एक नए प्रकार का रॉकेट जो हल्का और निर्माण में आसान है: एक घूर्णन विस्फोट करने वाला इंजन। दुर्भाग्य से, यह पूरी तरह से अप्रत्याशित भी है
अंतरिक्ष अन्वेषण के वर्तमान युग में, खेल का नाम 'लागत प्रभावी' है। व्यक्तिगत लॉन्च से जुड़ी लागत को कम करके, अंतरिक्ष एजेंसियां और निजी एयरोस्पेस कंपनियां (उर्फ। न्यूस्पेस) यह सुनिश्चित कर रही हैं कि अंतरिक्ष तक पहुंच अधिक हो। और जब लॉन्च की लागत की बात आती है, तो सबसे बड़ा खर्च प्रणोदक का होता है। सीधे शब्दों में कहें तो, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से मुक्त होने के लिए बहुत सारे रॉकेट ईंधन की आवश्यकता होती है!
इसे संबोधित करने के लिए, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक गणितीय मॉडल विकसित किया है जो एक नए प्रक्षेपण तंत्र के कामकाज का वर्णन करता है: घूर्णन विस्फोट इंजन (आरडीई)। यह हल्का डिज़ाइन अधिक ईंधन-दक्षता प्रदान करता है और निर्माण के लिए कम जटिल है। हालाँकि, यह बहुत बड़े व्यापार-बंद के साथ आता है जिसे अभी सेवा में रखा जाना अप्रत्याशित है।
वह अध्ययन जो उनके शोध का वर्णन करता है (' मोड-लॉक घूर्णन विस्फोट तरंगें: प्रयोग और एक मॉडल समीकरण ') हाल ही में पत्रिका में दिखाई दियाशारीरिक समीक्षा ई. अनुसंधान दल का नेतृत्व ने किया था जेम्स कोचू , वैमानिकी और अंतरिक्ष विज्ञान में एक यूडब्ल्यू डॉक्टरेट छात्र, और इसमें मित्सुरु कुरोसाका और कार्ल नोलेन शामिल थे, दोनों एयरोनॉटिक्स और एस्ट्रोनॉटिक्स के यूडब्ल्यू प्रोफेसर; और जे. नाथन कुट्ज़, अनुप्रयुक्त गणित के UW प्रोफेसर।
एक पारंपरिक रॉकेट इंजन में, प्रणोदक को एक प्रज्वलन कक्ष में जलाया जाता है और फिर थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए नोजल के माध्यम से पीछे से बाहर निकाला जाता है। एक आरडीई में, चीजें अलग तरह से काम करती हैं, जैसा कि कोच ने यूडब्ल्यू न्यूज में समझाया था रिहाई :
'एक घूर्णन विस्फोट इंजन एक अलग दृष्टिकोण लेता है कि यह प्रणोदक का दहन कैसे करता है। यह संकेंद्रित सिलेंडरों से बना है। प्रणोदक सिलेंडरों के बीच की खाई में बहता है, और, प्रज्वलन के बाद, तीव्र गर्मी रिलीज एक शॉक वेव बनाती है, गैस की एक मजबूत पल्स जिसमें काफी अधिक दबाव और तापमान होता है जो ध्वनि की गति से तेजी से आगे बढ़ रहा है।
यह आरडीई को पारंपरिक इंजनों से अलग करता है, जिसमें दहन प्रतिक्रिया को निर्देशित और नियंत्रित करने के लिए बहुत सारी मशीनरी की आवश्यकता होती है ताकि इसे त्वरण में बदला जा सके। लेकिन एक आरडीई में, प्रज्वलन द्वारा उत्पन्न शॉक वेव स्वाभाविक रूप से और अतिरिक्त इंजन भागों की आवश्यकता के बिना जोर पैदा करता है।
हालांकि, जैसा कि कोच इंगित करता है, घूर्णन विस्फोट इंजन क्षेत्र अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है और इंजीनियरों को अभी भी निश्चित नहीं है कि वे क्या करने में सक्षम हैं। इसलिए उन्होंने और उनके सहयोगियों ने अवधारणा का परीक्षण करने का फैसला किया, जिसमें उपलब्ध डेटा को फिर से तैयार करना और पैटर्न संरचनाओं को देखना शामिल था। सबसे पहले, उन्होंने एक प्रयोगात्मक आरडीई विकसित किया (नीचे दिखाया गया है) जिसने उन्हें विभिन्न मानकों (जैसे सिलेंडर के बीच के अंतर के आकार) को नियंत्रित करने की अनुमति दी।
यूडब्ल्यू टीम द्वारा विकसित प्रयोगात्मक घूर्णन विस्फोट इंजन। क्रेडिट: जेम्स कोच/वाशिंगटन विश्वविद्यालय
फिर उन्होंने उच्च गति वाले कैमरे के साथ दहन प्रक्रियाओं (जिसे हर बार पूरा करने में केवल 0.5 सेकंड का समय लिया) को रिकॉर्ड किया। कैमरे ने हर इग्निशन को 240, 000 फ्रेम प्रति सेकंड की दर से रिकॉर्ड किया, जिससे टीम धीमी गति में प्रतिक्रियाओं को देखने की अनुमति देती है। कोच के रूप में व्याख्या की , उन्होंने और उनके सहयोगियों ने पाया कि इंजन ने वास्तव में अच्छा प्रदर्शन किया।
'यह दहन प्रक्रिया वस्तुतः एक विस्फोट है - एक विस्फोट - लेकिन इस प्रारंभिक स्टार्ट-अप चरण के पीछे, हम कई स्थिर दहन दालों को देखते हैं जो उपलब्ध प्रणोदक का उपभोग करना जारी रखते हैं। यह उच्च दबाव और तापमान पैदा करता है जो उच्च गति पर इंजन के पिछले हिस्से को बाहर निकालता है, जो जोर पैदा कर सकता है।
इसके बाद, शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोग के साथ जो देखा, उसकी नकल करने के लिए एक गणितीय मॉडल विकसित किया। इस मॉडल ने, अपनी तरह का पहला, टीम को पहली बार यह निर्धारित करने की अनुमति दी कि क्या आरडीई स्थिर होगा। और जबकि यह मॉडल अभी तक अन्य इंजीनियरों के उपयोग के लिए तैयार नहीं है, यह अन्य शोध टीमों को यह आकलन करने की अनुमति दे सकता है कि विशिष्ट आरडीई कितना अच्छा प्रदर्शन करेंगे।
जैसा कि उल्लेख किया गया है, इंजन के डिजाइन में एक नकारात्मक पहलू है, जो इसकी अप्रत्याशित प्रकृति है। एक ओर, दहन-संचालित झटके की प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से दहन कक्ष द्वारा झटके के संपीड़न की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप जोर होता है। दूसरी ओर, एक बार शुरू होने के बाद, विस्फोट हिंसक और अनियंत्रित होते हैं - कुछ ऐसा जो रॉकेट के मामले में पूरी तरह से अस्वीकार्य है।
लेकिन जैसा कि कोच ने समझाया, यह शोध इस मायने में सफल रहा कि इसने इस इंजन डिजाइन का परीक्षण किया और मात्रात्मक रूप से इसके व्यवहार को मापा। यह एक अच्छा पहला कदम है और आरडीई के वास्तविक विकास और प्राप्ति की दिशा में मार्ग प्रशस्त करने में मदद कर सकता है।
कोच ने कहा, 'यहां मेरा लक्ष्य पूरी तरह से हमारे द्वारा देखी गई दालों के व्यवहार को पुन: पेश करना था - यह सुनिश्चित करने के लिए कि मॉडल आउटपुट हमारे प्रयोगात्मक परिणामों के समान है।' 'मैंने प्रमुख भौतिकी की पहचान की है और वे कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। अब मैं यहां जो कुछ कर चुका हूं उसे ले सकता हूं और इसे मात्रात्मक बना सकता हूं। वहां से हम बात कर सकते हैं कि कैसे एक बेहतर इंजन बनाया जाए।'
कोच और उनके सहयोगी का शोध उनके द्वारा प्रदान की गई फंडिंग की बदौलत संभव हुआ अमेरिकी वायु सेना कार्यालय वैज्ञानिक अनुसंधान और यह नौसेना अनुसंधान कार्यालय . हालांकि यह कहना जल्दबाजी होगी, इस शोध के निहितार्थ दूरगामी हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रॉकेट इंजन का उत्पादन आसान और अधिक लागत प्रभावी हो सकता है। केवल यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि इंजन का डिज़ाइन स्वयं सुरक्षित और विश्वसनीय हो।
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