थर्मल रॉकेट

एक थर्मल रॉकेट एक रॉकेट इंजन है जो एक प्रणोदक (धकेलने) का उपयोग करता है जो एक रासायनिक रॉकेट (रसायन) के रूप में एक कमी ऑक्सीकरण (दहन) प्रतिक्रिया द्वारा भीतरी रूप से गरम होने के विपरीत में जोर(बल) देने के लिए रॉकेट नोजल (नोक) के माध्यम से निकलने से पहले बाहरी रूप से गर्म (उष्ण) होता है।

थर्मल (तापीय) रॉकेट सैद्धांतिक रूप से प्रयोग किए गए ईंधन और डिजाइन (परिरूप) विनिर्देशों (विशेष वर्णन) के आधार पर उच्च प्रदर्शन दे सकते हैं, और विभिन्न प्रकार के शोध (परीक्षण) में बहुत अधिक शोध किया गया है। हालांकि, साधारण शीत गैस थ्रस्टर (हवा) और स्टीम रॉकेट (भाप ) के अलावा, कोई भी जाँच अवस्था से आगे नहीं बढ़ा है।

सिद्धांत

एक रॉकेट इंजन के लिए, प्रणोदक उपयोग की दक्षता को विशिष्ट आवेग (प्रणोदक के प्रति द्रव्यमान उत्पन्न आवेग की मात्रा) द्वारा मापा जाता है ( $I_{sp}$ ), जो प्रभावी निकास वेग (असरदार निर्गमन) के समानुपाती होता है। थर्मल रॉकेट सिस्टम (प्रणाली) के लिए, विशिष्ट आवेग तापमान के वर्गमूल (वर्गांक) के रूप में और व्युत्क्रम (उलटे) रूप से निकास के आणविक द्रव्यमान के वर्गमूल के रूप में बढ़ता है। सरल मामले में जहां एक तापीय स्रोत एक आदर्श मोनोएटोमिक गैस (परमाणुक) प्रतिक्रिया द्रव्यमान को गर्म करता है, सब से अधिक सैद्धांतिक विशिष्ट आवेग गर्म गैस के तापीय वेग (उष्मीय गति) के सीधे आनुपातिक होता है:

I_{sp}=V_{e}/g_{o}={\frac {1}{g_{o}}}{\sqrt {\frac {3k_{b}T}{m}}}

कहाँ पे $g_{o}$ मानक गुरुत्वाकर्षण (पृथ्वी की सतह पर नाममात्र "औसत" मान) है, $k_{b}$ Boltzmann (बोल्ट्जमान) स्थिरांक (अपरिवर्तनीय) है | Boltzmann's स्थिरांक, T(टी) तापमान (पूर्ण), और m (एम) निकास (प्रस्थान) का द्रव्यमान (प्रति अणु) है। प्रतिक्रिया द्रव्यमान के लिए जो मोनोएटोमिक नहीं है, कुछ तापीय ऊर्जा को निकास (बाहर निकलना) की आंतरिक ऊर्जा के रूप में बनाए रखा जा सकता है, और इस समीकरण (संतुलन) को निकास में पृथक्करण (विभाजन) की डिग्री (परिमाण), जमे हुए प्रवाह के क्षति और अन्य आंतरिक नुकसान के आधार पर संशोधित (परिवर्तित) किया जाएगा, लेकिन समग्र वर्गमूल आनुपातिकता (समानता) बनी रहेगी। थर्मल रॉकेट के अधिकतम प्रदर्शन के लिए एक अधिक विस्तृत (सविस्तार) समीकरण डे लावल नोजल # निकास गैस वेग या चुंग में पाया जा सकता है।^[1] इस प्रकार, एक थर्मल इंजन की दक्षता उच्चतम व्यवहार्य तापमान (आमतौर पर भौतिक गुणों द्वारा सीमित) का उपयोग करके और प्रतिक्रिया द्रव्यमान के लिए कम आणविक द्रव्यमान का चयन करके अधिकतम होती है।

ठंडा गैस थ्रस्टर

तापीय रॉकेट का सबसे सहज स्थिति वह स्थिति है जिसमें एक संपीड़ित (संकुचित) गैस को एक टैंक (टंकी) में रखा जाता है, और एक नोजल के माध्यम से छोड़ा जाता है। इसे ठंडे गैस थ्रस्टर (जोर) के रूप में जाना जाता है। थर्मल स्रोत, इस मामले में, गैस की ताप योग्यता में सहज ऊर्जा है।

स्टीम रॉकेट

एक भाप रॉकेट (गर्म पानी के रॉकेट के रूप में भी जाना जाता है) एक थर्मल रॉकेट है जो उच्च तापमान पर एक दबाव पोत (बर्तन) में रखे पानी का उपयोग करता है, जैसे कि इसका संतृप्त वाष्प दबाव (गीला) व्यापक दबाव से काफी अधिक होता है। प्रणोद उत्पन्न करने के लिए पानी को रॉकेट नोजल के माध्यम से भाप के रूप में बाहर निकलने दिया जाता है। ड्रैग-रेसिंग (दौड़कर खींच) अनुप्रयोगों में इस प्रकार के थर्मल रॉकेट का उपयोग किया गया है।^[2]

परमाणु तापीय रॉकेट

एक परमाणु तापीय रॉकेट में एक कार्यशील (कार्यरत) तरल पदार्थ, आमतौर पर तरल हाइड्रोजन, (गैसीय पदार्थ जिसमे कोई गंध, स्वाद और रंग नहीं होता) जो एक परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान तक गरम किया जाता है, और फिर रॉकेट इंजन नोजल के माध्यम से फैलता है। जिससे जोर पैदा होता है। परमाणु रिएक्टर (भट्टी) की ऊर्जा रासायनिक रॉकेट इंजन में प्रतिक्रियाशील रसायनों की रासायनिक ऊर्जा को प्रतिस्थापित (बदलाव) करती है। रासायनिक ईंधन की तुलना में परमाणु ईंधन के उच्च ऊर्जा घनत्व (सघनता) के कारण लगभग 107 ^{गुना, इंजन का परिणामी (परिणामस्वरूप) विशिष्ट आवेग रासायनिक इंजनों की तुलना में कम से कम दोगुना अच्छा है। एक परमाणु रॉकेट का समग्र सकल लिफ्ट-ऑफ (उत्थापन) द्रव्यमान एक रासायनिक रॉकेट का लगभग आधा है, और इसलिए जब इसे ऊपरी चरण के रूप में उपयोग किया जाता है तो यह कक्षा में ले जाने वाले पेलोड (विस्फोटक शक्ति) को लगभग दोगुना या तिगुना कर देता है।}

सैटर्न (शनि) V और शनि आई रॉकेट पर S-II (एस-द्वितीय) और S-IVB (एस-आईवीबी) चरणों में प्रयुक्त J-2 (रॉकेट इंजन) के प्रतिस्थापन (स्थानापन्न) के रूप में कुछ समय के लिए एक परमाणु इंजन पर विचार किया गया था। मूल रूप से "ड्रॉप-इन" (झांकना) प्रतिस्थापनों को उच्च प्रदर्शन के लिए माना जाता था, लेकिन एस-आईवीबी चरण के लिए एक बड़ा प्रतिस्थापन बाद में मंगल मिशन ( अभियान) और अन्य उच्च-भार प्रोफाइल (रूपरेखा) के लिए अध्ययन किया गया, जिसे एस-एन के रूप में जाना जाता है। अंतरिक्ष परिवहन प्रणाली (यातायात तंत्र) के भाग के रूप में परमाणु थर्मल ट्रांसलूनर (अनुवादक) या इंटरप्लानेटरी (ग्रहों के बीच का) स्पेस शटल (अंतरिक्ष यान) की योजना पृथ्वी की निचली कक्षा में एक प्रणोदक डिपो (गोदाम) से चंद्रमा और अन्य ग्रहों तक पेलोड लेने के लिए की गई थी। रॉबर्ट बुसार्ड ने एकल-चरण-से-कक्षा "एस्पेन" वाहन को प्रणोदन के लिए एक परमाणु थर्मल रॉकेट और निचले वातावरण में न्यूट्रॉन (अणु की विधुत रहित कण) बैक स्कैटरिंग (बिखरने) के खिलाफ आंशिक परिरक्षण (रक्षा) के लिए द्रव हाइड्रोजन प्रणोदक का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया।^[3] सोवियत संघ ने अपने स्वयं के चंद्रमा रॉकेटों के लिए परमाणु इंजनों का अध्ययन किया, विशेष रूप से एन -1 रॉकेट के ऊपरी चरणों में, हालांकि उन्होंने नेवादा टेस्ट साइट (परीक्षण स्थल) पर1960 (एक हज़ार नौ सौ साठ) के दशक के दौरान यू.एस. जैसे व्यापक परीक्षण कार्यक्रम में प्रवेश नहीं किया। कई सफल गोलीबारी के बावजूद, अंतरिक्ष की दौड़ समाप्त होने से पहले अमेरिकी परमाणु रॉकेट नहीं उड़े। आज तक, कोई परमाणु थर्मल रॉकेट उड़ाया नहीं गया है यद्यपि एनईआरवीए एनआरएक्स / ईएसटी और एनआरएक्स / एक्सई का निर्माण और परीक्षण उड़ान डिजाइन अंश के साथ किया गया था। अत्यधिक सफल यू.एस. प्रोजेक्ट रोवर (परियोजना) जो 1955 (एक हज़ार नौ सौ पचपन) से 1972 (एक हज़ार नौ सौ बहत्तर) तक चला,17 (सत्रह) घंटे के रन टाइम (चलाने का समय) में जमा हुआ। NERVA NRX/XE (नर्व एनआरएक्स/एक्सई), जिसे एसएनपीओ द्वारा अंतिम प्रौद्योगिकी विकास रिएक्टर माना जाता है, उड़ान प्रोटोटाइप (आद्यरूप) के लिए आगे बढ़ने से पहले आवश्यक है,पूर्ण शक्ति पर 28 (अट्ठाईस) मिनट सहित 2 (दो) घंटे से अधिक का रन टाइम जमा हुआ।^[4] रूसी परमाणु तापीय रॉकेट RD-0410 (आरडी-0410 ) का भी सोवियत संघ के माध्यम से दावा किया गया था कि वह सेमिपालाटिंस्क के पास परमाणु परीक्षण स्थल 50.170°N 78.375°E पर परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजरा है।^[5] संयुक्त राज्य अमेरिका ने प्रोजेक्ट रोवर और नासा के नर्व कार्यक्रम के दौरान 1959 (एक हज़ार नौ सौ उनसठ) से 1972 (एक हज़ार नौ सौ बहत्तर) तक नेवादा परीक्षण स्थल, नामित कीवी, फोएबस, NRX/EST, NRX/XE, (एनआरएक्स/ईएसटी, एनआरएक्स/एक्सई) प्यूवी, प्यूवी 2 (दो) और न्यूक्लियर फर्नेस (नाभिकीय भट्टी) के दौरान बीस अलग-अलग आकारों और डिजाइनों का उत्तरोत्तर लगातार परीक्षण किया। प्यू रॉकेट (छोटा) (1970) और प्यू 2 रॉकेट में उच्च शक्ति घनत्व की ऊंचाई।^[4] बेहतर प्यू 2 डिज़ाइन के परीक्षण 1970 (एक हज़ार नौ सौ सत्तर) में कम लागत वाली न्यूक्लियर फर्नेस (एनएफ-1) के पक्ष में रद्द कर दिए गए थे, और अमेरिकी परमाणु रॉकेट कार्यक्रम आधिकारिक तौर पर 1973 (एक हज़ार नौ सौ तिहत्तर) के वसंत (कमानी) में समाप्त हो गया था। नासा के अंदरूनी उस समय से परमाणु रॉकेट में अनुसंधान (खोज) चुपचाप जारी है। वर्तमान (2010) पच्चीस हजार पाउंड (मुद्रा)-थ्रस्ट संदर्भ डिजाइन (एनईआरवीए-व्युत्पन्न रॉकेट, या एनडीआर) प्यूवी पर आधारित हैं, और 925 (नौ सौ पच्चीस) सेकंड (क्षण) के विशिष्ट आवेग हैं।

रेडियो आइसोटोप थर्मल रॉकेट

एक संस्करण (संपादन) रेडियोआइसोटोप रॉकेट (विकिरण समस्थानिक) है, जिसमें परमाणु रिएक्टर के बदले Radioisotope हीटर इकाई (ताप स्रोत) द्वारा प्रतिक्रिया द्रव्यमान को गर्म किया जाता है।

सोलर थर्मल रॉकेट

सौर तापीय प्रणोदन अंतरिक्ष यान प्रणोदन एक रूप है जो सीधे प्रतिक्रिया द्रव्यमान को गर्म करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करता है, और इसलिए विद्युत (बिजली) जनरेटर की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि सौर-संचालित (शक्ति) प्रणोदन के अधिकांश अन्य रूप होते हैं। एक सौर तापीय रॉकेट को केवल सौर ऊर्जा पर कब्जा करने के साधनों, जैसे कि संकेंद्रक (सांद्रक) और दर्पण (शीशा) को ले जाना होता है। जोर पैदा करने के लिए गर्म प्रणोदक को एक पारंपरिक रॉकेट नोजल के माध्यम से खिलाया जाता है। इंजन का जोर सीधे सौर कलेक्टर (संग्राहक) के सतह क्षेत्र और सौर विकिरण की स्थानीय तीव्रता से संबंधित है। कम अवधि में, सौर तापीय प्रणोदन को लंबे अवधि तक चलने वाले, कम लागत वाले और अधिक लचीले क्रायोजेनिक (तापमान कम करने वाला अथवा कम तापमान से संबंधित) ऊपरी चरण के लॉन्च वाहनों और प्रणोदक डिपो (भंडार) की परिक्रमा के लिए प्रस्थापित किया गया है। पुन: प्रयोज्य इंटर-ऑर्बिटल टग्स (अंतर-कक्षीय )^{[citation needed]} में उपयोग के लिए सौर तापीय प्रणोदन एक अच्छा उम्मीदवार है, क्योंकि यह एक उच्च दक्षता वाली कम-थ्रस्ट प्रणाली है जिसे सापेक्ष (संबंधी) आसानी से ईंधन भरा जा सकता है।

लेजर थर्मल रॉकेट

एक लेजर थर्मल रॉकेट एक प्रकार का बीम-संचालित (किरण चालित) प्रणोदन और एक थर्मल रॉकेट दोनों है। ऊष्मीय ऊर्जा स्रोत एक लेज़र (विद्युतवुम्बकीय विकिरण) है, जो ताप विनिमायक (स्थानांतरित) में काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करता है। काम कर रहे तरल पदार्थ को जोर देने लिए नोजल के माध्यम से विस्तारित किया जाता है। लेज़र शक्ति के आधार पर, एक लेज़र थर्मल रॉकेट में रासायनिक रॉकेट के समान थ्रस्ट-टू-वेट (आयामरहित) अनुपात हो सकता है, जबकि परमाणु थर्मल रॉकेट के समान एक विशिष्ट आवेग प्राप्त कर सकता है।^[6] ग्राउंड-टू-ऑर्बिट (जमीन से कक्षा) लॉन्च के लिए, ऐसे रॉकेट के लिए लेजर स्रोत उच्च-आवृत्ति लॉन्च (प्रमोचन) करने में सक्षम स्थायी स्थापना होगी, जबकि रॉकेट में निष्क्रिय (स्थिर) प्रणोदक हो सकता है।

माइक्रोवेव थर्मल रॉकेट

एक माइक्रोवेव थर्मल रॉकेट एक लेजर थर्मल रॉकेट के समान है, अतिरिक्त इसके कि यह एक माइक्रोवेव (सूक्ष्म तंरग) स्रोत द्वारा संचालित होता है, उदाहरण के लिए भू-आधारित चरणबद्ध सारणी (चरण तालिका)। लेज़रों की तुलना में, माइक्रोवेव का उपयोग करने का मुख्य लाभ यह है कि स्रोतों पर वर्तमान में प्रति वाट आकार के एक-तीन ऑर्डर (क्रमांक) कम खर्च होते हैं। मुख्य क्षति यह है कि बीम विवर्तन (टुकड़े करना) प्रभाव के कारण माइक्रोवेव बीम निदेशक को लेजर बीम निदेशक की तुलना में बहुत बड़ा व्यास होना चाहिए।

माइक्रोवेव थर्मल रॉकेट का आविष्कार केविन एल.जी. 2002 (दो हज़ार दो) में पार्किन और उनके पीएचडी का विषय था। निबंध।^[7] मई 2012 (दो हज़ार बारह) और मार्च 2014 (दो हज़ार चौदह) के बीच, DARPA/NASA (दारपा/नासा) मिलीमीटर-वेव थर्मल लॉन्च प्रणाली (एमटीएलएस) प्रोजेक्ट ने इस काम को जारी रखा, जिसकी समापन फरवरी 2014 में पहले माइक्रोवेव थर्मल रॉकेट लॉन्च में हुई। मार्च 2014 में धन समाप्त होने से पहले हल किया गया।

संदर्भ

↑ Chung, Winchell, "Choose Your Engine", Atomic Rockets (accessed 9 January 2015).
↑ tecaeromex- steam rockets
↑ Dewar, James and Bussard, Robert, "The Nuclear Rocket: Making Our Planet Green, Peaceful and Prosperous", Apogee Books, Burlington, Ontario, Canada, 2009
↑ ^4.0 ^4.1 Dewar, James. "To The End Of The Solar System: The Story Of The Nuclear Rocket", Apogee, 2003
↑ ""Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky" - Scientific-Research Complex / RD0410. Nuclear Rocket Engine. Advanced launch vehicles". KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau. Retrieved 2009-09-25.
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↑ Parkin, Kevin, The microwave thermal thruster and its application to the launch problem (PhD thesis)

[1] Chung, Winchell, "Choose Your Engine", Atomic Rockets (accessed 9 January 2015).

[2] tecaeromex- steam rockets

[dewar2-3] Dewar, James and Bussard, Robert, "The Nuclear Rocket: Making Our Planet Green, Peaceful and Prosperous", Apogee Books, Burlington, Ontario, Canada, 2009

[dewar-4] 4.0 ^4.1 Dewar, James. "To The End Of The Solar System: The Story Of The Nuclear Rocket", Apogee, 2003

[KBKhA-5] ""Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky" - Scientific-Research Complex / RD0410. Nuclear Rocket Engine. Advanced launch vehicles". KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau. Retrieved 2009-09-25.

[6] ttp://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/897Kare.pdf^{[bare URL PDF]}

[parkin-7] Parkin, Kevin, The microwave thermal thruster and its application to the launch problem (PhD thesis)

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