر علي وتيبو سلطان أول صواريخ بأنابيب من الحديد الزهر في خمسينيات القرن الثامن عشر. وكان لهذه الصواريخ مدى يصل إلى أهداف تصل إلى ميل ونصف. وكانت فعالة للغاية في الحرب الأنجلو ميسورية الثانية التي انتهت بهزيمة مذلة لشركة الهند الشرقية البريطانية . وأثارت أنباء نجاح صواريخ ميسور ضد البريطانيين الأبحاث في إنجلترا وفرنسا وأيرلندا وأماكن أخرى. وعندما استولى البريطانيون أخيرًا على حصن سريرانجاباتانا في عام 1799، تم شحن مئات الصواريخ إلى الترسانة الملكية بالقرب من لندن لإجراء هندسة عكسية لها. وقد أدى هذا إلى أول تصنيع صناعي للصواريخ العسكرية بصاروخ كونجريف في عام 1804. ^[8]

في عام 1921، بدأ مختبر البحث والتطوير السوفييتي Gas Dynamics Laboratory في تطوير صواريخ تعمل بالوقود الصلب، مما أدى إلى الإطلاق الأول في عام 1928، والذي طار لمسافة تقارب 1300 متر. ^[9] تم استخدام هذه الصواريخ في عام 1931 لأول استخدام ناجح في العالم للصواريخ للمساعدة في إقلاع الطائرات . ^[10] استمر البحث من عام 1933 من قبل معهد البحوث العلمية التفاعلية (RNII) مع تطوير صواريخ RS-82 وRS-132 ، بما في ذلك تصميم العديد من الاختلافات للقتال أرض-جو، أرض-أرض، جو-أرض وجو-جو. ^[11] كان أقدم استخدام معروف من قبل القوات الجوية السوفييتية للصواريخ المضادة للطائرات غير الموجهة التي تطلقها الطائرات في القتال ضد الطائرات الأثقل من الهواء في أغسطس 1939 ، خلال معركة خالخين جول . ^[11] في يونيو 1938، بدأت RNII في تطوير قاذفة صواريخ متعددة تعتمد على صاروخ RS-132. ^[12] في أغسطس 1939، كان المنتج المكتمل هو قاذفة الصواريخ BM-13 / Katyusha . نحو نهاية عام 1938، تم إجراء أول اختبار كبير على نطاق واسع لقاذفات الصواريخ، وتم استخدام 233 صاروخًا من أنواع مختلفة. يمكن لوابل من الصواريخ أن يمتطي هدفًا بالكامل على مدى 5500 متر (3.4 ميل). بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية، بلغ إجمالي إنتاج قاذفات الصواريخ حوالي 10000. ^[13] مع إنتاج 12 مليون صاروخ من نوع RS للقوات المسلحة السوفيتية. ^[14]

في الولايات المتحدة، اخترع مهندس الفضاء الأمريكي جاك بارسونز في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا محركات الصواريخ الصلبة المركبة القابلة للصب الحديثة في عام 1942 عندما استبدل الوقود الأساسي المزدوج بالإسفلت المستخدم في تسقيف المركبات وبيركلورات البوتاسيوم . وقد أتاح هذا إمكانية تصنيع محركات صاروخية بطيئة الاحتراق بحجم مناسب وعمر تخزين كافٍ لتطبيقات الإقلاع بمساعدة الطائرات النفاثة. استبدل تشارلز بارتلي ، الذي يعمل في مختبر الدفع النفاث (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)، الأسفلت اللزج بالمطاط الصناعي القابل للتصلب، مما أدى إلى إنشاء حبيبات وقود مرنة ولكنها مستقرة هندسيًا تتحمل الأحمال وتلتصق بشكل آمن بغلاف المحرك. وقد أتاح هذا إمكانية تصنيع محركات صاروخية صلبة أكبر حجمًا بكثير. وقد عززت شركة Atlantic Research Corporation بشكل كبير الوقود المركب I _sp في عام 1954 من خلال زيادة كمية الألمنيوم المسحوق في الوقود إلى ما يصل إلى 20٪. ^[15]

حصلت تكنولوجيا الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب على أكبر دفعة لها في الابتكار التقني والحجم والقدرة مع المبادرات الحكومية المختلفة في منتصف القرن العشرين لتطوير صواريخ عسكرية ذات قدرة متزايدة. بعد التصميمات الأولية لتكنولوجيا الصواريخ الباليستية العسكرية المصممة بصواريخ تعمل بالوقود السائل في الأربعينيات والخمسينيات من القرن العشرين، شرع كل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة في مبادرات كبرى لتطوير صواريخ باليستية محلية وإقليمية وعابرة للقارات تعمل بالوقود الصلب، بما في ذلك الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب التي يمكن إطلاقها من الجو أو البحر . كما طورت العديد من الحكومات الأخرى هذه التقنيات العسكرية على مدار الخمسين عامًا التالية.

بحلول أواخر الثمانينيات وحتى عام 2020، تم تطبيق تقنيات الصواريخ الصلبة عالية القدرة التي طورتها الحكومة على رحلات الفضاء المدارية من خلال العديد من البرامج الموجهة من الحكومة ، وغالبًا ما تكون صواريخ معززة لإضافة قوة دفع إضافية أثناء الصعود المبكر لمركبات إطلاق الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل في المقام الأول . كما تضمنت بعض التصميمات مراحل علوية للصواريخ الصلبة. تشمل الأمثلة التي حلقت في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين صاروخ أريان 5 الأوروبي، وأطلس 5 ومكوك الفضاء الأمريكي ، وصاروخ إتش-2 الياباني .

كانت أكبر محركات الصواريخ الصلبة التي تم بناؤها على الإطلاق هي محركات Aerojet الثلاثة الصلبة المتراصة التي يبلغ قطرها 6.60 مترًا (260 بوصة) والتي تم صبها في فلوريدا. ^[16] كان قطر محركات 260 SL-1 و SL-2 6.63 مترًا (261 بوصة) وطولها 24.59 مترًا (80 قدمًا و 8 بوصات) ووزنها 842900 كيلوجرام (1858300 رطل) وكان لها أقصى قوة دفع 16 ميجا نيوتن (3500000 رطل). كانت مدة الاحتراق دقيقتين. كان حلق الفوهة كبيرًا بما يكفي للمشي من خلاله واقفًا. كان المحرك قادرًا على العمل كبديل 1 إلى 1 للمرحلة الأولى من Saturn I ذات الثمانية محركات والتي تعمل بالوقود السائل ولكن لم يتم استخدامه على هذا النحو أبدًا. كان المحرك 260 SL-3 مشابهًا في الطول والوزن ولكنه كان يتمتع بقوة دفع قصوى تبلغ 24 ميجا نيوتن (5،400،000 رطل) ومدة أقصر.

يبدأ التصميم بالدفع الكلي المطلوب، والذي يحدد كتلة الوقود والمؤكسد . ثم يتم اختيار هندسة الحبيبات والكيمياء لتلبية خصائص المحرك المطلوبة.

يتم اختيار أو حل ما يلي في نفس الوقت. النتائج هي الأبعاد الدقيقة لهندسة الحبوب والفوهة والعلبة:

• يحترق الحبوب بمعدل يمكن التنبؤ به، نظراً لمساحة سطحها وضغط الغرفة. ^{[ بحاجة لمصدر ] [17]}
• يتم تحديد ضغط الغرفة من خلال قطر حلق الفوهة ومعدل حرق الحبوب.
• الضغط المسموح به في الغرفة هو وظيفة تصميم الغلاف.
• يتم تحديد طول وقت الاحتراق من خلال "سمك" شبكة الحبوب. ^{[ يحتاج إلى توضيح ]}

قد تكون الحبيبات ملتصقة بالغلاف أو لا تكون كذلك. إن تصميم المحركات الملتصقة بالغلاف أكثر صعوبة، حيث يجب أن يكون تشوه الغلاف والحبيبات أثناء الطيران متوافقين.

تشمل طرق الفشل الشائعة في محركات الصواريخ الصلبة كسر الحبيبات، وفشل ربط الغلاف، وظهور جيوب هوائية في الحبيبات. كل هذا يؤدي إلى زيادة فورية في مساحة سطح الاحتراق وزيادة مقابلة في معدل إنتاج غاز العادم والضغط، مما قد يؤدي إلى تمزق الغلاف.

هناك نمط آخر من أنماط الفشل وهو فشل ختم الغلاف . حيث تكون الأختام مطلوبة في الأغلفة التي يجب فتحها لتحميل الحبوب. وبمجرد فشل الختم، فإن الغاز الساخن سوف يتسبب في تآكل مسار الهروب ويؤدي إلى الفشل. وكان هذا هو سبب كارثة مكوك الفضاء تشالنجر .

يشتعل وقود الصواريخ الصلب من سطح الوقود المكشوف في غرفة الاحتراق. وبهذه الطريقة، تلعب هندسة الوقود داخل محرك الصاروخ دورًا مهمًا في الأداء العام للمحرك. ومع احتراق سطح الوقود، يتطور الشكل (وهو موضوع دراسة في علم المقذوفات الداخلية)، وغالبًا ما يؤدي ذلك إلى تغيير مساحة سطح الوقود المعرضة لغازات الاحتراق. ونظرًا لأن حجم الوقود يساوي مساحة المقطع العرضي مضروبة في طول الوقود، فإن معدل استهلاك الوقود الحجمي يساوي مساحة المقطع العرضي مضروبة في معدل الاحتراق الخطي ، ومعدل تدفق الكتلة اللحظي لغازات الاحتراق المتولدة يساوي المعدل الحجمي مضروبًا في كثافة الوقود : ${\displaystyle A_{s}}$${\displaystyle {\dot {b}}}$ ${\displaystyle \rho }$

${\displaystyle {\dot {m}}=\rho \cdot A_{s}\cdot {\dot {b}}}$

غالبًا ما يتم استخدام العديد من التكوينات الهندسية اعتمادًا على التطبيق ومنحنى الدفع المطلوب :

• 
  محاكاة التجويف الدائري
• 
  محاكاة فتحة C
• 
  محاكاة حرق القمر
• 
  محاكاة الفينوسيل ذات الخمس نقاط

• ثقب دائري: إذا كان في تكوين BATES ، فإنه ينتج منحنى دفع تدريجي-تراجعي.
• الموقد النهائي: يحترق الوقود من أحد الطرفين المحوريين إلى الطرف الآخر مما ينتج عنه احتراق طويل وثابت، على الرغم من الصعوبات الحرارية وتحول مركز الثقل (CG).
• فتحة C: مادة دافعة ذات إسفين كبير مقطوع من الجانب (على طول الاتجاه المحوري)، وتنتج قوة دفع رجعية طويلة إلى حد ما، على الرغم من الصعوبات الحرارية وخصائص مركز الثقل غير المتماثلة.
• موقد القمر: ينتج ثقب دائري خارج المركز احتراقًا طويلًا تدريجيًا، على الرغم من وجود خصائص مركز ثقل غير متماثلة قليلاً
• فينوسيل: عادة ما يكون على شكل نجمة ذات 5 أو 6 أرجل ويمكن أن ينتج دفعًا مستويًا للغاية، مع احتراق أسرع قليلاً من التجويف الدائري بسبب زيادة مساحة السطح.

يمكن تصنيع الغلاف من مجموعة متنوعة من المواد. يستخدم الورق المقوى في المحركات الصغيرة التي تعمل بالبارود الأسود ، بينما يستخدم الألومنيوم في المحركات الكبيرة التي تعمل بالوقود المركب. تم استخدام الفولاذ في محركات مكوك الفضاء . تستخدم أغلفة الجرافيت الإيبوكسي الملفوفة بالخيوط للمحركات عالية الأداء.

يجب تصميم الغلاف بحيث يتحمل الضغط والإجهادات الناتجة عن محرك الصاروخ، ربما عند درجات حرارة مرتفعة. من أجل التصميم، يعتبر الغلاف وعاء ضغط .

لحماية الغلاف من الغازات الساخنة المسببة للتآكل، غالبًا ما يتم تنفيذ بطانة حرارية تضحية على الجانب الداخلي من الغلاف، والتي تتحلل لإطالة عمر غلاف المحرك.

يعمل التصميم المتقارب المتباعد على تسريع خروج غاز العادم من الفوهة لإنتاج الدفع. يجب أن تكون الفوهة مصنوعة من مادة يمكنها تحمل حرارة تدفق غاز الاحتراق. غالبًا ما يتم استخدام مواد قائمة على الكربون مقاومة للحرارة، مثل الجرافيت غير المتبلور أو الكربون المقوى بالكربون .

تتضمن بعض التصميمات التحكم في اتجاه العادم. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تحريك الفوهة، كما هو الحال في صواريخ الدفع الصاروخي للمكوك الفضائي، أو من خلال استخدام ريش نفاثة في العادم كما هو الحال في صاروخ V-2 ، أو من خلال توجيه الدفع عن طريق حقن السائل (LITV).

يتألف نظام LITV من حقن سائل في تيار العادم بعد حلق الفوهة. ثم يتبخر السائل، وفي معظم الحالات يتفاعل كيميائيًا، مما يضيف تدفقًا للكتلة إلى جانب واحد من تيار العادم وبالتالي يوفر لحظة تحكم. على سبيل المثال، حقنت معززات Titan III C الصلبة رباعي أكسيد النيتروجين لنظام LITV؛ يمكن رؤية الخزانات على جانبي الصاروخ بين المسرح المركزي الرئيسي والمعززات. ^[18]

استخدمت المرحلة الأولى من طائرة مينيوتمان المبكرة محركًا واحدًا مزودًا بأربع فوهات محورية لتوفير التحكم في الميل والانحراف والانقلاب.

قد يكون للمحرك النموذجي المصمم جيدًا والمكون من مركب بيركلورات الأمونيوم (APCP) في المرحلة الأولى نبضة فراغية محددة ( I _sp ) تصل إلى 285.6 ثانية (2.801 كم/ثانية) (Titan IVB SRMU). ^[19] وهذا يقارن بـ 339.3 ثانية (3.327 كم/ثانية) لمحركات RP1/LOX (RD-180) ^[20] و452.3 ثانية (4.436 كم/ثانية) لمحركات الدفع الثنائي LH ₂ /LOX (Block II RS-25 ) ^[21] . النبضات النوعية للمرحلة العليا أكبر إلى حد ما: بقدر 303.8 ثانية (2.979 كم/ثانية) لـ APCP (Orbus 6E)، ^[22] و359 ثانية (3.52 كم/ثانية) لـ RP1/LOX (RD-0124) ^[23] و465.5 ثانية (4.565 كم/ثانية) لـ LH ₂ /LOX (RL10B-2). ^[24]

تكون نسبة الوقود الدافع عادة أعلى إلى حد ما في المراحل الأولى من الوقود الدافع الصلب (غير المجزأ) مقارنة بالمراحل العليا. تبلغ كتلة الوقود في المرحلة الأولى من صاروخ كاستور 120 الذي يزن 53000 كيلوجرام (117000 رطل) 92.23%، في حين تبلغ كتلة الوقود في المرحلة العلوية من صاروخ كاستور 30 ​​الذي يزن 14000 كيلوجرام (31000 رطل) والذي تم تطويره لمركبة الإطلاق توروس 2 COTS (الأغراض التجارية الجاهزة للاستخدام) التابعة لشركة أوربيتال ساينس 91.3%، مع غلاف محرك من الإيبوكسي الجرافيتي بنسبة 2.9%، وفوهة ومشعل ومشغل ناقل الدفع بنسبة 2.4%، و3.4% من الأجهزة غير المحركة بما في ذلك أشياء مثل حامل الحمولة، ومحول المراحل، ومسار الكابلات، والأجهزة، وما إلى ذلك. يبلغ قطر صاروخ كاستور 120 وصاروخ كاستور 30 ​​2.36 و2.34 متر (93 و92 بوصة) على التوالي، ويعملان كمرحلتين على صاروخ أثينا آي سي. ومركبات الإطلاق التجارية IIC. أصبحت مركبة أثينا 2 ذات المراحل الأربع باستخدام محركات Castor 120 كمرحلتين أولى وثانية أول مركبة إطلاق تجارية تم تطويرها لإطلاق مسبار قمري ( Lunar Prospector ) في عام 1998.

يمكن أن توفر الصواريخ الصلبة قوة دفع عالية بتكلفة منخفضة نسبيًا. لهذا السبب، تم استخدام المواد الصلبة كمراحل أولية في الصواريخ (على سبيل المثال مكوك الفضاء )، مع الاحتفاظ بمحركات الدفع النوعي العالية، وخاصة المحركات الأقل ضخامة التي تعمل بالهيدروجين، للمراحل الأعلى. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الصواريخ الصلبة بتاريخ طويل كمرحلة تعزيز نهائية للأقمار الصناعية نظرًا لبساطتها وموثوقيتها وصغر حجمها ونسبة كتلتها المرتفعة بشكل معقول . ^[25] يُضاف أحيانًا محرك صاروخي صلب مستقر الدوران عندما تكون هناك حاجة إلى سرعة إضافية، مثل مهمة إلى مذنب أو النظام الشمسي الخارجي، لأن الدوار لا يتطلب نظام توجيه (في المرحلة المضافة حديثًا). تم استخدام عائلة ثيوكول الواسعة من محركات الفضاء ستار المغطاة بالتيتانيوم في الغالب على نطاق واسع، وخاصة في مركبات الإطلاق دلتا وكمراحل علوية مستقرة الدوران لإطلاق الأقمار الصناعية من حجرة الشحن في مكوك الفضاء. تحتوي محركات ستار على نسبة وقود تصل إلى 94.6٪ ولكن الهياكل والمعدات الإضافية تقلل من نسبة الكتلة التشغيلية بنسبة 2٪ أو أكثر.

تُستخدم الوقود الصاروخي الصلب عالي الأداء في الصواريخ الاستراتيجية الكبيرة (على عكس مركبات الإطلاق التجارية). تم استخدام HMX ، C ₄ H ₈ N ₄ (NO ₂ ) ₄ ، وهو نترامين ذو طاقة أكبر من بيركلورات الأمونيوم، في الوقود الدافع للصاروخ الباليستي العابر للقارات Peacekeeper وهو المكون الرئيسي في الوقود الدافع NEPE-75 المستخدم في صاروخ Trident II D-5 Fleet الباليستي. ^[26] بسبب خطر الانفجار، لا تُستخدم الوقود الصلب العسكري عالي الطاقة الذي يحتوي على HMX في مركبات الإطلاق التجارية إلا عندما يكون LV صاروخًا باليستيًا مُكيفًا يحتوي بالفعل على وقود HMX (Minotaur IV و V استنادًا إلى صواريخ Peacekeeper الباليستية العابرة للقارات المتقاعدة). ^[27] طورت محطة الأسلحة الجوية البحرية في بحيرة الصين، كاليفورنيا، مركبًا جديدًا، C ₆ H ₆ N ₆ (NO ₂ ) ₆ ، يُسمى ببساطة CL-20 (مركب بحيرة الصين ^رقم 20). بالمقارنة مع HMX، فإن CL-20 لديه 14% طاقة أكثر لكل كتلة، و20% طاقة أكثر لكل حجم، ونسبة أكسجين إلى وقود أعلى. ^[28] أحد الدوافع وراء تطوير هذه الدوافع الصلبة العسكرية ذات الكثافة العالية جدًا من الطاقة هو تحقيق قدرة ABM خارج الغلاف الجوي في منتصف المسار من صواريخ صغيرة بما يكفي لتناسب أنابيب الإطلاق الرأسية الموجودة أسفل سطح السفينة وأنابيب الإطلاق المحمولة جواً المثبتة على الشاحنات. تم إثبات أن دافع CL-20 متوافق مع قانون الذخائر غير الحساسة (IM) الصادر عن الكونجرس لعام 2004 وقد يكون مناسبًا للاستخدام في مركبات الإطلاق التجارية مع انخفاض تكلفته، مع زيادة كبيرة جدًا في الأداء مقارنة بالدوافع الصلبة APCP المفضلة حاليًا. مع وجود نبضة محددة تبلغ 309 ثانية والتي تم إثباتها بالفعل من خلال المرحلة الثانية من صاروخ Peacekeeper باستخدام وقود HMX، يمكن توقع أن تعمل الطاقة الأعلى لوقود CL-20 على زيادة النبضة المحددة إلى حوالي 320 ثانية في تطبيقات المرحلة العليا المماثلة للصواريخ الباليستية العابرة للقارات أو مركبات الإطلاق، دون الخطر الانفجاري لـ HMX. ^[29]

من السمات الجذابة للاستخدام العسكري هي قدرة الوقود الصاروخي الصلب على البقاء محملاً في الصاروخ لفترات طويلة ومن ثم إطلاقه بشكل موثوق في أي لحظة.

يتكون البارود الأسود (البارود) من الفحم (الوقود) ونترات البوتاسيوم (مؤكسد) والكبريت (الوقود والمحفز). وهو أحد أقدم تركيبات الألعاب النارية التي تستخدم في صناعة الصواريخ. وفي العصر الحديث، يستخدم البارود الأسود في الصواريخ النموذجية منخفضة الطاقة (مثل صواريخ إستس وكويست)، ^{[30] [31]} لأنه رخيص وسهل الإنتاج إلى حد ما. وعادة ما تكون حبيبات الوقود عبارة عن خليط من البارود الناعم المضغوط (في شكل كتلة صلبة صلبة)، مع معدل احتراق يعتمد بشكل كبير على التركيب الدقيق وظروف التشغيل. والنبض النوعي للبارود الأسود منخفض، حوالي 80 ثانية (0.78 كم/ثانية). والحبيبات حساسة للكسر، وبالتالي الفشل الكارثي. ولا يستخدم البارود الأسود عادة في المحركات التي تزيد قوتها عن 40 نيوتن (9.0 رطل قوة).

يتكون ZS أو "الحبيبات الدقيقة" من معدن الزنك المطحون ومسحوق الكبريت (مؤكسد)، وهو نوع آخر من الوقود المضغوط لا يجد أي تطبيق عملي خارج دوائر الصواريخ المتخصصة للهواة بسبب أدائه الضعيف (حيث يحترق معظم ZS خارج غرفة الاحتراق) ومعدلات الاحتراق الخطية السريعة في حدود 2 متر/ثانية. غالبًا ما يتم استخدام ZS كدفع جديد حيث يتسارع الصاروخ بسرعة كبيرة تاركًا خلفه كرة نارية برتقالية كبيرة مذهلة.

بشكل عام، تتكون دوافع الحلوى الصاروخية من مؤكسد (عادةً نترات البوتاسيوم) ووقود سكر (عادةً دكستروز أو سوربيتول أو سكروز ) يتم تشكيلهما عن طريق إذابة مكونات الدافع برفق معًا وصب أو تعبئة الغرواني غير المتبلور في قالب. تولد دوافع الحلوى نبضة نوعية منخفضة إلى متوسطة تبلغ حوالي 130 ثانية (1.3 كم/ثانية)، وبالتالي، يتم استخدامها بشكل أساسي من قبل هواة الصواريخ والمتخصصين التجريبيين.

تتكون الدوافع DB من مكونين للوقود أحادي الدفع حيث يعمل أحدهما عادةً كوقود أحادي الدفع عالي الطاقة (ولكنه غير مستقر) ويعمل الآخر كوقود أحادي الدفع منخفض الطاقة ومثبت (ومُحول إلى هلام). في الظروف النموذجية، يذوب النتروجليسرين في هلام النيتروسليلوز ويتصلب مع المواد المضافة. يتم تنفيذ الدوافع DB في التطبيقات التي تتطلب الحد الأدنى من الدخان ولكن يلزم وجود _Isp متوسط ​​إلى مرتفع يبلغ حوالي 235 ثانية (2.30 كم / ثانية). يمكن أن تؤدي إضافة الوقود المعدني (مثل الألومنيوم ) إلى زيادة الأداء إلى حوالي 250 ثانية (2.5 كم / ثانية)، على الرغم من أن نواة أكسيد المعدن في العادم يمكن أن تحول الدخان إلى معتم.

يتم خلط المؤكسد المسحوق ووقود المعدن المسحوق بشكل وثيق وتثبيتهما باستخدام رابط مطاطي (يعمل أيضًا كوقود). غالبًا ما تكون الدوافع المركبة إما على أساس نترات الأمونيوم (ANCP) أو على أساس بيركلورات الأمونيوم (APCP). غالبًا ما يستخدم الدافع المركب لنترات الأمونيوم المغنيسيوم و / أو الألومنيوم كوقود ويوفر أداءً متوسطًا (I _sp حوالي 210 ثانية (2.1 كم / ثانية)) بينما يستخدم الدافع المركب لبيركلورات الأمونيوم غالبًا وقود الألومنيوم ويوفر أداءً عاليًا: I _sp في الفراغ حتى 296 ثانية (2.90 كم / ثانية) مع فوهة من قطعة واحدة أو 304 ثانية (2.98 كم / ثانية) مع فوهة تلسكوبية عالية المساحة. ^[22] يستخدم الألومنيوم كوقود لأنه يحتوي على كثافة طاقة محددة معقولة وكثافة طاقة حجمية عالية ويصعب اشتعاله عن طريق الخطأ. يتم صب الوقود المركب، ويحتفظ بشكله بعد أن يترابط الرابط المطاطي ، مثل البولي بوتادين المنتهي بالهيدروكسيل (HTPB)، بمساعدة مادة مضافة علاجية. ونظرًا لأدائه العالي وسهولة تصنيعه المعتدلة وتكلفته المعتدلة، فإن APCP يجد استخدامًا واسع النطاق في الصواريخ الفضائية والعسكرية والهواة، بينما يستخدم ANCP الأرخص والأقل كفاءة في الصواريخ الهواة ومولدات الغاز . يتم اعتبار دينتراميد الأمونيوم ، NH ₄ N (NO ₂ ) ₂ ، بديلاً خاليًا من الكلور بنسبة 1 إلى 1 لبيركلورات الأمونيوم في الوقود المركب. وعلى عكس نترات الأمونيوم، يمكن استبدال ADN بـ AP دون فقدان في أداء المحرك.

استُخدم وقود APCP الصلب المصنوع من الألمنيوم والمرتبط بالبولي يوريثين في صواريخ بولاريس التي تُطلق من الغواصات . ^[32] يتكون APCP المستخدم في معززات الصواريخ الصلبة للمكوك الفضائي من بيركلورات الأمونيوم (مؤكسد، 69.6٪ بالوزن)، والألمنيوم (وقود، 16٪)، وأكسيد الحديد (محفز، 0.4٪)، وبوليمر أكريلونيتريل بولي بوتادين (PBAN) (رابط مطاطي غير يوريثين يربط الخليط معًا ويعمل كوقود ثانوي، 12.04٪)، وعامل معالجة إيبوكسي (1.96٪). ^{[33] [34]} وقد طور نبضًا محددًا لمدة 242 ثانية (2.37 كم / ثانية) عند مستوى سطح البحر أو 268 ثانية (2.63 كم / ثانية) في الفراغ. كان برنامج كوكبة 2005-2009 يستخدم APCP مماثل مرتبط بـ PBAN. ^[35]

في عام 2009، نجحت مجموعة من الباحثين في إنتاج وقود من الماء والألومنيوم النانوي ( ALICE ).

تبدأ دوافع HEC النموذجية بمزيج دافع مركب قياسي (مثل APCP) وتضاف إليه مادة متفجرة عالية الطاقة. وعادة ما يكون هذا المكون الإضافي في هيئة بلورات صغيرة من RDX أو HMX ، وكلاهما يتمتع بطاقة أعلى من بيركلورات الأمونيوم. وعلى الرغم من الزيادة المتواضعة في النبض النوعي، فإن التنفيذ محدود بسبب المخاطر المتزايدة للمواد المضافة شديدة الانفجار.

تبدأ الوقودات المركبة المعدلة ذات القاعدة المزدوجة بوقود ثنائي القاعدة من نتروسليلوز/نيتروجليسرين كمواد رابطة وتضاف إليها مواد صلبة (عادةً بيركلورات الأمونيوم (AP) والألمنيوم المسحوق ) تُستخدم عادةً في الوقودات المركبة. يعوض بيركلورات الأمونيوم نقص الأكسجين الناتج عن استخدام نتروسليلوز ، مما يحسن النبضة النوعية الكلية. يحسن الألومنيوم النبضة النوعية بالإضافة إلى استقرار الاحتراق. الوقودات عالية الأداء مثل NEPE-75 المستخدمة لتزويد صاروخ ترايدنت II D-5 الباليستي الذي يُطلق من الغواصات بالوقود تحل محل معظم الوقود ثنائي القاعدة مع HMX المرتبط بالبولي إيثيلين جليكول ، مما يزيد من النبضة النوعية. أصبح خلط مكونات الوقود المركب والقاعدة المزدوجة شائعًا جدًا لدرجة طمس التعريف الوظيفي للوقودات ذات القاعدة المزدوجة.

أحد أكثر مجالات أبحاث الوقود الصلب نشاطًا هو تطوير وقود عالي الطاقة وذو توقيع ضئيل باستخدام نترامين C ₆ H ₆ N ₆ (NO ₂ ) ₆ CL-20 ( مركب China Lake رقم 20)، والذي يتمتع بطاقة أعلى بنسبة 14% لكل كتلة وكثافة طاقة أعلى بنسبة 20% من HMX. تم تطوير الوقود الجديد واختباره بنجاح في محركات الصواريخ التكتيكية. الوقود غير ملوث: خالٍ من الأحماض والجسيمات الصلبة والرصاص. كما أنه خالٍ من الدخان وله نمط ماسي خافت يمكن رؤيته في العادم الشفاف بخلاف ذلك. بدون اللهب الساطع ومسار الدخان الكثيف الناتج عن حرق الوقود المغطى بالألمنيوم، فإن هذه الوقود الخالية من الدخان تقضي تقريبًا على خطر الكشف عن المواقع التي يتم إطلاق الصواريخ منها. إن الوقود الجديد CL-20 غير حساس للصدمات (فئة الخطر 1.3) على عكس الوقود الحالي الخالي من الدخان HMX والذي يتميز بسهولة تفجيره (فئة الخطر 1.1). يعتبر CL-20 إنجازًا كبيرًا في تكنولوجيا الوقود الصاروخي الصلب ولكنه لم يستخدم على نطاق واسع بعد لأن التكاليف لا تزال مرتفعة. ^[28]

الوقود الصلب الكهربائي هو عائلة من الوقود الصلب عالي الأداء المصنوع من مادة البلاستيسول والذي يمكن إشعاله وخنقه عن طريق تطبيق التيار الكهربائي. وعلى عكس الوقود الصلب التقليدي للمحركات الصاروخية والذي يصعب التحكم فيه وإطفائه، يمكن إشعال الوقود الصلب الكهربائي بشكل موثوق به على فترات زمنية محددة. ولا يتطلب أي أجزاء متحركة والوقود الصلب غير حساس للهب أو الشرر الكهربائي. ^[36]

يمكن شراء محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لاستخدامها في صناعة الصواريخ النموذجية ؛ وهي عبارة عن أسطوانات صغيرة من وقود البارود الأسود مع فوهة متكاملة واختياريًا شحنة صغيرة يتم تشغيلها عند استنفاد الوقود بعد فترة زمنية. يمكن استخدام هذه الشحنة لتشغيل الكاميرا أو نشر المظلة . بدون هذه الشحنة والتأخير، قد يشعل المحرك مرحلة ثانية (البارود الأسود فقط).

في صناعة الصواريخ متوسطة وعالية القدرة ، تُستخدم محركات APCP المصنعة تجاريًا على نطاق واسع. ويمكن تصميمها للاستخدام مرة واحدة أو قابلة لإعادة التحميل. تتوفر هذه المحركات في نطاقات نبضية من "A" (1.26 نيوتن ثانية - 2.50 نيوتن ثانية) إلى "O" (20.48 كيلو نيوتن ثانية - 40.96 كيلو نيوتن ثانية)، من العديد من الشركات المصنعة. يتم تصنيعها بأقطار موحدة وأطوال متفاوتة حسب النبضة المطلوبة. أقطار المحرك القياسية هي 13 و18 و24 و29 و38 و54 و75 و98 و150 مليمترًا. تتوفر تركيبات مختلفة للدفع لإنتاج ملفات تعريف دفع مختلفة، بالإضافة إلى تأثيرات خاصة مثل اللهب الملون أو مسارات الدخان أو كميات كبيرة من الشرر (يتم إنتاجها عن طريق إضافة إسفنجة التيتانيوم إلى الخليط).

تستخدم جميع الصواريخ التجريبية تقريبًا محركات صلبة.

• استروبى
• برانت الأسود
• س-310 ، س-520
• سكاي لارك (صاروخ)
• تيرير-اوريون ، تيرير-ماليموت
• في إس بي-30

بسبب الموثوقية وسهولة التخزين والمناولة، يتم استخدام الصواريخ الصلبة في الصواريخ والصواريخ الباليستية العابرة للقارات.

• صواريخ جو-جو: AIM-9 Sidewinder ، AIM-54 Phoenix ، Fakour-90 ، Meteor ، R-33 ، PL-15
• الصواريخ الباليستية: أريحا ، سجيل ، 9K720 اسكندر ، فاتح-110 ، ATACMS ، DF-21
• الصواريخ الباليستية العابرة للقارات: LGM-30 Minuteman ، و UGM-133 Trident II ، و LGM-118 Peacekeeper ، و RT-2PM Topol ، و DF-41 ، و M51 SLBM

الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مناسبة لإطلاق حمولات صغيرة إلى سرعات مدارية، خاصة إذا تم استخدام ثلاث مراحل أو أكثر. ويعتمد العديد من هذه الصواريخ على صواريخ باليستية عابرة للقارات تم إعادة تصميمها.

غالبًا ما تستخدم الصواريخ المدارية الكبيرة التي تعمل بالوقود السائل معززات صاروخية صلبة للحصول على قوة دفع أولية كافية لإطلاق الصاروخ المجهز بالكامل بالوقود.

يستخدم الوقود الصلب أيضًا في بعض المراحل العليا، وخاصةً Star 37 (يُشار إليها أحيانًا باسم المرحلة العليا "Burner") و Star 48 (يُشار إليها أحيانًا باسم " وحدة مساعدة الحمولة "، أو PAM)، وكلاهما من تصنيع شركة Thiokol في الأصل ، واليوم تصنعهما شركة Northrop Grumman . تُستخدم لرفع الحمولات الكبيرة إلى مدارات مقصودة (مثل أقمار نظام تحديد المواقع العالمي )، أو الحمولات الأصغر إلى مسارات بين الكواكب - أو حتى بين النجوم. كانت المرحلة العليا الأخرى التي تعمل بالوقود الصلب، والتي استخدمها مكوك الفضاء وتيتان 4 ، هي المرحلة العليا بالقصور الذاتي (IUS) المصنعة بواسطة شركة بوينج .

• تم إرسال كل من بايونير 10 وبايونير 11 إلى خارج النظام الشمسي بواسطة المراحل العليا من صاروخ ستار 37E من طراز أطلس سنتور .
• تم إرسال كل من فوييجر 1 وفوييجر 2 إلى خارج النظام الشمسي بواسطة المراحل العليا من Star 37E من صواريخ Titan IIIE .
• تم إرسال ماجلان إلى كوكب الزهرة على متن مركبة فضاء IUS بعد نشره على متن مكوك الفضاء أتلانتس في رحلة STS-30 .
• تم إرسال جاليليو إلى كوكب المشتري على متن مركبة فضاء IUS بعد نشره من مكوك الفضاء أتلانتس في رحلة STS-34 .
• تم إرسال يوليسيس إلى كوكب المشتري على متن مركبة فضاء IUS وStar 48 PAM بعد إطلاقه من مكوك الفضاء ديسكفري في الرحلة STS-41 . ثم تم وضعه في مدار قطبي حول الشمس بعد مساعدة الجاذبية حول كوكب المشتري.
• تم إرسال مركبة نيو هورايزونز إلى خارج النظام الشمسي على متن مركبة ستار 48 PAM من صاروخ أطلس الخامس .

بعض الصواريخ، مثل صاروخ Antares (الذي تصنعه شركة Northrop Grumman)، تحتوي على مراحل علوية إلزامية تعمل بالوقود الصلب. يستخدم صاروخ Antares محرك Castor 30 الذي تصنعه شركة Northrop Grumman كمرحلة علوية.

• تركيبات الوقود الحساسة للبيئة مثل وقود ALICE
• محركات نفاثة تعمل بالوقود الصلب
• تصميمات الدفع المتغيرة بناءً على هندسة الفوهة المتغيرة
• الصواريخ الهجينة التي تستخدم الوقود الصلب والمؤكسد السائل أو الغازي القابل للخنق

• أ. دافناس، محرر (1992). تكنولوجيا الدفع الصاروخي الصلب . بيرغامون. رقم ISBN 978-0080409993.

• صفحة الدفع الصاروخي لروبرت أ. براونيج
• الوقود الصلب المركب من شركة أسترونوتكس
• أريان 5 إس آر بي
• رابطة هواة الصواريخ عالية الطاقة
• ناككا-روكتري (حسابات التصميم وتركيبات الوقود)
• صاروخ سكر 5 سنت
• علم الصواريخ العملي محفوظ في 2006-06-18 على موقع Wayback Machine
• الصواريخ العملية لوكالة ناسا