همه چیز راجع به مهندسی هوافضا

P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
مهندسی هوافضا، شاخهای است از مهندسی که با طراحی هواپیما، فضاپیما، و مسائل و موضوعات وابسته به آنها سر وکار دارد. اغلب اوقات، از آن به عنوان مهندسی هوانوردی یاد میشود، خصوصا، زمانی که فقط به هواپیما اشاره شود، و وقتی که فضاپیما مورد نظراست، به آن مهندسی فضایی گفته میشود.
مهندسی هوافضا یکی از پیشروترین زمینههای پژوهشی است و بودجههای کلان نظامی و غیرنظامی که صرف این رشته میشود زمینههای پیشرفت و جهش در دیگر رشتههای دانش و مهندسی را فراهم ساخته است.
مهندسی هوافضا دانشی راهبردی است که در آن از دانشهای دیگر مانند متالورژی، علوم رایانه و الکترونیک بهرهگیری میشود.


هدف رشتۀ دانشگاهی مهندسی هوافضا تربیت کارشناسانی است که نیروی انسانی مورد نیاز برای طراحی، پژوهش و ساخت در صنایع گوناگون هوافضایی را فراهم سازند. گرایش های دانشگاهی هوافضا از جمله پیشرانش و سازه خویشاوندی زیادی با تمامی گرایشهای مهندسی مکانیک دارد؛ بهاین جهت دارای شماری درسهای مشترک با گرایشهای مهندسی مکانیک مثل مکانیک جامدات و مکانیک شارهها است. در بعضی دانشگاهها، دانشکدۀمهندسی مکانیک و هوافضا بهعنوان یک دانشکدۀ مستقل وجود دارد.
پایۀ بیشتر درسهای این رشته بر ریاضی است، مانند دینامیک سیالات برای آیرودینامیک یا معادلات حرکت برای دینامیک پرواز. با اینهمه، اجزای تجربی بسیاری نیز در این رشته وجود دارد. از نظر تاریخی، این اجزا تجربی از آزمایشمدلهای کوچک و نمونۀ اولیه، در تونل باد و یا در فضای باز منشأ گرفتهاند. پیشرفتهای صنعت رایانه این امکان را بهوجود آورده که از دینامیک محاسباتی سیالات، و شبیهسازی رفتار سیال، بتوان برای کاهش هزینه و زمان صرف شده در آزمایش تونل باد استفاده کرد.
در ایران، رشتۀ مهندسی هوافضا در دورۀ کارشناسی در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد واحد رامـسـر، نجف آباد و بناب و دانشگاه پیام نور کرج و دانشگاه پیام نور شیراز آموزش داده میشود. همچنین دانشگاه های نظامی مانند دانشگاه امام حسین و دانشگاه شهید ستارینیز در این رشته دانشجو جذب می نمایند.
در حال حاضر در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا، این رشته به ۶ گرایش آیرودینامیک، پیشرانش (جلوبرنده)، مکانیک پرواز و سازههای هوافضایی تقسیم میشود.
علاوه بر دانشگاههای فوق الذکر دانشگاه شهید بهشتی، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشگاه تبریز، دانشگاه صنعتی شیراز، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، دانشگاه تربیت مدرس و پژوهشگاه هوافضا نیز در مقطع کارشناسی ارشد بهتربیت دانشجو میپردازند.
در سطح دکترا نیز این رشته در دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات ارائه میشود.


آیرودینامیک

از مهمترین پایههای هوافضا بهشمار میرود. علم آیرودینامیک بهمطالعه و بررسی جریان هوا و محاسبۀ نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی جسم پرنده، میپردازد. مهندسین هوافضا در این گرایش جریانهای پیچیده در اطراف جسم پرنده را تحلیل میکنند و با بدست آوردن نیروهای آیرودینامیکی بهبررسی پایداری و طراحی سازۀ شناور در سیال - بیشتر هوای اطراف زمین که در ارتفاعات مختلف فاکتورهای متفاوت دارد، مورد بحث است - میپردازند.

پیشرانش

دانش پیشرانهها بهمطالعه و بررسی سامانههای جلوبرنده(موتور)، اعم از موتورهای هوازی و غیرهوازی میپردازد. موتورهای هوازی شامل موتورهای پیستونی و چرخپرهای (توربینی) است که از هوا بهعنوان اکسیدکننده استفاده نموده و سوخت را با خود حمل میکنند. اما موتورهای غیرهوازی مانند موتور موشکها و فضاپیماها است که سوخت و اکسیدکننده را با خود حمل میکنند. در این دانش نحوهٔ تولید نیروی رانش و همچنین ساختار کلی انواع موتورهای هوافضایی بررسی و مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. طراحی و تعیین میزان عملکرد انواع سامانههای جلوبرنده نیز بسیار مورد توجه مهندسین پیشرانش هستند. این گرایش بسیار شبیه به مکانیک - تبدیل انرژی و سیستم های انرژی می باشد و دروس مشترک بسیاری با هم دارند و زمینه های کاری بیشتری نسبت به گرایش های دیگر هوافضا دارد.(شرکت نفت، ایران خودرو، صنایع دفاع،نیروگاه ها و ...)دینامیک پرواز و کنترل

دینامیک پرواز با بهرهگیری از دادههای هواپویشی، هندسی و وزنی، بهمطالعه و بررسی رفتار و حرکات هواپیما میپردازد. در واقع علم دینامیک پرواز به بررسی برد، مسافت نشست و برخاست (طول باند)، چگونگی تداوم یافتن پرواز در سرعتهای گوناگون، پایداری و کنترل وسایل پرنده و شرایط ناخواستهای که سبب انحراف وسیلۀ پرنده میشود میپردازد. بهطور خلاصه، تحلیل نحوۀ حرکت یک وسیله در هوا یا فضا و ارائۀ طرحهایی بهمنظور بهینهسازی این حرکت، وظیفۀ دینامیک پرواز و کنترل است. این بخش بسیار مهم است .

سازههای هوافضایی

سازههای هوافضایی بهمطالعه، بررسی و بهینهسازی سازههای هواپیما و دیگر وسایل پرنده میپردازد. هدف آن طراحی و تحلیل سازههایی است که علاوه بر استواری کافی در برابر بارهای آیرودینامیکی و دیگر بارهای استاتیکی وارد بر وسایل پرنده، کمترین وزن ممکن را نیز داشته باشند. ضمن اینکه باید بتوانند در برابر ارتعاشات و سایر عوامل محیطی نظیر تغییرات زیاد و سریع دما و رطوبت نیز مقاوم باشند.

مهندسی فضایی

مهندسی فضایی شاخهای از هوافضا است که بهبررسی پیشرانش، آیرودینامیک، سازه و مکانیک پرواز حامل (موشک) و پرتابه (ماهواره) در فضا میپردازد. علاوه بر آن در این شاخه بیشتر بر کاربرد فضایی بودن (صرف نظر از درگ) و در نظر گرفتن شرایط ویژه فضا (پرتوهای کیهانی، الکتریسیته ساکن و ...) پرداخته میشود. و در واقع زمینه مهندسی کمتری نسبت به گرایش های دیگر مهندسی هوافضا دارد و بیشتر مدیریتی است. دروس این رشته بصورت کلی ارائه می شود و تخصصی وارد مباحث نمی شود.
علم مکانیک سماوی) در دو قسمت عمده مطرح است. یکی از قسمتهای این شاخه از علم مرتبط است با حرکت اجرام اجسام در فضا تحت تاثیر جاذبه میباشد که این با همان نام مکانیک مدارهای فضایی مطرح بوده است. شاخهٔ دیگر از مکانیک سماوی در خصوص دینامیک وضعیت اجسام (بهدور مرکز ثقل خودشان) بحث میکند؛ این گرایش در دانشگاههای خواجه نصیر و آزاد واحد علوم و تحقیقات ارائه می گردد.


انجمن ها و سازمان های هوافضا در ایران

سازمان هوافضای ایران
سازمان فضایی ایران
پایگاه صنعت و فناوری هوافضا (اخبار، مقاله و تحلیل)
اضافه شدن رشته ی هوافضای بناب در دانشگاه آزاد اسلامی؛ آیروسنتر
اضافه شدن رشته ی هوافضا در دانشگاه پیام نور کرج؛ انجمن هوافضا ی دانشگاه پیام نور کرج
اضافه شدن رشته هوافضا در دانشگاه پیام نور مشهد > هیئت موسس انجمن علمی هوا فضا
اضافه شدن رشته هوافضا در دانشگاه پیام نور شیراز > استارت اولیه ی طراحی ماهواره ی نور در دانشگاه پیام نور شیراز

رشته مهندسی هوافضا یکی از رشتههای گروه فنی مهندسی است. با توجه به رشد سریع و ناگهانی این دانش در دهههای اخیر هم اکنون این رشته جزو رشتههای راهبردی دانش به شمار میآید. ولی با این وجود این رشته در ایران از سابقه زیادی برخوردار نیست.
رشته مهندسی هوا فضا برای نخستین بار در سال ۱۳۶۶ وارد ایران شد و نخستین دوره کارشناسی این رشته را دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران) راه اندازی کرد. هم اکنون دانشگاههای صنعتی امیرکبیر، صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، صنعتی شریف، دانشگاه امام حسین، دانشگاه شهید ستاری و دانشگاه صنعتی مالک اشتر و دانشگاه آزاد (واحد علوم و تحقیقات)، زیر نظر وزارت علوم، تحقیقات و فناوری مشغول تربیت دانشجویان این رشته در مقطع کارشناسی هستند. در دوره کارشناسی ارشد علاوه بر دانشگاههای مذکور دانشگاههای تربیت مدرس، علم و صنعت ایران، فردوسی مشهد، شیراز، شهید بهشتی و پژوهشگاه هوافضا نیز در گرایشهای مختلف مهندسی هوا فضا دانشجو میپذیرند.
همچون دیگر رشتههای مهندسی طول متوسط دوره تحصیلی برای دوره کارشناسی ۴ سال بوده و دروس این مجموعه شامل دروس عمومی، پایه، اصلی، تخصصی، کارگاهی و کارآموزی است و زمینههایی چون آیرودینامیک، سازههای هوایی، مکانیک پرواز و پیشرانهها (جلوبرندهها) دروس تخصصی این رشته را شامل میشوند.
شایان یادآوری است که این رشته در مقطع کارشناسی ارشد (در ایران) دارای گرایشهای مکانیک پرواز، ایرودینامیک، پیشرانش، سازه های هوایی و مهندسی فضایی است و هم اکنون امکان ادامه تحصیل در رشته مهندسی هوافضا در داخل کشور تا مقطع دکترا میسر است.
دکتر مجتبی شهرامیار، نخستین دانش آموخته مقطع دکترای مهندسی هوافضا در ایران شهریور سال ۱۳۸۳ در گرایش سازه از دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی امیرکبیر فارغ التحصیل شد .
رشته مهندسی هوافضا در اصل یکی از گرایشهای مهندسی مکانیک است و در مقطع کارشناسی دارای بیش از ۱۰۰ واحد مشترک با سایر گرایشهای این رشته میباشد .

دینامیک سیّالات محاسباتی یا سیاِفدی ((Computational fluid dynamics (CFD) یکی از بزرگترین زمینههاییست که مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندیهای نوین محاسباتی آن در نیمهٔ دوّم قرن بیستم و در سدهٔ جدید میلادی وصل میکند.

سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک سیّالات محاسباتی را نمیتوان جدای از تاریخ اختراع، رواج، و تکامل کامپیوترهای ارقامی نقل کرد. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوٌم، بیشتر شیوههای مربوط به حلّ مسائل دینامیک سیالات از طبیعتی تحلیلی یا تجربی برخوردار بود. همچون تمامی نوآوریهای برجستهٔ علمی، در این مورد هم اشاره به زمان دقیق آغاز دینامیک سیّالات محاسباتی نامیسر است. در اغلب موارد، نخستین کار بااهمیت در این رشته را بهریچاردسون نسبت میدهند، که در سال ۱۹۱۰ (میلادی) محاسبات مربوط به نحوهٔ پخش تنش (stress distribution) در یک سد ساختهشده از مصالح بنّایی را به انجام رسانید.
در این کار ریچاردسون از روشی تازه موسوم به رهاسازی (relaxation) برای حلّ معادلهٔ لاپلاس استفاده نمود. او در این شیوهٔ حلّ عددی، دادههای فراهمآمده از مرحلهٔ پیشین تکرار (iteration) را برای تازهسازی تمامی مقادیر مجهول در گام جدید به کار میگرفت.

در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پارهای حاکم بر سیالات به معادلات جبری امکان حل عددی این معادلات فراهم میشود. با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المانهای کوچکتر و اعمال شرایط مرزی برای گرههای مرزی با اعمال تقریبهایی یک دستگاه معادلات خطی بدست میآید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیة مورد نظر بدست میآید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات میتوان برآیند نیروهای وارد بر سطوح، ضرایب برا و پسا و ضریب انتقال حرارت را محاسبه نمود.
در دینامیک محاسباتی سیّالات از روشها و الگوریتمهای مختلفی جهت رسیدن به جواب بهره میبرند، ولی در تمامی موارد، دامنه مساله را به تعداد زیادی اجزاء کوچک تقسیم میکنند و برای هر یک از این اجزاء مساله را حل میکنند. پس از رسم یک ۱۰۰ ضلعی منتظم مشاهده خواهیم نمود که شکل حاصل مشابه دایره است. با افزایش تعداد اضلاع این شباهت بیشتر خواهد شد. در حقیقت این پدیده در مبحث سیاِفدی نیز مفهوم خواهد داشت.



در میان این روشها روش احجام محدود دارای کاربرد بیشتری به خصوص در مدل سازی جریانهای تراکم ناپذیر میباشد. بیشتر نرمافزارهای تجاری در زمینه دینامیک سیّالات محاسباتی نیز بر مبنای این روش بسط و توسعه یافته اند.کاربردها

اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در میان روشهای آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات و انتقال حرارت باز کردهاست و استفاده از این روشها برای انجام تحلیلهای مهندسی امری عادی شدهاست.
دینامیک محاسباتی سیالات بصورت گسترده در زمینههای مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته میشود. از جمله این موارد میتوان به صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، توربوماشینها، صنایع هستهای، صنایع نظامی، صنایع نفت و گاز و انرژی و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره نمود که دانش دینامیک محاسباتی سیالات به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده است.

مراکز تحقیقاتی و آموزشی

علیرغم اینکه قدمت روش دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سالهای اخیر، رشد بسیار خوبی داشته است. جای گرفتن این مبحث در قالب چندین واحد درسی در مقاطع کارشناسی ارشد، دکتری و حتی کارشناسی به خوبی بیانگر میزان توجه و آینده روشن آن در کشور است. علاوه بر دروس آکادمیک ارائه شده در دانشگاه ها، مراکز زیادی نیز به صورت حرفه ای و نیمه حرفه ای در این زمینه شروع به فعالیت کرده اند. این مراکز به دو دسته آموزشی (آموزش مبانی CFD، کدنویسی و برنامه نویسی، آموزش نرمافزارهای مرتبط) و تحقیقاتی ( انجام پروژههای علمی و صنعتی، توسعه روشهای عددی در دینامیک سیالات و ...) تقسیم بندی می شوند.البته مراکز آموزشی مرتبط با این بخش معمولاً وابسته به دانشگاهها بوده و در اشاعه این نوع تحلیل به مهندسین فارغ التحصیل کمک شایانی کرده و می کنند.

لینک برخی از مهمترین این مراکز آموزشی در ایران از قرار زیر است:
گروه دینامیک سیالات محاسباتی دانشگاه صنعتی اصفهان
مرکز تحقیقات دینامیک سیالات محاسباتی دانشگاه علم و صنعت ایران
مرکز تحقیقات CFD دانشگاه رازی کرمانشاه[نیازمند منبع]
تالار گفتگوی تخصصی فارسی CFD

مراجع


  • Pletcher, Richard et al, Computational Fluid Mechanics And Heat Transfer, Taylor and Francis, ۱۹۹۷, ISBN 978-1-56032-046-3.
  • Versteeg H K , Malalasekera W Introduction To Computational Fluid Dynamics The Finite Volume Method (Longman, ۱۹۹۵)(T)(Isbn ۰۵۸۲۲۱۸۸۴۵)(۲۶۷S)
  • Anderson, Dale A Computational Fluid Mechanics And Heat Transfer (Taylor & Francis) ۱۹۹۷
  • ferziger.&.peric.-.computational.methods.for.fluid.dynamics.(۳ed,.� �۰۰۱)
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
دینامیک گازها شاخهای از دینامیک سیالات است که به بررسی رفتار گازها در سرعتهای بالا میپردازد. چنانچه گاز مربوط هوا باشد، معمولاً از اصطلاح آیرودینامیک استفاده میشود. با این حال بررسی رفتار هوای رقیق در سرعتهای بالا هم در چارچوب دینامیک گازها میگنجد. دینامیک گاز در تحلیل پدیدههایی مثل انفجار، سوزش، و امواج شوک کاربرد دارد.

مهندسی کنترل گرایشی از مهندسی برق و مهندسی مکانیک است و کاربرد گسترده ای در رشته های مهندسی هوافضا٬ مهندسی شیمی و حتی اقتصاد و زیستشناسی دارد.
مهندسی کنترل به مدلسازی ریاضی سیستمها و بررسی دینامیک آنها، و در نهایت، طراحی کنترلکنندهها برای سیستمهای مورد نظر میپردازد. هدف از طراحی کنترلکننده واداشتن سیستم تحت کنترل به داشتن رفتاری مطابق بارفتار مطلوب میباشد. رفتار مطلوب میتواند معیارهای مختلفی از قبیل سرعت، دقت، مصرف سوخت، زمان و ... باشد.
به دلیل پایهای بودن مطالب عنوان شده در این رشته، مباحث میتواند بسیار فراتر از رشته برق و حتی رشتههای مهندسی برود. چون آنچه که عنوان میشود اصول و مبناهای کنترل سیستمها است. میتوان این سیستم را یک سیستم مکانیکی و یا دارای اجزای الکترونیکی و یا حتی جامعهای از انسانها و یا رفتارهای انسانی در نظر گرفت.
به عنوان مثال در سالهای اخیر بحث کنترل سازه ها در برابر زلزله به موضوع مورد علاقه محققان سازه تبدیل شده است. به نحوی که تقریبا هم اکنون ساختمانهای بلند بدون سیستمهای کنترلی ساخته نمیشوند. مثال بسیار مشهور استفاده از سیستمهای کنترل در ساختمانها برج ۱۰۱ تایپه است که در آن از سیستم کنترلی غیر فعال میراگر جرم هماهنگ شده موسوم به TMD استفاده شده است.


دورنما


سیستمهای کنترلی نقشی حیاتی در سفرهای فضایی ایفا میکنند


مهندسی کنترل مدرن با مهندسی برق، الکترونیک و مهندسی کامپیوتر ارتباط نزدیکی دارد. به طوری که غالباً میتوان مدارات الکترونیکی را با تکنیکهای تئوری کنترل تفسیر کرد. در بسیاری از دانشگاهها دروس مهندسی کنترل توسط اساتید برق یا الکترونیک تدریس میشوند؛ در سایر دانشگاهها با علوم کامپیوتر در ارتباط میباشد چرا که امروزه اغلب تکنیکهای کنترل از طریق کامپیوتر پیاده سازی میشوند. قبل از رشد الکترونیک مدرن سیستمهای کنترلی توسط مهندسین مکانیک ساخته میشد که شامل فیدبک مکانیکی بوسیله پنوماتیک و هیدرولیک بود. البته برخی از این سیستمها امروزه نیز کاربرد دارند. کنترل فرایند زمینهای از کنترل میباشد که به کنترل فرایندهای شیمیایی میپردازد. در این گرایش به کنترل متغیرهای موجود در فرایندهای شیمیایی یک خط تولید پرداخته میشود. در دروس دوره کارشناسی مهندسی شیمی به این موضوع پرداخته میشود. مهندسی کنترل در زمینههای گوناگونی چون علوم، مدیریت مالی، وحتی جامعهشناسی کاربرد دارد. دانشجویان رشته مهندسی کنترل معمولاً با درس کنترل خطی شروع میکنند که پیش نیاز آن ریاضیات مقدماتی و تبدیل لاپلاس میباشد. در درس کنترل خطی دانشجو با آنالیز حوزه فرکانس و زمان آشنا میشود. کنترل دیجیتال و کنترل غیر خطی دروسی هستند که نیازمند تبدیل z و جبر پیشرفته میباشند.تاریخچه

تلاش اولیه بشر برای درک زمان و تعیین موقعیت خود در شبانه روز از اولین گامها در طراحی سیستمهای کنترل است که به ساخت ساعتهای آبی منجر گردید. اولین ساعتهای آبی توسط یونانیها و مصریان در حدود ۲۷۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شد و تا قرن هفدهم میلادی نیز کاربرد داشت. در همان دوران سیستمهای کنترل سطح روغن چراغها نیز طراحی شد. با وقوع انقلاب صنعتی در اروپا کورهها، بویلرها، موتورهای بخار پیشرفته و رگولاتورهای شناور طراحی شد که امکان کنترل آنها توسط سیستمهای ساده امکان پذیر نبود لذا سیستمهای کنترل پیشرفته تری پس از انقلاب صنعتی طراحی شدند. کنترل آسیابهای بادی که برای اولین بار توسط ایرانیان در قرن هفتم میلادی ساخته شدند گام مهمی در پیاده سازی کنترل خودکار به حساب میآید. این آسیابها در سال ۱۲۰۰ میلادی وارد اروپا شدند و تا سال ۱۶۰۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفتند. در این آسیابها دو نوع سیستم کنترل وجود داشت؛ یکی کنترل جهت قرارگیری آسیاب به طوری که بتواند از حداکثر نیروی باد استفاده کند و دیگری کنترل میزان گندم وارده به درون آسیاب. هر دوی این سیستمها به صورت کاملا خودکار عمل کرده و نیاز به حضور هیچ کارگری نبود.[۱]


جستارهای وابسته


مهندسی ابزار دقیق


منابع

مشارکت کنندگان ویکیپدیا، «Control engineering»، ویکیپدیای en، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۳ February ۲۰۰۹).

  1. ↑ «تاریخ مهندسی کنترل» نوشته علی خاکی صدیق


 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کنترل غیر خطی کنترل یکی از زمینههای مهندسی کنترل است که با سامانه غیرخطی یا سیستم های متغیر با زمان یا هر دو سر و کار دارد. تحلیلها و تکنیکهای طراحی بسیاری برای سامانه های غیرخطی وجود دارد اما کنترلر یا سیستم تحت کنترل یا هر دوی آنها در حالت کلی ممکن است که سامانه ی غیرخطی نباشند و تکنیکهای کنترل خطی را نمیتوان به صورت مستقیم به آنها اعمال کرد. موضوع اصلی کنترل غیر خطی آن است که به چه ترتیب میتوان تکنیکهای کنترل خطی را در مورد سیستمهای غیر خطی به کار برد. همچنین از روشهای کنترلی جدیدی میتوان استفاده کرد که با تحلیل خطی نمیتوان به آنها رسید. کنرلرهای غیر خطی ویژگیهای جالب تری نسبت به یک کنترلر خطی دارند مانند افزایش سرعت، کاهش انرژی و نیز کابرد ساده تر آنها. اما کنترلرهای غیر خطی نیازمند تحلیلهای ریاضی پیچیده تری هستند.

انواع روش ها

از روش های کنترل غیر خطی می توان به

  • روش تابع تعریف
  • روش صفحه ی فاز
  • تحلیل پایداری لیاپونوف
  • روش اختلال تکینه
  • روش پوپوف
  • نظریه مانیفولد مرکزی
اشاره نمود.
منبع


هدف از استفاده از کنترل تطبیقی (به انگلیسی: Adaptive control) آن است که کنترلر طراحی شده بدین روش، بتواند در مقابل تغییرات آرام در سیستم و همچنین خطاهای مدلسازی پاسخ مناسب بدهد. ‫تفاوت کنترل تطبیقی وکنترل مقاوم آن است که در کنترل تطبیقی نیازی به دانستن بازه کاری سیستم و یا میزان خطای پارامترها نیست. به عبارتی، طراحی از دیدگاه کنترل مقاوم به کنترلری میانجامد که در بازه مشخصی به پایداری سیستم میانجامد بدون آنکه نیازی به تغییر قوانین کنترلی باشد، ولی، با روش کنترل تطبیقی میتوان قوانین کنترلی را به گونهای با تغییر شرایط تطبیق داد که سیستم پایدار شود. کنترل تطبیقی به دو روش مستقیم وغیر مستقیم تقسیم بندی می شود که امروزه اکثر مقالات بر روی کنترل تطبیقی مستقیم تمرکز دارد
کنترل چندمتغیره


کنترل چندمتغیره شاخهای از مهندسی کنترل میباشد که بررسی و کنترل سیستمهایی میپردازد که بیش از یک متغیر ورودی و خروجی دارند. روشهای به کار رفته برای تحلیل و کنترل این سیستمها تعمیمی از روشهای موجود در کنترل خطی و کنترل مدرن میباشد. بطور کلی میتوان کنترل سیستمهای چند متغیره را به دو گروه کنترل متمرکز و کنترل غیر متمرکز تقسیم بندی کرد. در روش کنترل متمرکز که اکثرا بر پایه استفاده از روشهای فضای حالت میباشد یک کنترل کننده مرکزی تمام متغیرهای سیستم را کنترل کرده و به همین دلیل از پیچیدگی زیادی برخوردار میباشد. در روش کنترل غیرمتمرکز از چندین کنترل کننده مجزا برای کنترل متغیرهای سیستم استفاده میشود.

کنترل خطی ‫یکی از مدلهای کنترلی است که بطور گستردهای در مهندسی کنترل استفاده میگردد. دانشجویانی که در مهندسی کنترل تحصیل میکنند در ابتدا کنترل خطی را مطالعه میکنند.
پیشزمینههای مورد نیاز کنترل خطی، ریاضیات مقدماتی، جبر خطی و معادلات دیفرانسیل است. دانشجویان در این درس با تحلیل سیستمها در حوزه زمان و حوزه فرکانس آشنا میشوند. مباحث اصلی کنترل خطی عبارت است از:

  1. جبر خطی.
  2. تبدیل لاپلاس.
  3. نمایش سیستمهای خطی.
  4. بررسی پایداری سیستمهای خطی از طریق ابزارهای: آرایه روث، جدول هرویتز، نمودار بدی، نمودارهای معیار پایداری نایکوئیست، ‫نمودار نیکولز و مکان هندسی ‫ریشهها.
  5. طراحی سیستمهای کنترل پیش فاز، پس فاز و پیش پس فاز.
در این درس سیستمهای خطی و تغییر ناپذیر با زمان و خطی سازی سیستمهای غیر خطی تغییر ناپذیر با زمان بررسی میشود.پایداری سیستمهای کنترل خطی

جواب همگن متناظر با پاسخ گذرای سیستم به ریشه های معادله مشخصه بستگی دارد . اساساً طراحی سیستمهای کنترل خطی را می توان به عنوان مسئله مرتب کردن مکان قطبها و صفرهای تابع تبدیل حلقه بسته در نظز گرفت . به طوری که سیستم نظیر مطابق مشخصات معین عمل کند .
در میان صورتهای مختلف مشخصات عملکرد که در طراحی سیستمهای کنترل به کار می رود ، مهمترین آنها این است که سیستم باید پایدار باشد . به طور کلی سیستم ناپایدار ، سیستم بیهوده ای است . تعریف پایداری در مورد سیستمهای مختلف خطی ، غیر خطی ، متغیر با زمان و نامتغیر با زمان فرق می کند .
منابع


پانویس


  1. ↑ سیستمهای پویا: اصول و تعیین هویت
  2. ↑ System Dynamics: Principles and Identification
  3. ↑ سیستمهای کنترل
  4. ↑ Control Systems
  5. ↑ مبانی شبیهسازی سیستمها
  6. ↑ Fundamentals of System Simulation

 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کنترل هوشمند

از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری, جستجو
کنترل هوشمند (Intelligent control) نام شاخهای پرکاربرد و امروزین از علوم کنترل است که به اعمال مجموعهٔ وسیعی از فنون گوناگون هوش ماشینی در جهت کنترل فرایندهای پیچیدهٔ طبیعی، و نیز، ساختهها و آفریدههای دست انسان میپردازد.


محاسبات تکاملی

مقالهٔ اصلی: محاسبات تکاملی
از جملهٔ کاربردهای محاسبات تکاملی یادگیری خودکار نگاشتهای غیر خطی[۱] حاکم بر رفتار سیستمهای کنترل را میتوان نام برد.


جستارهای وابسته


منابع


نظریه کنترل

از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری, جستجو
نظریه کنترل زمینهای است بین رشتهها که راههای کنترل و تحت سیطره درآوردن عملکرد سیستمهای دینامیکی را مورد مطالعه قرار میدهد. هرچند، تولد و پیدایش آن از مهندسی و ریاضیات آغاز شد، بهمرور، نظریهٔ کنترل راه خود را به سمت کاربردهای نوین در عرصههای پیچیدهتری مثل علوم اجتماعی و در زمینههایی ازآن نظیر روانشناسی و جامعهشناسی هم پیدا کرده است.


تعریف

منظور از کنترل یک پدیده، دخالت در رفتار آن است، بهطوریکه، نتایج مطلوب حاصل گردد. این عمل بدین صورت انجام میگردد:
مقدار مورد نظر برای یک سیستم یا همان مقدار مطلوب به عنوان مرجع در نظر گرفته میشود. هنگامیکه یک یا چند تا از خروجیهای سیستم باید برای رسیدن به مقدار مطلوب عمل نمایند، کنترلر با دستکاری ورودیها سیستم را ناچار به رسیدن به مقدار مطلوب مینماید.[۱]
مباحث وابسته


پانوشتهها


  1. ↑ نظریهٔ ریاضی کنترل

منابع


پانویس


  1. ↑ سیستمهای پویا: اصول و تعیین هویت
  2. ↑ System Dynamics: Principles and Identification
  3. ↑ سیستمهای کنترل
  4. ↑ Control Systems
  5. ↑ مبانی شبیهسازی سیستمها
  6. ↑ Fundamentals of System Simulation
  7. ↑ کنترل هوشمند مواد با کنترلکنندههای فازی

یکی از مسائلی که در مهندسی کنترل وجود دارد عدم قطعیت است. عدم قطعیت میتواند هم در مدل و هم در اندازه گیری وجود داشته باشد. حضور این موارد در سیستمهای کنترل باعث میشود تا اهداف کنترلی انچنان که باید تحقق پیدا نکند. کنترل مقاوم تلاشی است که برای از پیش رو برداشتن این مشکل انجام میشود. در واقع کنترل مقاوم، کنترل در حضور عدم قطعیت هاست به طوریکه رفتار و عمکرد سیستم در تمام حالات ممکن قابل قبول باشد یک از مسائل حساس و مهم در هنگام رویارویی با موضوع عدم قطعیت پایداری سیستم کنترل است. حفظ پایداری در حضور عدم قطعیتها یکی از چالشها اصلی کنترل مقاوم است.

روش طراحی سیستمهای کنترل

روش اصلی طراحی هر سیستم کنترل عملی الزاماً مبتنی بر روشهای آزمون و خطاست . ترکیب هر سیستم کنترل خطی از لحاظ نظری ممکن است . و مهندسی کنترل قادر است به روشی منظم اجزای لازم برای انجام منظوری مشخص را تعیین کند . اما در عمل ممکن است محدودیتهای مختلفی بر سر راه سیستم قرار بگیرد . و یا سیستم غیر خطی بشود . در چنین مواردی ، هیچ روش ترکیبی وجود ندارد . حتی ممکن است که مشخصه های اجزا دقیقاً معلوم نباشند . بنابراین همواره ضرورت دارد که از روشهای آزمون و خطا استفاده شود .
آنچه که در عمل با آن مواجه هستیم این است که دستگاه مشخصی وجود دارد و مهندس کنترل باید بقیه سیستم را به گونه ای طراحی کند تا کل سیستم بتواند مشخصات مفروضی را برآورده سازد . و وظیفه خاصی را انجام دهد . ویژگیهای چنین سیستمی باید بصورت ریاضی بیان شود .
مهندس کنترل در طراحی سیستمهای کنترل باید بتواند پاسخ سیستم به سیگنالها و اغتشاشات گوناگون را تعیین و تحلیل کند . معمولاً طرح اولیه سیستم رضایتبخش نیست . پس در صورت لزوم سیستم را باید دوباره طراحی و تحلیل کند . و این فرآیند را تا آنجا تکرار کند که به سیستم مطلوب دست یابد . پس از آن می تواند نمونه فیزیکی سیستم را بسازد .تحلیل سیستمهای کنترل در حوزه زمان

چون در غالب سیستمهای کنترل ، زمان به عنوان متغیر مستقلی به کار می رود ، معمولاً این کمیت برای یافتن پاسخهای حالت و خروجی نسبت به زمان ، یا به صورت خلاصه ، پاسخ زمانی ، مورد توجه است . در مسایل تحلیل ، به یک سیستم یک سیگنال ورودی مبنا اعمال می شود و عملکرد سیستم با مطالعه پاسخ سیستم در حوزه زمان ارزیابی می شود .
طراحی سیستمهای کنترل در حوزه زمان

منظور از طراحی سیستمهای کنترل در حوزه زمان استفاده از خواص و مشخصه های حوزه زمانی سیستمی است که قرار است طراحی شود . مشخصه های حوزه زمانی یک سیستم کنترل خطی با پاسخهای گذرا و حالت مانای سیستم وقتی برخی سیگنالهای آزمون اعمال می شوند ، عرضه می شوند . بسته به اهداف طراحی ، این سیگنالهای آزمون معمولاً به صورت یک تابع پله ای یا یک تابع شیبی یا تابع های حوزه زمانی دیگر است . وقتی ورودی یک تابع پله ای است غالباً درصد فراجهش ، زمان خیز و زمان استقرار برای سنجش عملکرد سیستم به کار می روند . برای مشخص کردن پایداری نسبی سیستم به لحاظ کمی نسبت میرایی و فرکانس نامیرای طبیعی را می توان به کار برد . این کمیتها را تنها در مورد سیستم مرتبه دوم نمونه می توان دقیقاً تعریف کرد . در سیستمهای مرتبه بالاتر این کمیتها تنها وقتی معنی دارند که جفت قطبهای نظیر تابع تبدیل حلقه بسته بر پاسخ دینامیک سیستم مسلط باشند . بنابراین برای طراحی در حوزه زمان ، معیارهای طراحی غالباً شامل ماکسیمم فراجهش به عنوان یک پارامتر طراحی می شوند .
تحلیل سیستمهای کنترل در حوزه فرکانس

عملکرد یک سیستم کنترل با مشخصه های پاسخ در حوزه زمان واقعی تر و مستقیم تر سنجیده می شود . دلیل این امر این است که عملکرد غالب سیستمهای کنترل براساس پاسخهای مربوط به سیگنالهای آزمون خاصی بررسی می شود . این امر با تحلیل و طراحی سیستمهای مخابراتی که در آنها پاسخ فرکانسی از اهمیت بیشتری برخوردار است ، مغایرت دارد . زیرا در این حالت اکثر سیگنالهایی که باید پردازش شوند ، یا سینوسی هستند یا مرکب از اجزای سینوسی هستند .
طراحی سیستمهای کنترل در حوزه فرکانس

به طور کلی روشهای طراحی تحلیلی مناسبی برای سیستمهای مرتبه بالا وجود ندارد . اگرچه روشهای مکان ریشه ها و کانتور ریشه ها اطلاعاتی درباره آثار انواع مختلف کنترل کننده به دست می دهند ، اما اینها نمی توانند پارامترهای کنترل کننده ها را مشخص سازند ، مگر اینکه تعداد زیادی مکان ریشه رسم شود . اما طراحی در حوزه فرکانس به برکت روشهای نیمه ترسیمی امکان طراحی سیستماتیک سیستمهای کنترل خطی را فراهم می سازد.
نظریه کنترل

نظریه نوین کنترل نسبت به نظریه کلاسیک کنترل مزایای بسیاری دارد . از نظریه نوین می توان در طراحی سیستمهای وابسته به زمان چند متغیره استفاده کرد . این نظریه ، مهندس کنترل را قادر می سازد که در ترکیب سیستمهای بهینه شرایط اولیه را به دلخواه برگزیند . و به این ترتیب تنها با جنبه های تحلیلی مسایل سر و کار داشته باشد . یکی از مزایای عمده نظریه نوین کنترل این است که برای انجام محاسبات عددی لازم می توان از کامپیوترهای رقمی استفاده کرد .
تحلیل مکان ریشه ای سیستمهای کنترل

ابتدا باید اثرهای یک صفر را بر روی شکل مکان ریشه های یک سیستم مرتبه دوم بررسی کرد . سپس به مقایسه اثرهای کنترل مشتقی و پسخورد سرعت در عملکرد سرومکانیزم وضعیتی پرداخت . سپس باید سیستم پایدار مشروط و سیستمهای ناکمینه-فاز و سرانجام تغییرات دو پارامتر سیستم را بررسی نمود .
جستارهای وابسته


منابع



 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کنترل دیجیتال

از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری, جستجو
کنترل دیجیتال ‫شاخهای از علم کنترل است که از کامپیوترهای دیجیتال بهره میگیرد. از آنجایی که دادههای مورد استفاده در کامپیوترهای دیجیتال گسسته میباشند، در کنترل دیجیتال به جای تبدیل لاپلاس از تبدیل زد استفاده میشود.
‫اجزای کنترلر دیجیتال

‫یک ‫کنترلر دیجیتال معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:

  • مبدل آنالوگ به دیجیتال: برای دریافت سیگنال آنالوگ و تبدیل آن به سیگنال دیجیتال قابل استفاده برای کامپیوتر
  • برنامه کنترلر: برنامهای که برای ورودی، خروجی مناسب را محاسبه میکند.
  • مبدل دیجیتال به آنالوگ: برای تبدیل خروجی برنامه به سیگنال آنالوگ.
پایداری

پایدار بودن کنترلر آنالوگ الزاماً به معنای پایدار بودن کنترلر دیجیتال متناظر نیست، بلکه ممکن است به علت مناسب نبودن فرکانس نمونهبرداری کنترلر دیجیتال ناپایدار شود.


یکی از مسائلی که در مهندسی کنترل وجود دارد عدم قطعیت است. عدم قطعیت میتواند هم در مدل و هم در اندازه گیری وجود داشته باشد. حضور این موارد در سیستمهای کنترل باعث میشود تا اهداف کنترلی انچنان که باید تحقق پیدا نکند.
کنترل مقاوم تلاشی است که برای از پیش رو برداشتن این مشکل انجام میشود. در واقع کنترل مقاوم، کنترل در حضور عدم قطعیت هاست به طوریکه رفتار و عمکرد سیستم در تمام حالات ممکن قابل قبول باشد یک از مسائل حساس و مهم در هنگام رویارویی با موضوع عدم قطعیت پایداری سیستم کنترل است. حفظ پایداری در حضور عدم قطعیتها یکی از چالشها اصلی کنترل مقاوم است.


منابع



ابزار دقیق رشتهای میان رشتهای است که با اندازه گیری کمیتهای فیزیکی و کنترل آنها سرو کار دارد. این رشته زیر شاخه مهندسی کنترل میباشد که نسبت به خود رشته کنترل دارای جنبههای عملی بیشتری است و جذابیت بیشتری برای کار ایجاد میکند.
اما موضوع اصلی کنترل وابستگی شدیدی به حسگرها دارد.
این گرایش بطور گسترده به طراحی و کنترل سیستمهای صنعتی میپردازد.سنسورها، ترانسمیتر ها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل کننده های نوین نقش بسیار پر اهمیتی در این گرایش دارند. این گرایش در مقایسه با دیگر گرایش های مهندسی برق بیشتر عملی بوده و از بازار کار بهتری برخوردار است.


سنسور

سنسور ابزاری است که در همه دستگاههای اندازهگیری وجود دارد و وظیفه آن تماس با سیال و تاثیرپذیری از پارامتر مورد اندازهگیری میباشد. انواع دستگاههای اندازهگیری دارای سنسور یا حس کنندههای متفاوتی هستند که کمیتهایی مانند دما، فشار، دبی و غیره را اندازهگیری میکنند. این سنسورها بر حسب نوع عملکرد، دارای خروجیهای متفاوتی از قبیل مقاومت، ظرفیت الکتریکی، جابجایی و غیره است.
ترانسدیوسر

یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور، پارامتر فشار را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد .
ترانسمیتر

ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تبدیل شود. ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت و خطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند .
کنترلر

کنترلر یا کنترل کننده ها مغز متفکر سیستم های کنترلی می باشند. خروجیها یا سیگنالهای اندازه گیری توسط ترنسمیتر به کنترلر، انتقال می یابند تا کنترلر به کمک این اطلاعات و براساس تابعی که برای آن تعریف شده است، تصمیمات لازم برای عکس العمل مورد نیاز را بگیرد. کنترل کننده با مقایسه سیگنال اندازهی گیری با مقدار مطلوب و انجام محاسبات لازم، مقادیر متغیرهای تنظیم شونده را تعیین می کند.
عنصر نهایی کنترل

تصمیمات گرفته شده توسط کنترلر، به وسیله عنصر نهایی کنترل به اجرا گذاشته میشود. این المان آخرین عضو یک حلقه کنترل میباشد. در فرآیندهای شیمیایی معمولاً عنصر نهایی کنترل یک شیر میباشد.
محرک

زمانی که در یک سیستم کنترل، عضو کنترل نهایی یک شیر باشد، امکان انتقال مستقیم فرمان به آن وجود ندارد. به همین علت از دستگاهی که به آن محرک یا Actuator گفته میشود، استفاده میکنند تا فرمان ارسالی از کنترلر را دریافت نموده و موجب به حرکت درآمدن بندآور شیر شود. به عبارت دیگر وظیفه مهم محرک، تامین انرژی لازم برای به حرکت درآوردن بندآور شیر میباشد. این انرژی می تواند از یک منبع انرژی الکتریکی و یا هوای فشرده مداری نیوماتیکی باشد.
ثبت کننده ها و نمایشگره

ثبت کننده ها و نمایشگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می باشند. ثبت کننده ها تجهیزاتی هستند که به منظور ثبت تغییرات و رفتار فرآیندها در طول شبانه روز استفاده می شوند.


 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
نيروي تقويت در يك پرتاب استوايي
براي به دست آوردن يك تخمين سردستي، ما ميتوانيم محيط زمين را از طريق ضرب كردن قطر آن در عدد پي (1416 . 3) محاسبه كنيم. قطر زمين تقريباً 12753 كيلومتر (7926 مايل) ميباشد، كه با ضرب آن در عدد «پي»، محيط زمين 40065 كيلومتر (24900 مايل) به دست ميآيد. براي آن كه يك موشک از استوايِ زمين، اين محيط را در 24 ساعت بپيمايد بايد با سرعت 1669 كيلومتر در ساعت (1038 مايل در ساعت) حركت كند. مثلاً در پرتاب يك موشك از پايگاه كيپ كاناورال - واقع در فلوريداي آمريكا - سرعت چرخش زمين باعث تقويت چنداني نميشود. اما در مجموعهي پرتاب 39 اِي از پايگاه فضايي كندي - كه در عرض جغرافيايي شمالي 28 درجه و 39 دقيقه و 7014 . 29 ثانيه قرار دارد - سرعت گردش زمين در حدود 1440 كيلومتر در ساعت (894 مايل در ساعت) ميباشد؛ يعني تفاوت سرعت سطح زمين بين خط استوا و مركز فضايي كندي، 229 كيلومتر در ساعت ميباشد. نكته آن است كه؛ در واقع زمين، به شكل شلغم ميباشد و نه به صورت يك كرهي كامل! يعني در ميانه، كمي حجيمتر است؛ به همين جهت ، تخمين ما از محيط زمين كمي كوچك ميباشد.
با در نظر گرفتن اينكه موشكها ميتوانند هزاران كيلومتر در هر ساعت بروند، شايد شما شگفتزده شويد كه چرا تنها يك تفاوت 229 كيلومتر در ساعت، بسيار مهم و پراهميت خواهد بود؟ پاسخ آن است كه موشكها همراه با سوخت و محمولههايشان، بسيار سنگين ميباشند. براي مثال، براي جدا شدن شاتل فضايي انديور در 11 فوريه 2000 از زمين -كه حامل رادار توپوگرافي شاتل بود - بايستي وزني برابر 2050447 كيلوگرم پرتاب شود. اگر بخواهيم به چنين جرم بزرگي، سرعتي برابر 229 كيلومتر در ساعت بدهيم نياز به مقدار انرژي بسيار بسيار بزرگي خواهيم داشت كه به مصرف سوخت قابل ملاحظهاي هم نيازمند است؛ ولي پرتاب از خط استوا، تفاوت فاحشي در دادنِ اين انرژي ايجاد خواهد كرد.
همين كه موشك در ارتفاع حدود 193 كيلومتري (120 مايلي) به هواي بسيار رقيق ميرسد، سامانهي ناوبري آن موتورهاي كوچك را روشن ميكند تا موقعيت موشك، افقي شود. سپس ماهواره جدا ميشود. در اين نقطه، دوباره ميكروموتورها روشن ميشوند تا اطمينان حاصل شود كه جدايشِ كاملي بينِ موشك و ماهواره صورت گرفته است.

آستانهي پرتاب ماهواره
آستانهي پرتاب، عبارت از مدت زمان خاصي است كه در آن، استقرار ماهواره در مدار، به منظور انجام عملكرد مورد نظرش، آسانتر خواهد بود. در شاتلهاي فضايي، انتخاب آستانهي پرتاب از اهميت مضاعفي برخوردار است، چرا که اين زمان، ضامن جابهجايي ايمن فضانوردان ميباشد. اگر احياناً اشتباهي در تنظيم آستانهي پرتاب رخ دهد، بايستي فضانوردان قادر به فرود در منطقهاي، که در آن پرسنل نجات هستند، باشند.براي ديگر انواع پروازها، مثل كاوشهاي بين سيارهاي، آستانهي پرتاب بايد اين امكان را در پرواز به وجود بياورد تا بهترين و مطمئنترين مسير را به سمت مقصد نهايي فراهم كند. اگر هوا نامساعد باشد يا يك خرابي و نقص، همزمان با آستانهي پرتاب رخ دهد، پرواز بايد تا حصول شرايط مناسب و «آستانهي پرتاب بعدي»، به تعويق بيافتد. چنانچه ماهوارهاي در زماني اشتباهي در هوايي مساعد و عالي پرتاب شود، ماهواره ميتواند در مداري كه هيچگونه اشكالي را براي كاربران مورد نظرش ايجاد نميكند، حركت خود را به پايان برساند. اصولاً زمانبندي در اينجا مهمتر از هر چيز ديگري است.فناوري فضايي به طور معمول در دو مقولهي طراحي و ساخت ماهواره و پرتاب آن تقسيم ميگردد. به طور کلي يک سامانه ماهوارهاي شامل دو بخش «پيکرهي ماهواره (باس)» و «محمولهي ماموريت» است.
پيکرهي ماهواره (باس)
بخشهاي عمده پيکرهي ماهواره عبارتند از:
1) بخش انرژي: تامينکننده نيروي الکتريکي مورد نياز براي قسمتهاي مختلف ماهواره
2) بخش سازه: مسئوليت تعيين جاي مناسب براي ساير بخشهاي پيکرهي ماهواره به عهده دارد و بايستي تحليلهاي استاتيکي، ديناميکي (ارتعاشات) و بالانس ديناميکي بر روي آن انجام گيرد.
3) بخش کنترل دما: فراهم آوردن شرايط حرارتي مورد نياز هر يک از اجزاي ماهواره را با توجه به وضعيت حرارتي مدار مورد نظر بر عهده دارد.
4) بخش مخابرات: مسوليت پوشش سنجش از دور (تلهمتري) و فرمان از دور (تلهكامند)، ذخيره و ارسال دادهها در فرستنده و گيرنده را بر عهده دارد.

محمولهي ماموريت
محمولهي ماموريت سامانه نيز ميتواند در چهار گروه محمولههاي مخابراتي، هواشناسي، عکسبرداري و منابع زميني تقسيم شود. سامانهي ماهوارهاي که شامل يک يا تعداد بيشتري ماهواره ميباشد، بايستي بعد از قرار گرفتن در مدار مناسب به بخش زميني سرويس دهد.

سامانههاي زميني ماهوارهها
سامانه زميني در حقيقت واسط بين بخش فضايي و کابران بوده و وظيفهي کنترل و پشتيباني ماموريتهاي بخش فضايي را بر عهده دارد. بخش زميني سامانهي ماهوارهاي به استثناي ترمينالهاي کاربران ثابت و متحرک در واقع همان ايستگاه کنترل مرکزي ماهواره است. وظايف اين ايستگاه عبارتند از:

  • دريافت، ذخيره و پردازش اطلاعات سنجش از دور به منظور تعيين وضعيت ماهواره و تخمين مدار آن
  • تهيهي برنامه زمانبندي شده جهت اجراي صحيح ماموريت ماهواره
  • ارسال فرامين در وضعيتهاي عادي و اضطراري به ماهواره و تشخيص درستي اجراي آن
ايستگاه کنترل مرکزي ماهواره شامل دو بخشِ «رهگيريِ پيامهاي سنجش از دور و فرمانها (تي.تي اَند سي)» و «مرکز کنترل ماهواره (اس.سي.سي)» است.

بخش زميني
بخش زميني سامانههای ماهوارهای به سه گروه عمده دستهبندي ميشوند:
سرويسگيرندهي ثابت زميني يا اف.اس.اس؛ شامل قسمتهاي ثابت بخش زميني است که ماهواره به آنها سرويس ميدهد.
سرويسگيرندهي متحرك زميني يا ام.اس.اس؛ اين گروه شامل قسمتهاي متحرک بخش زميني است که از ماهوارهها سرويس دريافت ميکنند؛ مانند كشتيها، هواپيماها و خودروها.
سرويسگيرندههاي مخابراتي يا بي.اس.اس؛ اين گروه شامل ايستگاههاي مخابراتي صدا و تصوير هستند که از ماهوارهها براي ارتباط با شنوندگان و بينندگان خود بهره ميگيرند. در اينجا ماهواره معمولا به عنوان يک رله عمل ميکند.

مزاياي کليدي ماهواره

پوشش گسترده: ارتباطات ماهوارهاي با توجه به طبيعت ماهواره که نقاط وسيعي از سطح زمين را پوشش ميدهد به راحتي نياز ارتباطي تا سطح بين قارهاي را برطرف ميکند. در نتيجه مسافت هيچ گونه تأثيري در هزينه نخواهد داشت و به طور مثال هزينه ارتباط بين دو نقطه در تهران با ارتباط ايران و کشورهاي ديگر برابر است.
پرکاربرد: با توجه به انعطاف پذيري اين تکنولوژي نوين کليه نيازهاي ارتباطي را ميتوان با استفاده از اين بستر برطرف کرد. از قبيل اطلاعات اقتصادي، بانکهاي اطلاعاتي، انتقال مکالمات، ايجاد شبکه داخلي تلفني، شبکه هاي تلويزيوني.
امنيت و پايداري: ارتباطات ماهوارهاي بر خلاف ارتباطات زميني که معمولاً با گذر از چندين شبکه در طول مسير به مقصد ميرسند ، به طور مستقيم و بدون هيچگونه واسط به محل و شبکه مورد نظر متصل ميشوند. اين مسئله باعث افزايش ضريب امنيت اطلاعات ميشود. پايداري اين نوع ارتباطات 9/99% ميباشد.
قابل گسترش: در شبکههاي ماهوارهاي به راحتي و به سرعت ميتوان پهناي باند را افزايش داد و به اين صورت نيازهاي جديد به بستر ارتباطي را فراهم ميکند.
قابل انعطاف: شبکههاي ماهوارهاي را ميتوان به راحتي با شبکههاي زميني پيوند داد. اين بدان معني است که ماهواره مي تواند در کنار شبکههاي Fiber ، Wireless ، WiMax ، XDSL ، Microwave ، ... قرار گيرد و بهعنوان پشتيبان و يا پوشش دهنده نقاط خاص و يا نيازهاي موقت به راحتي عمل کند.
سرعت بکارگيري بالا: ايستگاههاي ارسال و دريافت ماهواره به سرعت و بدون نياز به بستر ارتباطي راه اندازي ميشوند. اين مزيت، ماهواره را به مناسبترين راه حل براي راه اندازي ارتباطات سريع در زمان هاي حساس مانند بلاياي طبيعي ، گزارش هاي تلويزيوني ، همايش ها و ... تبديل کرده است.

ساختار ماهواره
ماهواره از دو بخش تجهيزات مخابراتي وغيرمخابراتي تشکيل شده است. زيرسامانههاي مخابراتي, آنتنها و تکرارکنندهها هستند. در بخش مخابراتي, دستگاهي وجود دارد که وظيفه تکرارکنندههاي رله راديويي را انجام ميدهد و «ترانسپاندر» نام دارد. ترانسپاندرها سيگنالهاي فرستاده شده از زمين را دريافت و پس ازتقويت وتغييرفرکانس آنها را به زمين ميفرستند. آنتنهاي مربوط به اين ترانسپاندرها طوري طراحي شدهاند که فقط قسمتهايي ازسطح زمين را که. درون شبکه ماهوارهاي قرار دارند, پوشش ميدهد. يک ماهواره معمولاً آنتني همه جهته دارد که براي دريافت سيگنالهاي فرمان صادره از زمين به کار ميرود، زيرا آنتنهاي ديگر ماهواره احتمال دارد به سوي زمين نباشند. آنتن همه جهته همچنين براي کنترل سيستمهاي فرعي در زمان پرتاب ماهواره و تعيين موقعيت آن به کارميرود. بخش غيرمخابراتي ماهواره که در واقع قسمت پشتيباني فني آن است؛ شامل سيستم کنترل حرارتي, سيستم کنترل موقعيت و مدار, ساختمان مکانيکي, سيستم منبع تغذيه وموتور اوج است.



سامانه کنترل حرارتي ماهواره
اين سامانه بايد درجه حرارت دستگاهها و تجهيزات درون ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.

سامانه کنترل موقعيت ومدار
کنترل موقعيت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهاي راديويي آنتن را براي منطقه موردنظر درروي زمين ثابت نگه ميدارد.

سازه مکانيکي
سازه ماهواره بايد به گونهاي طراحي شده باشد که بتواند نيروهايي را که بر اثر فشارهاي ديناميکي در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد ميشود, تحمل کند. بدنه ماهواره معمولاً از آلياژ آلومينيوم سبک ساخته ميشود که شامل سلولهاي خورشيدي و منعکس کنندههاي آنتن نيز هست. اين قسمت از ترکيب موادي مانند فيبرکربن که داراي استحکام و ثبات ساختماني خاصي است ساخته ميشود.

سامانه منبع تغذيه
منبع اصلي تغذيه معمولاً سلولهاي خورشيدي هستند. انرژي خورشيدي جذب شده براي شارژکردن باتريهاي ذخيره نيز مورد استفاده قرارميگيرد. اين باتريها از نوع نيکل -کادميم هستند.

موتوراوج
نقش موتوراوج ايجاد مدار دايرهاي شکل و جلوگيري از انحرافات مداري ماهواره است. بعضي مواقع با استفاده از موتوراوج, ماهوارهها را در مدار ثابت مستقر ميکنند.

ايستگاههاي زمينيايستگاههاي زميني سامانههاي ماهوارهاي مخابراتی براساس نوع استفاده ازآنها عبارتاند از: ايستگاههاي ثابت و ايستگاههاي سيار. ايستگاههاي زميني ماهواره معمولاً ازچند قسمت تشکيل شدهاند. آنتن, فرستنده, گيرنده, سامانههاي کنترل برقراري ارتباط و منابع تغذيه مورد لزوم ايستگاه. هر يک از اجزاي ذکرشده شامل قسمتهاي مختلفي هستند که متناسب با نوع ايستگاه زميني, حجم و تجهيزات آنها متفاوت خواهند بود.

آنتن ايستگاههاي زميني
به طور کلي آنتن فرستنده, انرژي الکتريکي حاصل از يک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطيسي پخش ميکند. سپس آنتن گيرنده اين امواج را ميگيرد و به انرژي الکتريکي تبديل ميکند. در هر سامانه مخابرات راديويي, آنتن نقش حساس و مهمي دارد, زيرا با انتخاب آنتنهاي مناسب ونصب و تنظيم صحيح آنها ميتوان تا حد زيادي بازدهي سامانه را بالا برد. علايم و سيگنالهاي فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهاي بزرگ يا کوچک دريافت ميشود و سپس به دستگاه تقويت کننده انتقال مييابد. ايستگاههاي زميني داراي دو نوع آنتن فرستنده و گيرنده به صورت بشقابي در اندازههاي مختلــــــف هستنــــد. اين آنتنها، اطــــلاعات را به صورت امواج راديويي به فضا ميفرستند يا از فضا دريافت ميکننـــد. آنتن ايستگاههاي زميني در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانيکي معيني ساخته ميشوند که قطر نوع قديمي آنها به بيش از 300 تن ميرسد.

مدارات مختلف ماهوارهای
مسيري که ماهوارهها با دنبال کردن آن به دور کره زمين ميچرخند را مدار ميگويند. در مورد ماهوارههاي تجاري سه نوع مدار در فضا وجود دارد:

الف- مدار ژئو یا زمین آهنگ
ماهوارههاي موجود روي اين مدار در فاصله 35786 کيلومتر از سطح زمين قرار دارند و سرعت حرکت آنها به گونهاي است که همانند حرکت وضعي زمين در مدت 24 ساعت به دور زمين ميچرخند و هيچ گونه تغييري در محل استقرار خود ندارند. در نتيجه ايستگاههاي زميني بطور ثابت و مداوم با ماهواره در ارتباط هستند. امروزه بیشتر ماهوارههاي ارتباطي بر روي مدار ژئو قرار دارند زيرا ماهوارههاي روي اين مدار توانايي پوشش يک سوم سطح زمين را دارند.

ب- مدار ارتفاع متوسط زمین
اين مدار براي ماهوارههاي مخصوص قطب شمال و جنوب است. مسير حرکت روي اين ماهوارهها برخلاف ماهوارههاي روي مدار ژئو که دايره وار است به صورت بيضي حرکت ميکنند. فاصله اين مدار بين 8000 تا 20000 کيلومتر از زمين است. ماهوارههاي موقعيتياب در اين مدار قرار دارند.

ج- مدار لئو یا پایینی زمین
ماهوارههاي موجود در اين مدار با سرعت بيشتري حرکت ميکنند و سطح زمين را در حدود يک و نيم ساعت طي ميکنند. فاصله اين مدار تا زمين بين 200 تا 1400 کيلومتر است.

انواع ماهواره از نظر کاربرد
ماهوارهها از نظر کاربرد به چند دسته تقسيم ميشوند:

  • · ماهوارههاي مخابراتي

  • · ماهوارههاي هواشناسي

  • · ماهوارههاي منابع زميني

  • · ماهوارههاي موقعيتياب

  • · ماهوارههاي ستارهشناسي

  • · ماهوارههاي جاسوسي يا نظامي و ...
در جلسههای بعدی در مورد مدارها و کاربردهای ماهوارهها بیشتر خواهیم گفت.
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
ماهوارههاي هواشناسي
ماهوارههاي هواشناسي به کارشناسان آب و هوا براي مطالعه بر روي نقشههاي هواشناسي و پيشبيني وضعيت آب و هوا کمک ميکنند. اين ماهوارهها قادر به مشاهده وضعيت اتمسفر مناطق گستردهاي از زمين هستند.
بعضي از ماهوارههاي هواشناسي در مدارهاي قطبي، در حرکتاند که توانايي مشاهده بسيار دقيق تغييرات در کل سطح کره زمين را دارند. آنها ميتوانند مشخصات ابرها، دما، فشار هوا، بارندگي و ترکيبات شيميايي اتمسفر را اندازهگيري نمايند. از آنجا که اين ماهوارهها همواره هر نقطه از زمين را در يک ساعت مشخص محلي مشاهده ميکنند، دانشمندان با اطلاعات به دست آمده قادر به مقايسه دقيقتر آب و هواي مناطق مختلفاند. ضمنا شبکه جهاني ماهوارههاي هواشناسي که در اين مدارها در حرکتاند، ميتوانند نقش يک سامانه جستجو و نجات را بر عهده گيرند. آنها تجهيزات مربوط به شناسايي سيگنالهاي اعلام خطر در همه هواپيماها و کشتيهاي خصوصي و غير خصوصي را دارا هستند.
بقيه ماهوارههاي هواشناسي در ارتفاعهاي بلندتر در مدار زمين آهنگ قرار دارند. از اين مدارها، آنها ميتوانند تقريبا نصف کره زمين و تغييرات آب و هوايي آن را در هر زمان مشاهده کنند. تصاوير اين ماهوارهها مسير حرکت ابرها و تغييرات آنها را نشان ميدهد. آنها همينطور تصاوير مادون قرمز نيز تهيه ميکنند که گرماي زمين و ابرها را نشان ميدهد.

ماهوارههاي ارتباطي
ماهوارههاي ارتباطي در واقع ايستگاههاي تقويتکننده سيگنالها هستند. از نقطهاي امواج را دريافت و به نقطهاي ديگر ارسال ميکنند. يک ماهواره ارتباطي ميتواند در آن واحد هزاران تماس تلفني و چندين برنامه شبکه تلويزيوني را تحت پوشش قرار دهد. اين ماهوارهها اغلب در ارتفاعهاي بلند، مدار زمين آهنگ و بر فراز يک ايستگاه در زمين قرار داده ميشوند.
يک ايستگاه در زمين مجهز به آنتني بسيار بزرگ براي دريافت و ارسال سيگنالها است. گاهي چندين ماهواره که دريک شبکه و در مدارهاي کوتاهتر قرار گرفتهاند، امواج را دريافت و با انتقال دادن سيگنالها به يکديگر آنها را به کاربران روي زمين در اقصي نقاط آن ميرسانند. سازمانهاي تجاري مانند تلويزيونها و شرکتهاي مخابراتي در کشورهاي مختلف از کاربران دایمي اين نوع ماهوارهها هستند.



ماهوارههاي جهتياب
به کمک ماهوارههاي جهتياب، کليه هواپيماها، کشتيها و خودروها بر روي زمين قادر به مکانيابي با دقت بسيار زياد خواهند بود. علاوه بر خودروها و وسايل نقليه، اشخاص عادي نيز ميتوانند از شبکه ماهوارههاي جهتياب بهرهمند شوند. در واقع سيگنالهاي اين شبکهها در هر نقطهاي از زمين قابل دريافتند.
دستگاههاي دريافتکننده، سيگنالها را حداقل از سه ماهواره فرستنده دريافت و پس از محاسبه کليه سيگنالها، مکان دقيق را نشان ميدهند.


ماهوارههاي مشاهده زمينماهوارههاي مخصوص مشاهده زمين به منظور تهيه نقشه و بررسي کليه منابع سياره زمين و تغييرات ماهيتي چرخههاي حياتي در آن، طراحي و ساخته ميشوند. آنها در مدارهاي قطبي در حرکتاند. اين ماهوارهها دائما در شرايط تحت تابش نور خورشيد مشغول عکس برداري از زمين با نور مرئي و پرتوهاي نامرئي هستند.
رايانهها در زمين اطلاعات به دست آمده را بررسي و مطالعه ميکنند. دانشمندان به کمک اين ماهواره، معادن و مراکز منابع در زمين را مکانيابي و ظرفيت آنها را مشخص ميکنند.همينطور ميتوانند به مطالعه بر روي منابع آبهاي آزاد و يا مراکز ايجاد آلودگي و تاثيرات آنها و يا آسيبهاي جنگلها و مراتع بپردازند.




ماهوارههاي جاسوسي يا نظامي
ماهوارههاي جاسوسي يا نظامي مشتمل از ماهوارههاي هواشناسي، ارتباطي، ردياب و مشاهده زمين ميباشند که براي مقاصد نظامي به کار ميروند. برخي از اين ماهوارهها که به ماهوارهاي جاسوسي نيز شهرت دارند قادر به تشخيص دقيق پرتاب موشکها، حرکت کشتيها در مسيرهاي دريايي و جابجايي تجهيزات نظامي در روي زمين ميباشند.
ماهوارههاي جاسوسي را اغلب در ارتفاعات کم (480 تا 970 کيلومتري) قرار ميدهند. اين ماهوارهها ميتوانند در عرض کمتر از دو ساعت دور زمين گردش کنند و عکسهاي دقيق از مراکز نظامي بگيرند.

آشنایی با جو زمین
جو زمين عبارت است از لايهاي از گازها، كه اطراف اين سياره را احاطه كردهاند و به وسيله نيروي جاذبه زمين نگه داشته ميشوند. مجموعه اين گازها هوا ناميده ميشود. هواي اطراف سيارهی زمين، به لحاظ ويژگيها و مشخصات خود در تمام كائنات بينظير بوده و يك استثنا به حساب ميآيد. در واقع وجود چنين جوّي است كه باعث شده تا شرايط براي پديده منحصر به فردي به نام «حيات» بر روي سياره زمين به وجود آيد. جو زمين با به وجود آوردن شرايط ذيل، زمينه را براي زندگي موجودات زنده پديدآورده است:
• جلوگيري از نفوذ پرتوهاي زيانبار كيهاني مانند پرتو فرابنفش خورشيد كه پديدهی حيات را در معرض نابودي قرار ميدهند؛
• دربرداشتن گاز حياتي اكسيژن كه براي سوخت و ساز موجودات زنده ضروري است؛
• تنظيم دماي سطح و جوّ سياره زمين و جلوگيري از ايجاد تفاوت زياد در دماي شب و روز؛
• ايجاد بستر لازم جهت چرخه آب و هوا در زيستكرهی مادري بشر؛
انسان با استفاده از خواص فيزيكي همين جو بود كه توانست با اختراع بالن، هواسُر و هواپيما بر نيروي جاذبه زمين غلبه كرده و پرواز كند.
نخستین نياز انسان امروزي در سفرهاي فضايي ايجاد شرايطي مشابه جوّ زمين است كه بتواند در آن به عمل تنفس و در نتيجه حيات خود ادامه دهد. جوّ زمين در واقع نوعي مرز بين سياره زمين و فضا نيز به حساب ميآيد. جو از چندين لايه مختلف با خواص فيزيكي متفاوت تشكيل شده است. امروزه بشر ماهوارههاي بسيار زيادي را براي مطالعه بر روي لايههاي مختلف جو به فضا فرستاده است. اين ماهوارهها اطلاعات بسيار با ارزشي را به دست آوردهاند. با اين حال، همچنان بسياري از پديدههاي فيزيكي مربوط به جو مجهول باقي مانده است.

منشاء پيدايش جو در سياره زمين
همانطور كه سياره زمين از مبداء پيدايش تاكنون، تحولات ژئوفيزيكي و زمينشناختي بسيار گستردهاي را تجربه كرده، جو نيز از روز نخست بدين شكل نبوده است. جوّ امروزي زمين، حاصل چند ميليارد سال تغيير و تحول در سياره زمين است. فرضيات و تئوريهاي زيادي در مورد منشاء پيدايش و سير تحول جوّ زمين موجود است. اما يكي از آنها كه در ادامه به آن اشاره ميشود، بيشتر مورد توجه و تاييد قرار گرفته است.
جوّ كنوني سياره زمين را در اصطلاح، «جوّ سوم» مينامند. زيرا اعتقاد بر اين است كه جوّ زمين در طول تاريخ خود دو بار دچار تغيير و تحولات اساسي در تركيب و ساختار شده است. جوّ كنوني زمين را جوّ مدرن نيز مينامند. تكامل يافتن اين جو براي پوشش دادن به پديده حيات، ميتواند يكي از دلايل اين نامگذاري باشد.
مطالعات نشان داده است كه در حدود 4.5 ميليارد سال پيش و در بدو پيدايش زمين، جوّ نخست زمين را گازهاي هليوم و هيدروژن تشكيل ميداده است. گرماي حاصل از مواد مذاب سطح زمين، تابش خورشيد و احتمالا بادهاي خورشيدي باعث شده است تا اين جو به تدريج از بين برود.
در حدود 4.4 ميلياد سال پيش، سطح زمين به اندازهاي سرد ميشود كه پوسته جامد به همراه تعداد زيادي آتشفشان شكل ميگيرد. از دهانه اين آتشفشانها بخار دياكسيدكربن و بخار آمونياك خارج ميشده است. اين مساله به شكلگيري «جوّ دوم» زمين كه مخلوطي از بخار آب، دياكسيدكربن و نيتروژن بود، منجر شد. مطالعات فسيلشناسي نشان داده است كه نخستین باكتريهاي تكسلولياي كه تمايل داشتند تا با جذب نور خورشيد و گاز دياكسيدكربن ـكه در آن زمان به وفور در جوّ زمين وجود داشته و به تدريج در آب اقيانوسها حل ميشده استـ، اكسيژن آزاد كنند، در 3.3 ميليارد سال پيش در اقيانوسهاي سياره زمين پديد آمدهاند. همين مساله نخستین منشاء توليد اكسيژن در جوّ زمين است. البته همين موضوع نيز منجر به انباشت وسيع عنصر كربن در ساختار اين باكتريها شده است كه امروزه به صورت منابع زيرزميني انرژي (نفت و گاز) باقي مانده است.
بين 2.2 تا 2.7 ميليارد سال پيش، فرايند اكسيژندار كردن جوّ زمين توسط اين باكتريها با سرعت صورت ميگرفت. بعدها با تكامل اين باكتريها و به وجود آمدن گياهان اوليه، فرايند شكستن مولكولهاي دياكسيدكربن، توليد اكسيژن و رسوب دادن عنصر كربن شتاب بيشتري گرفت. همانگونه كه ذكر شد، در جو مقدار زيادي آمونياك نيز موجود بود كه به سرعت با اكسيژن آزاد شده واكنش ميداد. باكتريها هم تمايل به جذب آمونياك داشتند. البته بايد توجه داشت بيشتر نيتروژن موجود در جوّ امروزي زمين، ناشي از تجزيه شيميايي گازهاي آمونياكي است كه از دهانه آتشفشانها در طول اعصار مختلف حيات زمين، بيرون آمده است (گاز آمونياك در اثر تابش نور خورشيد تجزيه ميشود).
با پديد آمدن لايه ازن و شتاب هر چه سريعتر رشد و نمو گياهان و فرايندهايي كه ذكرشد، آهسته آهسته جوّي با شرايط كنوني يا جو سوم زمين شكل گرفت. اين جو از اكسيژن و نيتروژن تشكيل شد. مطالعات بر روي حبابهاي هوايي كه از حدود 200 تا 250 ميليون سال پيش باقي ماندهاند، نشان داده است كه مثلا در آن زمان حدود 35 درصد جوّ زمين اكسيژن و مابقي بيشتر نيتروژن بوده است. از آنجا كه اكسيژن همواره تمايل دارد تا در واكنشهاي شيميايي شركت كند، در طول اعصار مختلف مقدار آن كمتر شده است.


 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تركيب جوّ زمين
جوّ زمين نيز مانند هر پديدهاي داراي ويژگيها و ساختار فيزيكي خاص خود است. همانگونه كه در جلسه پیش ذكر شد، جوّ زمين از گازهاي مختلفي تشكيل شده است. نسبت اختلاط اين گازها بر اساس نسبت حجم مولي، به شرح ذيل است:
• گاز نيتروژن: بيش از 78 درصد
• گار اكسيژن: قدري بيش از 20.9 درصد
• آرگون: 0.93 درصد
• دياكسيدكربن: 0.03 درصد (دياكسيد كربن موجود در جوّ زمين در سالهاي گذشته اندكي افزايش يافته است)
• نئون: 0.002 درصد
• ساير گازها: 0.138 درصد


اگر سهم بخار آب موجود در جو نيز در اين تقسيمبندي دخالت داده شود، اين نسبتها ثابت نخواهد ماند، زيرا دماي لايههاي پايين جو هميشه در حال تغيير است و با رسيدن دما به نقطه ميعان و تبديل بخار به مايع درصد حجمي بخار آب در جو تغيير خواهد کرد. در مقياس جهاني به طور متوسط يک درصد حجم جوّ زمين را بخار آب تشکيل ميدهد. اما عملا ممکن است در يک مکان معين، هوا فاقد بخار آب و در يک نقطه ديگر تا 4 درصد بخار آب داشته باشد. با اينكه وزن مولکولي آب از وزن مولکولي ساير عناصر تشکيل دهنده جو کمتر است، بخار آب عمدتا در لايههاي پايين جو متمرکز ميشود. بيشترين مقدار بخار آب در لايههاي نزديک سطح زمين است و با افزايش ارتفاع به شدت از ميزان آن کاسته ميشود. بالا بودن بخار آب در نزديکي سطح زمين به دو علت است: يکي به دليل وجود اقيانوسها که منبع اصلي بخار آب هستند و ديگري، سرد بودن لايههاي فوقاني جو که مانع از نفوذ و نگهداشت بخار آب ميشود.، در طول اعصار مختلف مقدار آن كمتر شده است.

ويژگيهاي مهم جوّ زمين
اجرام آسماني كه در مسير برخورد با زمين قرار ميگيرند، در اثر سرعت بسيار بالا و برخورد با جوّ زمين مقدار بسيار زيادي گرم ميشوند (تا چندين هزار كلوين) و بنابراين معمولا منهدم شده يا مقدار بسيار كم و بياثري از آنها به سطح زمين ميرسد. از همين پديده براي از بين بردن ماهوارهها و فضاپيماهايي كه عمر مفيد عملياتي آنها به سر آمده باشد نيز استفاده ميشود. راندن ايستگاه فضايي مير به داخل جو و در نتيجه از بين رفتن بسياري از قسمتهاي آن يكي از نمونههاي اين مورد است. البته همين پديدهی مفيد، بشر را در بازگرداندن فضاپيماهاي خود به زمين دچار مشكلات فراواني كرده است. بازگشت فضاپيماها به زمين يكي از پيچيدهترين و حساسترين قسمتهاي يك ماموريت فضايي بازگشتپذير سرنشيندار است. بهخصوص اگر وسيله فضايي قابل استفاده مجدد باشد. مديران، مهندسان و فضانوردان ناسا در هنگام بازگشت شاتل فضايي به جو، يعني جايي كه شاتل به ارتفاع حدودا 120 كيلومتري سطح زمين ميرسد، لحظات بسيار دلهرهآوري را تجربه ميكنند.


هوا به هر جسمي كه در داخلش به حركت درآيد، نيروي بازدارنده يا پسگرايي به نام نيروي پسآ وارد ميكند و بنابراين جسم تحت اثر دو نيروي گرانشي و آيروديناميكي حركت ميكند. اگر اين نيرو وجود نداشت، اجسام حتي در مجاورت سطح زمين نيز فقط تحت اثر نيروي گرانشي حركت ميكردند. بنابراين ميتوان حدس زد كه در صورت عدم وجود جو در اطراف كره زمين، اگر در كنار دريا سنگي را با زاويه و سرعت اوليهی مناسب پرتاب ميكرديم، اين سنگ درست مثل يك ماهواره در مداري حول كرهی زمين و مثلا به ارتفاع چند متر از سطح به صورت دايمي پرواز ميكرد. بنابراين ميتوان به اين سوال پاسخ داد كه چرا ماهوارهها براي گردش به دور زمين بايد از جو فاصله بگيرند. ماهوارهها و ايستگاههاي زميني كه در ارتفاعات نسبتا پايين (120 تا 1000 كيلومتر) پرواز ميكنند، اگرچه با تعداد بسيار بسيار اندكي از مولكولهاي هوا برخورد دارند، اما همين هم باعث ميشود تا ساليانه چند كيلومتري از ارتفاع خود را از دست بدهند. ماهوارهها براي جبران اين چند كيلومتر از سامانههای پیشرانش استفاده ميكنند.
هوا بر روي امواج الكترومغناطيس، نوعي اثر ميراكنندگي دارد كه در اصطلاح، تضعيف جوّي ناميده ميشود. اين مساله بايد در طراحي توان و فركانس ارتباطات فضاييـماهوارهاي مورد توجه قرار گيرد.

ساختار جوّ زمين
همانگونه كه در جلسه های پيشتر اشاره شد، جوّ زمين داراي چند لايه مختلف است. اين لايهها به شرح ذيل هستند:
لايه تروپوسفر يا گشتكره
تروپوسفر لايه پاييني جوّ زمين است كه ارتفاع آن در قطبها در حدود 7 كيلومتر و در استوا در حدود 17 كيلومتر است. در بسياري از مراجع، ارتفاع متوسط اين لايه 10 الي 12 كيلومتر عنوان شده است. تغييرات آب و هوايي تأثير مختصري بر روي اين ارتفاع دارد. هواي لايه تروپوسفر مدام در حال جابجايي در راستاي عمودي است. اين پديده عمدتا در اثر تابش نور خورشيد به سطح زمين، گرم شدن و كم چگال شدن هواي مجاور سطح زمين رخ ميدهد. «تروپو» ريشه يوناني دارد و به مفهوم اختلاط، گشتن و چرخيدن است. فشار هوا در مرز بالايي اين لايه فقط در حدود 10 درصد فشار در سطح دريا است. مرز اين لايه، با لايه بعدي جو (كه خود در حد يك لايه چند كيلومتري است)، تروپوپاز ناميده ميشود.



لايه استراتوسفر يا پوشكره
از لايه تروپوپاز تا حدود 50 کيلومتري از سطح زمين، استراتوسفر ناميده ميشود. در اين لايه با افزايش ارتفاع، دماي هوا افزايش پيدا ميكند. قسمت اعظم لايه ازن كه سطح كره زمين را در برابر پرتو فرابنفش خورشيد حفاظت ميكند، در قسمتهاي پاييني اين لايه قرار دارد. ضخامت لايهی ازن با تغييرات فصلي و جغرافيايي دستخوش تغيير ميشود. «استراتو» از ريشهی لاتين به معني پخش و گسترده گرفته شده است. مرز اين لايه با لايهی بعدي جو ـكه خود در حد يك لايه چند كيلومتري استـ، استراتوپاز ناميده ميشود.

لايه مزوسفر يا ميانكره
اين لايه از استراتوپاز تا ارتفاع حدود 80 تا 85 کيلومتري از سطح زمين قرار گرفته است. در برخي مراجع، ارتفاع 100 كيلومتري را نيز سقف لايه مزوسفر ميدانند. در اين لايه با افزايش ارتفاع، دماي هوا كم ميشود. «مزو» ريشهاي يوناني دارد و به معني وسط است. مرز اين لايه، با لايهی بعدي جو ـكه خود در حد يك لايه چند كيلومتري استـ، مزوپاز ناميده ميشود. يك نكته در مورد اين لايه و مرز بالايي آن، مزوپاز، قابل توجه است. از مزوپاز به بالا، هوا كاملا مفهوم فيزيكي خود به عنوان يك سيال را از دست ميدهد و بيشتر ماهيت مولكوليـيوني پيدا ميكند. دماي هوا از اين ارتفاع به بالا، به صورت نمايي با افزايش ارتفاع، افزايش مييابد. در حالي كه تا پیش از آن، نمودار ارتفاعـدما يك منحني با چند شيب مثبت و منفي را نشان ميدهد. نسبتهاي ذكر شده در مورد حجم مولي تركيبات جو، در ارتفاعات بالاي مزوپاز تا حدود زيادي به هم ميخورد. در اين ارتفاعات، نسبتهاي اكسيژن و نيتروژن كم شده و بر مقادير هيدروژن و هليوم و همچنين انواع يونها افزوده ميشود. بنا بر همين دلايل، مرز جدايش لايههاي زير مزوپاز با لايه بعدي را توربوپاز و لايههاي زير آن را هموسفر نامگذاري ميكنند. به همين ترتیب، لايههاي بالاي توربوپاز نيز هتروسفر ناميده ميشوند.

لايه ترموسفر يا گرماكره
اين لايه از مزوپاز تا ارتفاع حدود 600 تا 640 كيلومتري از سطح زمين قرار دارد. در معدودي مراجع نيز اين لايه را فاقد مرز فوقاني دانستهاند. عنوان ترموسفر به سبب دماي فوقالعاده زياد ترموديناميكي، به اين لايه نسبت داده شده است. در اين لايه با افزايش ارتفاع، دما نيز افزايش پيدا ميكند. اين دما ممكن است به 1500 كلوين نيز برسد كه منشاء اصلي آن يونيزه شدن مولكولهاي اكسيژن و نيتروژن، در اثر برخورد با پرتو فرابنفش خورشيد است. جلوه سرخي شفق يكي از پديدههاي قسمت پاييني لايه ترموسفر است. مرز بالايي اين لايه، ترموپاز ناميده ميشود.

لايه يونوسفر يا يونكره
اين لايه هويت مستقلي ندارد و در واقع همان بخش اعظم از لايه ترموسفر است كه فرايند يونيزه شدن مولكولهاي گازي در آن صورت ميگيرد. يونوسفر نقش اصلي در انتشار امواج الكترومغناطيسي داشته و اثرات مهمي بر ارتباطات راه دور دارد. پديده بازتابش امواج راديويي تابيده شده از سطح زمين در همين لايه اتفاق ميافتد. پديده شفق نيز در همين لايه پديد ميآيد.

لايهی اگزوسفر
ارتفاع بالاي 600 کيلومتر تا حدود 10000 كيلومتر از سطح زمين است که عموما اتمها و مولکولهاي جو تحت تاثير بادهاي خورشيدي و ميدان مغناطيسي زمين به فضاي اطراف رانده ميشوند.
عموما طبقات بالاي تروموسفر با عنوان نواحي فوقاني جو شناخته ميشوند. طبقات استراتوسفر و مزوسفر، جوّ مياني و لايه تروپوسفر نيز جوّ پاييني خوانده ميشود. قابل ذکر است که اگر چه هوا در طبقات فوقاني جو بسيار رقيق است، همين مقدار هواي کم در ايجاد نيروي پسآ براي ماهوارهها، در مدارهاي پايين و مياني، بسيار موثر بوده و نقش عمدهاي در طول عمر آنها ايفا ميکند.
هرگز نميتوان يك ارتفاع مشخص را مرز معين بين جوّ زمين و فضا دانست، زيرا چگالي جوّ زمين با افزايش ارتفاع رفته رفته كم ميشود. اما معمولاً ارتفاع 120 كيلومتري (بالاي توربوپاز)، محلي است كه اثرات آيروديناميكي و ترموـآيروديناميكي جو از آنجا به بالا تقريبا قابل صرفنظر كردن است. البته در برخي مراجع، خطي در ارتفاع حدود 100 كيلومتري زمين در نظر گرفته ميشود كه اصطلاحا خط كارمن ناميده شده و به عنوان مرز بين جو و فضا تعريف ميشود. بنا بر يك تعريف، به افرادي كه به ارتفاع بالاي 80.5 كيلومتر صعود كرده باشند، عنوان «فضانورد» ميگويند.


 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
در اولین جلسه از آموزش های هوایی به با مفاهیم هواپیما، هوانوردی و تقسیم بندی هواپیماها آشنا می شویم.
هواپیما چیست؟​
هواپیما یک وسیلهی حمل و نقل بوده که توانایی پرواز در هوا و یا به طور کلی در اتمسفر یک سیاره را دارا است.
هوانوردی چیست؟
مدیریت، هدایت، کنترل و انجام کامل ماموریت پروازی - حرکت بر روی باند پرواز، برخاست از زمین، گذشت از مسیر پروازی تعیین شده، فرود، رساندن مسافران به مقصد و یا انجام کامل یک ماموریت نظامی- یک هواپیما، بالگرد و یا هر وسیلهی پروازی را هوانوردی میگویند.
انواع هواپیما
از یک دیدگاه کلی هواپیماها به سه دسته اصلی تقسیم بندی میشوند:
1. هواپیماهای نظامی
2. هواپیماهای حمل و نقل تجاری
3. هواپیماهای عمومی هوانوردی
این تقسیم بندی کلی شامل زیرمجموعههایی است که به آنها میپردازیم:
انواع هواپیماهای نظامی:
1. هواپیمای بمب افکن
2. هواپیمای رهگیر
3. هواپیمای جنگنده
4. هواپیمای شکاری
5. هواپیمای حمل و نقل نظامی
6. هواپیمای شناسایی و جاسوسی
7. هواپیمای مخفی از دید رادار (رادارگریز)
8. هواپیمای سوخت رسان
9. هواپیمای پشتیبانی نزدیک
10. هواپیمای گشت
11. هواپیمای آموزشی نظامی
12. هواپیمای ضد زیر دریایی
13. هواپیمای هشدار سریع
14. هواپیمای فرماندهی هوایی
15. هواپیمای مخابراتی
16. هواپیمای سیبل (هدف)
17. هواپیمای ضد شورش
18. هواپیمای دیده بانی
19. هواپیمای مراقبت دریایی
20. هواپیمای آزمایشی
21. هواپیمای ضد کشتی
22. هواپیمای ضد تانک
23. هواپیمای پدافند هوایی

انواع هواپیماهای حمل و نقل تجاری:
1. هواپیمای مسافربری
2. هواپیمای باربری
انواع هواپیماهای عمومی:
1. هواپیمای شخصی
2. هواپیمای دست ساز
3. هواپیمای سم پاش کشاورزی
4. هواپیمای گلایدر تفریحی
تقسیم بندی هواپیماها از جنبههای دیگر
برای تقسیم بندی هواپیماها، جنبههای مختلف دیگری را نیز میتوان در نظر گرفت که به اغلب آنها میپردازیم.
از نظر سرعت، آنها را میتوان به چهار نوع زیر تقسیم بندی کرد:
1. مادون صوت (Subsonic ) در حالت 0 < M < 0.7
2. گذر صوتی (Transonic ) در حالت 0.7 < M < 1.2
3. ما فوق صوت (Supersonic ) در حالت 1 < M < 5
4. ماورای صوت (Hypersonic ) در حالت 5 < M
باید بدانیم که، تفاوت این هواپیماها در اختلاف سرعتشان با سرعت صوت است. M ، عدد ماخ هواپیماست؛ عدد ماخ یک هواپیما عبارت است از نسبت سرعت هواپیما به سرعت صوت در ارتفاعی که هواپیما در آن پرواز میکند.
از نظر دارا بودن سرنشین، هواپیماها به دو دسته تقسیم میشوند:
1. سرنشین دار
2. بدون سرنشین
از نظر قدرت مانور چهار دسته برای هوپیماها در نظر گرفته میشود:
1. غیر مانوری
2. نیمه مانوری
3. مانوری
4. بسیار مانوری
هواپیماها از نظر نوع برخاست و فرود نیز به دستههای زیر تقسیم میشوند:
1. برخاست و فرود عمودی یا هواپیماهای عمود پرواز
2. برخاست و فرود کوتاه (در باند کمتر از 150متر)
3. برخاست و فرود متعارف (در باند بیش از 150 متر)
4. برخاست کوتاه، فرود عمودی
5. هواپیمای آب نشین
6. هواپیمای دو زیست
7. هواپیمای ناو نشین
از نظر برد عملیاتی سه نوع هواپیما داریم:
1. برد بلند
2. برد متوسط
3. برد کوتاه
از نظر موتور، هواپیماها به دو دسته تقسیم میشوند:
1. هواپیمای ملخی: هواپیمایی که از موتورهای ملخی (پیستونی، توربوپراپ، فن، پراپ) استفاده میکند.
2. هواپیمای جت: هواپیمایی که از انواع موتور جت بدون ملخ (توربوجت، توربوفن، رم جت، پالس جت) استفاده میکند.

در دومین جلسه از آموزش های هوایی تا حدودی با ساختار و اجزائ تشکیل دهندهی هواپیما ها آشنا می شویمهواپیماها همانند سایر ماشینها از اجزاء اصلی، فرعی و کمکی مختلفی تشکیل شدهاند که توسط اتصال دهندههای گوناگونی مانند پرچ، پیچ، جوش، چسب و ... به یکدیگر متصل میشوند.
به طور کلی اجزاء اصلی ساختمان هواپیما عبارتند از:
·بدنه
·بال
·مجموعهی دم (امپناژ)
·ارابهی فرود
·پیشران یا موتور

بدنه
در بیشتر هواپیماها بدنه نقش اساسی و مشترکی مبنی بر قرار دادن بال، مجموعه دم، پیشران و ارابهی فرود در موقعیت و وضعیت مناسب خود، ایفا میکند. در واقع بدنه، رابط بین بخشهای اصلی دیگر است؛ اما در برخی از هواپیماها، بدنه و بال یکپارچه بوده و مرزی بین آنها وجود ندارد. از وظایف دیگر بدنه که در هواپیماهای مختلف متفاوت است میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
· جای دادن کابین مسافر، کاکپیت (اتاقک) خلبان، محفظهی بار، تانکهای سوخت، محموله و ...
· جذب شوکهای وارده از طرف چرخها در هنگام فرود


انواع ساختمان بدنهی هواپیما:
1.بدنهی اسکلتی خرپا: از این نوع بدنه در هواپیماهای اولیه تا جنگ جهانی اول بسیار استفاده میشد. هم اکنون نیز در هواپیماهای دست ساز و نیز هواپیماهای مدل از این نوع بدنه استفاده زیادی میشود. چرا که ساده، سبک و مقاوم بوده و با تیرهای چوبی قابل ساخت هستند. در این نوع بدنه، اغلب نیروها و تنشهای وارده توسط سازه اصلی تحمل شده و از پوسته برای ایجاد شکل آیرودینامیکی و انتقال نیروهای آیرودینامیکی به سازه استفاده میشود. سازهی اصلی از تیرهای طولی، تیرهای مورب، قابهای عرضی و کابلهای نگهدارنده تشکیل شده است.
2.بدنهی تخم مرغی:در این نوع بدنه، پوسته اغلب نیروهای وارده را تحمل نموده و از سازهی داخلی مختصری برای صلب شدن پوسته استفاده میشود. معمولاً پوستهی این نوع بدنه از جنس مواد کامپوزیت (مواد مرکب) بوده و به صورت دو تکه ساخته میشود. بسیاری از هواپیماهای گلایدر، فوق سبک و هواپیماهای دست ساز دارای این نوع بدنه هستند.اخیراً بدنهی برخی از هواپیماهای شکاری فوق مدرن نیز به این روش تولید شده است. بسیاری از هواپیماهای مدل و بدون سرنشین کاربردی نیز دارای این نوع بدنه هستند.
3.بدنهی نیمه تخم مرغی:این نوع سازه دارای ویژگیهایی بین دو نوع بالا بوده که باعث شده اکثر هواپیماها از این نوع بدنه استفاده نمایند.تقریباً همهی هواپیماهای مسافربری، باربری و نظامی دارای این نوع سازه هستند.در بدنهی نیمه تخم مرغی، نیروها و شوکهای وارده هم بواسطهی سازهی داخلی و هم توسط پوسته تحمل میشوند. این سازه از اجزاء طولی و عرضی تشکیل شده که هرکدام دارای اعضای اصلی و کمکی هستند(به شکل ها توجه نمایید):
- اجزاء طولی(در طول بدنه): لانگرون (Longeron) اصلی و استرینگر یا استیفنر (stringer orstiffner) کمکی
- اجزاء عرضی(در عرض بدنه): فورمر یا قاب (FormerorFrame) اصلی، باک هد (Bulk head) اصلی، حلقه (Ring) کمکی

در جلسه سوم آموزشکده هوایی با بال و دم هواپیما آشنا می شویم.
بال
اساسی ترین بخش هواپیما در تأمین نیروی برآ که باعث بلند شدن هواپیما از زمین و اوج گرفتن آن میشود بالها هستند. بالها وزن کلی هواپیما را در پرواز تحمل نموده و قسمت اعظم فشارها و تکانهای شدید بر هواپیما هنگام پرواز را خنثی میکنند؛ در بعضی از هواپیماها بال دو قسمت دارد؛ بال راست و بال چپ و در تعدادی دیگر بال از سه قسمت بال راست و بال چپ و بال مرکزی تشکیل میشود. بالهای هواپیما از نظر پوشش دارای دو نوع پوشش زیر هستند:

بال با پوشش پارچه ای
بال با پوشش ورقه فلزی بال هواپیماها همانند بدنه دارای سازهی داخلی و پوسته است. برخی مشابه بدنهی اسکلتی خرپا دارای سازه داخلی مستحکم بوده که اغلب نیروها را تحمل میکند و پوسته نازکی که تنها جهت ایجاد فرم آیرودینامیکی روی سازه داخلی کشیده شده و معمولاً از جنس پارچه و نایلون است. این نوع بال بیشتر در هواپیماهای قبل از جنگ جهانی دوم استفاده میشد اما در حال حاضر در هواپیماهای دست ساز شخصی و مدلها کاربرد بسیاری دارد. اما درصد بالایی از آنها مشابه بدنهی نیمه تخم مرغی، دارای سازهی داخلی کامل و پوستههای نسبتاً ضخیم آلومینیمی یا کامپوزیتی بوده که پوسته نیز در تحمل نیروهای وارده به سازه داخلی کمک می کند؛ این نوع بال را در هواپیماهای مسافربری و باربری می توان مشاهده نمود. اجزاء سازه داخلی بال به دو بخش طولی و عرضی تقسیم می شوند:
· اجزاء طولی: اسپار (Spar) به عنوان تیر اصلی نگهدارندهی بال و استرینگر (Stringer) نیز جهت کمک به اسپار و پر کردن فضاهای خالی
· اجزاء عرضی: ریب (Rib) جهت ایجاد فرم ایرفویل در سراسر بال و نیم ریبهایی که در برخی جاها مانند لبههای حمله و فرار بال مابین ریبها قرار می گیرند.
طبقه بندی هواپیما برحسب شکل بالها:
· بال ذوزنقه ای
· بال ذوزنقه ای معکوس
· بال مستطیلی یا صلیبی
· بال بیضوی
· بال لوزی شکل
· بال مثلثی یا دلتا
· بال پیکانی شکل
· بال با شکل متغیر
(در حالتهای پروازی متفاوت)
دم​
کلیهی بخشهای عقب یا انتهای بدنهی هواپیما به اضافه یک یا چند سکان عمودی یا افقی را دم میگویند. کار سکانهای افقی و عمودی یا در حقیقت وظیفهی قسمت دم هواپیما ایجاد تعادل و ثبات هواپیما در پرواز و کمک در هدایت آن به سمتهای راست، چپ، پایین و بالا است:
· سکان افقی(horizontalstabilizer ): در هواپیماها سکان افقی دور محور طولی خود میچرخد و بدین نحو تعادل هواپیما را حول محور عرضی آن تامین نماید سکان افقی را به انتهای بدنه و هم روی سکان عمودی سوار می کنند.
· سکان عمودی (vertical stabilizer ): این سکان به طور عمودی به انتهای بدنه و بین دو سکان افقی چپ و راست قرار دارد. وظیفه اصلی این سطح ایجاد حفظ تعادل عرضی هواپیما در پرواز و جلوگیری از انحراف ناخواسته به چپ و راست بوده و تعادل هواپیما را حول محور عمودی تامین میکند موتورها و ملخ هواپیما ایجاد گشتاور پیچشی میکنند که به وسیله سکان عمودی خنثی شده و هواپیما متعادل میگردد.
در این جلسه با ارابه فرود و موتور هواپیماها تا حدودی آشنا شده و مکانیک پرواز هواپیماها را مورد بررسی قرار می دهیم.



چرخهای یک هواپیما (ارابهی فرود)
به قسمتی از هواپیما که چرخها در آن قرار میگیرند محل جمع شدن ارابهی فرود میگویند و فقط به هنگام نشست و برخاست هواپیما از آنها استفاده میشود. عمل جمع شدن و باز شدن چرخها توسط عملگرهای هیدرولیکی صورت میگیرد. چرخها پس از برخاستن هواپیما جمع شده و این عمل به دلیل کاهش مقاومت بدنه هواپیما در برابر هوا و رسیدن به بیشترین حالت آیرودینامیکی ممکن انجام میپذیرد.
پیشران یا موتور
پیشران یا موتور بخش مهمی از هواپیما است که نیروی پیشرانش را برای هواپیما فراهم میکند؛ انواع موتورهای هواپیما عبارتند از:
· موتور پیستون پراپ: پراپ مخفف کلمه پروپلر (Propeller) و به معنی پروانه (ملخ) هواپیما است. در اینگونه موتورها نیروی پیشرانش توسط پروانه تولید میشود که پروانه نیز بوسیله موتور پیستونی میچرخد. محدودیت استفاده از این موتورها وزن آنهاست، زیرا درصورتی که نیروی زیادی از این موتورها بخواهیم باید موتورهایی با وزن بسیار زیاد طراحی گردند.· موتور توربو پراپ (پراپ جت یا توربو ملخی): در این موتورها نیز نیروی اصلی توسط پروانه تولید میشود ولی چرخش پروانه توسط موتور جت صورت میگیرد. هواپیمای ایران 140 نیز از این گونه موتورها بهره میگیرد.
· موتور توربو جت: به زبان ساده این موتورها هوا را از ورودی (intake) به داخل کشیده و پس آنکه انرژی زیادی به هوا داده شد آنرا با سرعت زیاده از انتهای موتور خارج میکند و تغییر سرعت قابل توجه در ورودی و خروجی موجب حرکت هواپیما میگردد.
· موتور توربو فن: ساختمان اینگونه موتورها همان ساختمان موتورهای توربوجتاست، با این تفاوت که این موتورها دارای قطر بزرگتری هستند و همه هوای ورودی از داخل موتور عبور نمیکند. بلکه مقداری هوا از اطراف بدنه موتور و در داخل یک پوسته حرکت میکند.
· موتور توربو شفت: این موتورها در بالگردها کاربرد دارند و شباهت زیادی به م
· موتورهای توربو پراپ دارند.
·موتور رم جت: این موتورها در سرعتهای بسیار زیاد کاربرد دارند و دارای هیچ عضو چرخندهای نیستند (برخلاف کلیه موتورهای دیگر)
مکانیک پرواز در هواپیما
بر هواپیمایی که در حال پرواز یکنواخت و مستقیم است چهار نیرو وارد میشود:

· نیروی پیشرانش(Thrust) که هواپیما را به جلو میبرد.

· نیروی برآ(Lift) که ناشی است از شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویهی قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا و هواپیما را به بالا میبرد.
· نیروی پسا(Drag) یا نیروی مقاومت هوا که جهت آن رو به عقب هواپیما است و همواره در مقابل نیروی پیشرانش قرار دارد و مقدار آن به شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویهی قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا، بستگی دارد.
· نیروی وزن(Gravity) که هواپیما را به پایین میکشاند.

نیروی پیشرانش در خلاف جهت نیروی پسا است و نیروی وزن هواپیما در خلاف جهت نیروی برا قرار دارد. اگر نیروی پیشرانش بزرگتر از نیروی پسا یا مقاومت هوا نباشد هواپیما دچار واماندگی خواهد شد و همچنین برای پرواز باید نیروی برآ از نیروی وزن بیشتر باشد تا هواپیما بتواند از زمین بلند شده و پرواز کند. وزن هواپیما ثابت است (بدون در نظر گرفتن وزن سوخت) ولی در شرایط مختلف پرواز نیروهای دیگر (نیروی برآ و نیروی پسآ و نیروی پیشرانش) ممکن است تغییر نمایند. مثلاً در هنگام اوج گیری که زاویهی هواپیما نسبت به افق بیشتر است نیروی پسآ هم بیشتر خواهد بود. اگر توان موتور یا نیروی پیشرانش نتواند نیروی پسآی ایجاد شده در اثر افزایش زاویه پرواز هواپیما را جبران کند، هواپیما دچار واماندگی خواهد شد. همچنین نیروی برآ هم با افزایش سرعت هواپیما افزایش خواهد یافت و با ارتفاع گرفتن هواپیما در اثر رقیق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپیما) کاهش مییابد.​
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
در این جلسه درباره نحوه پرواز هواپیماها تا حدودی آشنا می شویم...

هواپیما از انرژی تولید شده به وسیله جریان هوا در اطراف بدنه خود، برای بلند شدن و کنترل پرواز استفاده می کند. سطوح متحرک و کنترل کننده بر روی بال و دم که با نام بالچه یا فلپ (Flap) شناخته میشوند، مسیر هوا را منحرف کرده و باعث بلند شدن، شیرجه زدن، دورزدن یا غلتیدن هواپیما میشوند. خلبان این بالچهها را از درون کابین هواپیما، کنترل میکند. او برای این کار از پدالها و اهرم فرمان استفاده میکند.
اهرام فرمان: در هواپیماهای کوچک اهرام فرمان بوسیله یک سری کابل به بالابرها و شهپرها متصل است.
شهپر: برای غلتاندن هواپیما، خلبان سطوح کنترلی روی بال به نام شهپر را به کار میگیرد. هنگامی که شهپر یک بال بلند میشود، شهپر بال دیگر پایین میآید. هوایی که از روی بال حرکت میکند بوسیله یک بال به سمت پایین و بوسیله بال دیگر به سمت بالا حرکت می کند. این حرکت باعث غلتیدن هواپیما میشود.
پدالها: پدالها، رادِر را کنترل می کنند و آن را به چپ و راست می چرخانند.
رادِر: برای دور زدن یا تغییر مسیر هواپیما به چپ و راست خلبان با فشار آوردن به پدالهای زیر پایش، رادر را حرکت میدهد. برای مثال، کشیدن رادر به سمت چپ، هواپیما را به چپ میراند. به هر حال حرکت دادن رادر به تنهایی، موجب میشود تا هواپیما به پایین هم متمایل شود. برای جلوگیری از این مسئله، خلبان از شهپرهای بال به طور همزمان استفاده میکند.
ملخ: هنگامی که ملخ هواپیما میچرخد، نیروی رانش ایجاد کرده و هواپیما را در جهت مخالف نیروی پسا که بوسیله اصطکاک هوا بوجود میآید، به جلو میراند.
بالابر: برای بلند کردن هواپیما، خلبان اهرم فرمان را به سمت عقب میکشد تا بالابرهای واقع بر روی سکان افقی هواپیما را بلند کنند. در این حالت، بالابرها مسیر حرکت هوا را به سمت بالا منحرف میکنند. این کار دم هواپیما را به سمت پایین فشار داده و دماغه هواپیما را بلند میکند. برای آن که هواپیما به سمت پایین شیرجه بزند، خلبان اهرم فرمان را به سمت جلو فشار میدهد تا بالابر ها را پایین بیاورد.
سکان افقی و عمودی: سکان افقی به همراه سکان عمودی تعادل هواپیما را در هوا حفظ میکنند.

همانطور که در شکل مشاهده میکنید، سه محور اصلی چرخش هواپیما به ترتیب عبارتند از: 1-محور عمودی 2-محور طولی 3- محور عرضی؛
محور عمودی، محوری است که درست از نقطه وسط هواپیما از بالا به پایین کشیده میشود. چرخش حول این محور، باعث به چپ یا راست حرکت کردن دماغه هواپیما یا دور زدن میشود که اصطلاحاً به آن یاو (Yaw) میگویند. محور طولی، محوری است که در طول هواپیما و از دماغه تا انتهای آن کشیده میشود. اگر چرخشی را حول این محور در ذهنتان تصور کنید، باعث بالا رفتن یک بال و پایین افتادن دیگری میشود که همان غلتیدن هواپیماست و رول (Roll) نامیده می شود. محور عرضی، محوری است که در عرض هواپیما و از نوک یک بال تا نوک بال دیگر کشیده میشود. چرخش حول این محور باعث بالا رفتن با پایین آمدن دماغه هواپیما در نتیجه صعود یا نزول هواپیما را موجب می شود که اصطلاحاً به آن پیچ (Pitch) میگویند.

در این جلسه با نحوه کنترل هواپیما توسط خلبان آشنا می شویم.​

هنر خلبان این است که هواپیما را آرام در محلی مشخص و با سرعتی خاص روی باند فرودگاه بنشاند. اگر باد جانبی خیلی قوی باشد، سکان هدایت باید بسرعت وارد عمل شود. وقتی هواپیما با زمین تماس میگیرد، سرعتش بیش از ۲۰۰ کیلو متر در ساعت بوده که این سرعت باید به شدت کاهش یابد؛ در غیر این صورت، هواپیما از باند خارج میشود. با این کار بالچهها بلند میشوند و زمینهی ترمز در هواپیما را فراهم میکنند. خلبان نیروی رانش موتور را کاملا معکوس میکند طوری که صدای موتور به گوش میرسد. زیرا سرعت هواپیما بایستی بطور کامل کم شده و در نتیجه چنین صدایی ایجاد میشود. خلبان با پدال گاز، مسیر گازهای خروجی موتورها را عوض میکند که به این کار نیروی رانش معکوس میگویند. بدین ترتیب نیروی موتورها در جهت مخالف و به صورت یک ترمز عمل میکند. از طرف دیگر، چرخهای هواپیما، مانند یک خودرو، دارای ترمز هستند، اما این ترمزها وارد عمل نمیشوند مگر زمانی که سرعت هواپیما بسیار کم شود. خلبان زمانی از آن ها استفاده میکند که بخواهد بطور کامل هواپیما را متوقف کند.
بنزین مصرفی یک هواپیما
مصرف بنزین یک هواپیما به طول پرواز بستگی دارد. شاید تصور کنید که کافی است فقط مقصد و مسافت را دانست، اما دانستن این مساله همیشه کافی نیست. یک پرواز لوس آنجلس- بروکسل را در نظر بگیرید؛ در طول پرواز، وزش باد شدید در جهت مخالف مانع پیشروی هواپیما میشود و در نتیجه مصرف سوخت نیز بالا میرود. حال در نظر بگیرید که فرودگاه بروکسل هم غرق در مه باشد و هواپیما نتواند در این فرودگاه به زمین بنشیند، خلبان هم نمیتواند به طرف فرودگاه دیگری به طور مثال آمستردام تغییر جهت دهد. اما هواپیما باید به مدت نیم ساعت بر فراز این فرودگاه پرواز کند تا اجازه فرود بگیرد. زیرا فرودگاه مورد نظر ابتدا به هواپیماهایی اجازه فرود میدهد که قبلاً طبق برنامه هماهنگ شده اند.
برای یک هواپیما مصرف سوخت برحسب ساعت محاسبه میشود. یک جامبوجت حدود ۱۵۰۰۰ لیتر در ساعت سوخت مصرف می کند. مصرف سوخت یک هواپیما با موتور جت مانند بویینگ ۷۲۷ در حدود ۵۰۰۰ لیتر در ساعت است. جالب است بدانیم که ظرفیت مخازن بنزین یا سوخت یک جامبوجت ۱۷۸۰۰۰ لیتر است که با این مقدار بنزین، یک ماشین میتواند پنج بار دور دنیا بچرخد.

کنترل پرواز، صعود، دوران و دور زدن هواپیما
کنترل پرواز: دم هواپیما دارای بال عمودی (به همراه سكان عمودی) و بال افقی (به همراه دو سكان افقی) است. وقتی موقعیت سكان عمودی و افقی توسط خلبان جابجا میشود، شكل مسیر باد روی بال ها تغییر میكند و در نتیجه دم حركت مینماید. سكان عمودی، هواپیما را به چپ و راست میچرخاند، اما سكان افقی، دم را به بالا و پایین برده و در نتیجه هواپیما بالا و پایین میرود. قسمتهای متحرك روی بالها معمولاً در خلاف جهت یكدیگر حركت میكنند، یكی به بالا و دیگری به پایین. این باعث میشود هواپیما حول محور طولی به گردش در آید، این موضوع برای دور زدن یكنواخت لازم است.
صعود: با پایین آوردن سکان افقی، دم به پایین رانده شده و نوک هواپیما بلند میشود. بدین ترتیب، زاویه بال افزایش یافته، نیروی بالابر بیشتری به هواپیما اعمال میشود و هواپیما بالا میرود.
دوران: همان طور كه در شكل نشان داده شده است، با بالابردن بالچه چپی، نیروی بالابر كاهش مییابد، در حالی كه با پایین آوردن بالچه راستی، نیروی بالابر افزایش مییابد. تفاوت در نیروی بالابر باعث میشود تا هواپیما دوران كند.
دورزدن: با چرخاندن سکان عمودی به سمت چپ، دم به سمت راست رفته و نوک هواپیما به چپ منحرف میشود. وقتی هواپیما به سمت چپ میچرخد، بالچهها باعث دوران آن میشوند تا هواپیما به طور یکنواخت دور بزند.

در هر هواپیما، دو دستگاه ویژه وجود دارد که جزئیات لحظه به لحظه پرواز و مکالمات جاری در کابین خلبان را ثبت میکنند. این دو وسیله در جعبههای فولادی مخصوصی قرار دارند که به آنها «جعبه سیاه» میگویند. داخل جعبههای سیاه را با موادی عایقبندی میکنند که تا 1000 درجه گرما را میتوانند تحمل کنند. ضربه نیز بر این جعبهها تاثیر نمیگذارد و آب تا مدتی قابل توجه، به درون آنها نفوذ نمیکند. جعبه مربوط به ثبت جزئیات پرواز در قسمت دم هواپیما جای دارد؛ در صورت بروز هر حادثه هوایی یا سقوطی، دم امنترین قسمت هواپیماست. این دستگاه دمای داخل هواپیما، شتاب و جهت پرواز، صدای موتورها، جهت و سرعت وزش باد، ارتفاع پرواز و بسیاری از مشخصات فنی دیگر را هر لحظه ثبت میکند. مکالمات داخل کابین خلبان، صدای انفجار و صداهای ناشی از هر واقعه دیگری در هواپیما را نیز دستگاه دوم ثبت میکند. به این ترتیب، اگرهواپیما دچار حادثهای شود، اختلالی فنی در آن بروز کند. انفجاری در آن صورت گیرد، سقوط کند یا مورد حمله هواپیما ربایان قرار گیرد، با بررسی اطلاعات ضبط شده در جعبه سیاه میتوان علت وقوع حادثه و سیر جریانهای رخ داده در هواپیما را بررسی کرد. البته جعبه سیاه به هیچ وجه سیاه نیست. بلکه رنگ قرمز روشنی (نارنجی) دارد تا پیدا کردن آن در محل حادثه آسانتر باشد.


بالگرد
بالگرد یا هلیکوپتر در ردهی هواگردهای عمود پرواز قرار دارد، زیرا که قادر به نشست و برخاست عمودی بدون نیاز به باند پرواز است. به طوری که میدانیم نیروی برآ در هواپیما به وسیله ی سطوح برآ زا در بال تامین میگردد و برای این منظور بال بایستی سرعت مشخصی نسبت به هوا داشته باشد و چون بدنه و بال به هم چسبیدهاند، در نتیجه کل هواپیما باید روی باند حرکت نموده و از همین جا نیاز به وجود باند توجیه میگردد. برای اینکه نیاز به باند منتفی گردد بایستی بال نسبت به هوا امکان حرکت داشته باشد بدون اینکه بدنه نیز حرکت نماید و این ممکن نیست مگر اینکه بال بچرخد. بنا براین در هلی کوپتر پروانه بزرگ بالای سر آن (پروانهی اصلی) نقش بال را ایفا مینماید. پس هر تیغه (بلید یا ملخ) آن دقیقاً یک ایرفویل است که با دوران بر نیروی وزن غلبه کرده و باعث میشود هلی کوپتر از زمین بلند شود و هرچه اختلاف نیروی برآ با وزن بیشتر شود نرخ صعود بالاتر خواهد رفت و اگر نیروی برآ با وزن مساوی گردد هلی کوپتر قادر به ایستایی در هوا (پرواز هاور-hover ) خواهد بود.
قدرت مورد نیاز برای چرخش پروانهی اصلی توسط موتور هلی کوپتر تامین میگردد وموتور آن میتواند از نوع پیستونی یا جت(توربوشفت) باشد. نکته قابل توجه در هلی کوپتر عکس العمل گشتاور پروانهی اصلی است که باعث چرخش بدنهی هلی کوپتر در جهت عکس چرخش پروانهی اصلی میشود و برای خنثی کردن این مسئله پروانهی دم، در دم نسب شده است که در واقع همچون یک ملخ چرخیده ودر جهت مناسب نیرو تولید نموده وبا توازنی که بدین ترتیب فراهم می آورد باعث ثابت ماندن بدنه میشود.

بالگرد يا هليکوپتر در ردهي هواگردهاي عمودپرواز قرار دارد، زيرا که قادر به نشست و برخاست عمودي بدون نياز به باند پرواز است.

به طوري که ميدانيم نيروي برآ در هواپيما به وسيلهي سطوح برآزا در بال تامين ميگردد و براي اين منظور بال بايستي سرعت مشخصي نسبت به هوا داشته باشد و چون بدنه و بال به هم چسبيدهاند، در نتيجه کل هواپيما بايد روي باند حرکت نموده و از همين جا نياز به وجود باند توجيه ميگردد. براي اين که نياز به باند منتفي گردد بايستي بال نسبت به هوا امکان حرکت داشته باشد، بدون اين که بدنه نيز حرکت نمايد و اين ممکن نيست مگر اين که بال بچرخد. بنابراين در بالگرد پروانهي بزرگ بالاي سر آن (پروانهي اصلي) نقش بال را ايفا مينمايد؛ از اين روست كه نام بالگرد را در فارسي براي هليكوپتر انتخاب كردهاند. پس هر تيغه (بليد يا ملخ) آن دقيقاً يک ايرفويل است که با دوران بر نيروي وزن غلبه کرده، باعث ميشود بالگرد از زمين بلند شود و هرچه اختلاف نيروي برآ با وزن بيشتر شود، نرخ صعود بالاتر خواهد رفت و اگر نيروي برآ با وزن مساوي گردد، بالگرد قادر به ايستايي در هوا (پرواز هاور) خواهد بود.
قدرت مورد نياز براي چرخش پروانهي اصلي توسط موتور بالگرد تامين ميگردد و موتور آن ميتواند از نوع پيستوني يا جت (توربوشفت) باشد. نکتهي قابل توجه در بالگرد عکسالعمل گشتاور پروانهي اصلي است که باعث چرخش بدنهي بالگرد در جهت عکس چرخش پروانهي اصلي ميشود و براي خنثي کردن اين مسئله پروانهي دم، در دم نصب شده است که در واقع همچون يک ملخ چرخيده ودر جهت مناسب نيرو توليد نموده وبا توازني که بدين ترتيب فراهم ميآورد باعث ثابت ماندن بدنه ميشود.

فرامين بالگرد به ترتيب عبارتند از:

  • کنترلهاي کلکتيو پيچ: اين فرمان هم چون دستهي ترمز دستي در سمت چپ خلبان قرار داشته و اگر آن را بالا بکشد، زاويهي همه پرههاي پروانهي اصلي تواماً افزايش يافته (با فرض ثابت ماندن دور) و در نتيجه برآ افزايش يافته و بالگرد بالا خواهد رفت. قابل توجه است که تراتل (دستهي گاز) هم چون موتورسيکلت بر نوک اين دسته نصب بوده وخلبان به کمک آن ميتواند همراه با تغيير گام، قدرت موتور را نيز تنظيم نمايد؛ ضمن اين که اين عمل خودكار نيز ميتواند، صورت ميپذيرد.
  • کنترل گام دوراني: اين دسته در جلوي خلبان قرار دارد و اگر آن را به جلو حرکت دهد بالگرد رو به جلو و اگر به عقب حرکت دهد، رو به عقب و اگر به طرفين حرکت دهد، بالگرد به سمت طرفين حرکت خواهد کرد. قابل ذکر است که بالگرد، با توجه به توانايي پرواز به سمت عقب و طرفين در بين هواگردها بيهمتا است.
  • کنترل سمتي: براي تغيير جهت بالگرد از تغيير گام پروانهي دم، از دو پدال، در زير پاي خلبان استفاده ميشود و با تغيير گام پروانهي دم، توازني که قبلا ذکر شد به هم خورده و دم به چپ يا راست (با توجه به اين که خلبان کدام پدال را فشار بدهد) خواهد رفت. البته از اين تکنيک بيشتر در موقع پرواز هاور استفاده ميشود. بنابراين در موقع پرواز کروز (پرواز روي خط مستقيم و بدون تغيير دور موتور) براي چپ و راست رفتن، بايستي دستهي گام دوراني را به همان جهت کج کرد.
به هنگام چرخش پروانهي اصلي، نيروي برآي به وجود آمده، تيغهها را به سمت بالا ميبرد و هنگامي که برآيند بردار برآ و نيروي گريز از مرکز در راستاي تيغه قرار گيرد، اين حرکت متوقف ميشود. حرکت تيغهها به سمت بالا و پايين را فلپينگ مينامند؛ در واقع به هنگام چرخش پروانهي اصلي يک مخروط تشکيل ميشود كه به اين وضعيت چتري شدن ميگويند.

انواع بالگرد

  • بالگرد تهاجمي
  • بالگرد ترابري
  • بالگرد پشتيباني
انواع بالگرد هاي نظامي
آواکس، ناونشين، ضدزيردريايي، نجات دريايي، گشت دريايي، مسافربري، باربري، امداد و نجات، آمبولانس
انواع بالگرد غيرنظامي
خصوصي، ويژه، آموزشي، آتشنشاني، علمي_تحقيقاتي

تفاوت هواپيما با بالگرد

  • هواپيما به واسطهي بالهاي ثابت و قدرت تحرك به جلو كه از پروانه يا موتور جت كسب ميشود به پرواز در ميآيد؛ بالگرد بلند شدن خود را مديون تيغههاي گردندهي افقي است.
  • هواپيما براي اين كه در هوا بماند و سقوط نكند بايد هميشه سرعتي رو به جلو داشته باشد؛ اما بالگرد محتاج به اين سرعت نيست و مي تواند در هوا بايستد.
  • هواپيما به نسبت بزرگي خود براي پرواز، ميدان بزرگي ميخواهد و مانعي هم نبايد در سر راهش باشد؛ بالگرد محتاج به ميدان پرواز نيست و چون عمودي بلند ميشود، موانع اثر كمتري بر آن دارند.
  • هواپيما هنگام طوفان و خطر و تاريكي هوا، ميدان وسيعي لازم دارد و بايد به طبقات بالاتر پرواز كند و احيانا به خطر ميافتد؛ اما بالگرد هنگام خطر پايينتر آمده در زير طبقات ابر و طوفان به حركت خود ادامه ميدهد و به سهولت به زمين مينشيند.

جلسه نهم، اجزاء بالگرد بالگرد مانند هواپیما و اتومبیل از اجزا و قطعات بسیار زیاد و متنوعی ساخته میشود و این اجزا یا قطعات یا توسط پیچ و مهره, میخ, پرچ و .... به هم متصل میشوند و یا لحیم شده و جوش میخورند. قطعات ریز و درشتی که محکم به هم چسبیده یا وصل شده و ساختارهای ارگانیک یا اندام های مختلف بالگرد را تشکیل میدهند، بخشها یا مجموعههای سازهای نامیده میشوند.
طرح کلی و شکل ساختمان بالگرد طبق موارد استفاده خاصی تعیین میگردد که از قبل در نظر و برنامه ریزی شده است. به عبارت دیگر هر نوع بالگرد برای هدف و انجام امور خاصی ساخته میشود. بنابراین هر نوع بالگرد با دیگری تفاوتهایی دارد. تفاوتهایی نظیر: کیفیت پرواز، ظرفیتهای باری و....
طبیعی است که این تفاوتها در تعیین چگونگی ساخت بالگردها و همچنین در نوع ترکیبات مختلف آنها تاثیر بسزایی دارند. کلیه بالگردها بطور کلی و عمومی دارای بخش های زیر هستند.

بدنه
قسمت اصلی پیکر بالگرد است و خدمه پروازی، مسافران، بار و گاهی یک موتور و یا چند مخزن سوخت و آب و روغن را در خود جای میدهد.

ملخها
عمدهترین و بیشترین نیروی بالابرنده را برای پرواز بالگرد تامین میکنند

دم
در انتهای بدنه تعبیه شده و از یک سکان افقی و یک سکان عمودی تشکیل میگردد. این سکانها هم میتوانند ثابت باشند و هم متحرک. اگرچه کار اصلی دم ایجاد و حفظ تعادل بالگرد در پرواز و هدایت آن است.

چرخها یا ارابههای فرود
مجموعه هایی از بازوها، پایهها، ستونها و تیرکهای فلزی کوتاه و بلند، یک یا چند چرخ فلزی ضخیم و قوی با تایرهای لاستیکی بسیار مقاوم هستند و معمولا" در قسمت زیرین و جلوی شکم بدنه و گاهی در زیر بالها و زیر دم بالگرد تعبیه میشوند. ارابههای فرود و چرخ ها در اصل وزن هلیکوپتر بر روی زمین را تحمل میکنند.

موتورها
به اندازههای مختلف، گاهی در داخل و گاهی در خارج بدنه بالگرد نصب میشوند و نیروی پیشران (تراست) را تولید میکنند.
به طوریکه در جلسه پیشین گفته شد، کلیه بخشهای بالگرد به نحوی با بدنه آن اتصال دارند. به همین سبب باید بدنه بالگرد از قدرت و استحکام کافی برخوردار باشد زیرا بیشتر از هر قسمتی متحمل سنگینی و فشار محصولات هوایی، تکان های پروازی، ضربات ناشی از برخورد با نیروهای آیرودینامیکی هنگام پرواز، فشارهای فوقالعاده زیادی که نیروهای آیرودینامیکی بر سطح خارجی بدنه وارد میکنند و همچنین افزایش فشار هوای داخلی بالگرد نسبت به فشار هوای خارج از کابین پس از اوج گیری است.


 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
بدنه بیشتر بالگردهای مدرنی که امروزه ساخته میشوند، دارای نوعی استخوانبندی (سازه) است که در زیر پوسته نسبتا" نازک (فلزی) مخفی شده است. این پوسته که تقریبا" سرتاسر بدنه بالگرد را میپوشاند از لحاظ شکل و حالت طوری ساخته شده که میتواند در حال پرواز، نیروها و فشارهایی را که توسط جریان شدید هوا بر آن وارد میشود، خنثی و یا تعدیل کند. پوسته قادر است در مقابل نیروهایی را نیز که هنگام مانورهای مختلف بر آن تحمیل میگردند، به اندازه کافی مقاومت کنند.

پوسته بدنه از چندین صفحه فلزی به نام پنل تشکیل شده که برخی از آنها برای همیشه به استخوانبندی بدنه پرچ شدهاند و برخی نیز با چند پیچ قفلی یا معمولی به آن بسته شده و قابل باز شدن هستند.
این پنلها از جنس آلیاژهای آلومینیوم ضد زنگ و گاهی با منیزیم و فولاد ضد زنگ ساخته میشوند. پنلها در نقاط مختلف سطح خارجی بالگرد از لحاظ طول، عرض و ضخامت با هم تفاوت دارند. به عبارت دیگر در نقاطی که بار، تنش، فشار و تکانهای زیادی بر سطح بالگرد وارد میشود، پنلهای ضخیمتر و محکمتر و در نقاط دیگر، پنلهای نازکتر و سبکتری کار گذاشته میشوند.
همچنین برای جلوگیری از آشفتگی و تلاطم جریان هوا در موقع عبور از گوشهها و نقاط زاویه دار سطح خارجی بالگرد (همانند محل اتصال بال به بدنه)، بال و موتور و ... از پنلهای مخصوصی به نام تیز گیر (Fairing) استفاده میکنند.
این پنلها (صفحات فلزی تیز گیر) که دارای سطحی صاف، هموار، و قوسی شکل هستند؛ با از بین بردن تندی گوشههای حاده و نیم گرد و مقعر کردن زاویههای تیز داخلی، باعث میشوند که جریان هوا به نرمی از اطراف نقاط اتصالی عبور کرده و دچار تراکم و آشفتگی نگردد.
تمام نقاط بدنه که از ورقهها و قالبهای فلزی (پنلها)، تیرها، تیرکها و سایر قطعات ریز و درشت تشکیل یافته، با پیچها و میخ پرچهای بیشماری به هم دوخته یا متصل میشوند. درزها، شکافها و روزنههای زیادی نیز باقی میمانند که هوای فشرده میتواند از لابلای آنها عبور کرده و خالی شود. از این رو مواد مختلف و مایعات درزگیر مخصوصی را همراه با نوارها و تسمههای کشی کلفت و نازکی (که دارای ترکیبات شیمیایی خاصی هستند) در لای آنها و نقاط اتصالی قرار میدهند تا به کمک خاصیت چسبندگی و انبساطی، به طور کامل و مطمئن از نفوذ و عبور هوای فشرده ممانعت به عمل آید. سقف و دیوارههای کناری و میانی داخل بدنه را علاوه بر عایقهای صدا و گرما، با روکشهای چرمی، فیبری، پارچه ای، پلاستیکی و کائوچوئی خوش رنگ و خوش شکل میپوشانند تا هم از تماس لباس یا بدن مسفران و کارکنان بالگرد با دستگاهها جلوگیری کنند و هم داخل بالگرد را به طور کلی از زیبایی، پاکیزگی، دکوراسیون و معماری مناسب برخوردار نمایند.

سازهای برای پرواز عمودی
برای ساخت وسیله حمل و نقلی که فقط به جهت بالا حرکت میکند نیاز به بالی داریم که در اثر حرکت مقداری هوا را به پایین بفرستد تا در اثر کنش و واکنش وسیله پرواز عمودی داشته باشد. حرکت دورانی راحتترین راه برای رسیدن به این هدف خواهد بود. برای این کار تنها کافی است که چند پره همانند پرههای یک پنکه، به میلهای (شفت) در بالای وسیله نصب کنیم تا با چرخش خود عمل بالا بردن را انجام دهد. پرههای یک بالگرد شباهت زیادی به پرههای موتور یک هواپیما دارد با این تفاوت که پرههای بالگرد باریک تر و بلند تر هستند؛ تنها به این دلیل که با سرعت بیشتری در هوا باید بچرخند و نیروی بیشتری تولید کنند. یک بالگرد در اثر فقدان نیروی تکیه گاه، با چرخش پرهها (چرخانههای اصلی)، خود بالگرد (بدنه) در جهت عکس چرخش پرهها، میچرخد. برای جلوگیری از این کار ما نیاز به نیرویی داریم تا از چرخش بدنه ممانعت کند. این نیرو بوسیله پرههای انتهایی (چرخانههای دم) بالگرد ایجاد میشود. در اصل نیز هر نوع چرخش یک بالگرد توسط این پرههای کوچک انتهایی انجام میشود.

چرخانه های اصلی بالگرد
این پرهها مهمترین بخش یک بالگرد را تشکیل میدهند، بالگرد به وسیله همین قسمت به بالا و پایین و طرفین پرواز میکند. برای انجام این امور در ابتدا پرهها باید از استحکام کافی برخوردار باشند و همچنین باید قادر به تنظیم زاویه آنها بود تا عمل مورد نظر انجام شود. در بالگرد این تنظیم زاویه به وسیله صفحات لغزنده انجام میشود.
صفحات لغزنده بالگرد دو کار مهم انجام میدهد:

  • تغییر زاویه هر دو پره اصلی بالگرد به طور همزمان، که باعث افزایش و کاهش ارتفاع بالگرد میشود. (یعنی در اصل بالگرد با تغییر زاویه پرهها به بالا و پایین میرود)
  • تغییر زاویه هر پره اصلی بالگرد به طور جداگانه، که سبب حرکت بالگرد به هر جهتی شامل جلو، عقب، چپ و راست میشود.
صفحات لغزنده از دو صفحه ثابت و چرخان تشکیل شده است. صفحه چرخان به وسیله شفت میچرخد و در اثر این چرخش پرهها به سبب اتصالشان به این صفحه میچرخند. میلههای کنترل درجه سبب ایجاد تغییر زاویه در صفحه چرخان و در نتیجه پرهها میشوند. زاویه صفحه ثابت توسط میلههای کنترل تغییر میکند. این میلهها مستقیما توسط خلبان کنترل میشوند.

مدیریت، هدایت، کنترل و انجام کامل ماموریت پروازی ـحرکت بر روی باند پرواز، برخاست از زمین، گذشت از مسیر پروازی تعیین شده، فرود، رساندن مسافران به مقصد و یا انجام کامل یک ماموریت نظامیـ یک هواپیما، بالگرد و یا هر سامانه پروازی را هوانوردی (خلبانی) میگویند.خلبان از لحظه برخاست که امری اختیاری و نشستن که امری اجباری است مسئولیت هدایت هواپیما، بالگرد و یا هر سامانه پروازی را به عهده میگیرد اما کار وی به همین اعمال محدود نمیشود.
یک خلبان باید یک تا دو ساعت پیش از پرواز در فرودگاه حاضر شده و فرم تحویل گرفتن هواپیمای نظامی (هدف حمله به همراه نقشه پرواز) یا تعداد مسافران به همراه نقشه پرواز ـدر صورتی که هواپیمای مسافربری باشدـ را دریافت کند. طی این مراحل خلبان باید سوخت مورد نیاز طبق نقشه پرواز را برای هواپیما تزریق کند؛ این نخستین گام از وظایف یک خلبان است. در گام بعد پس از حضور همه مسافران و مهمانداران دربهای هواپیما بسته میشوند. یک خلبان مسافربری باید مسیر خود را در یک ارتفاع معین و با سرعتی معین طی کند که این کار را سامانه خلبان خودکار انجام میدهد. در پایان پس از رسیدن به محل مورد نظر، خلبان هواپیما را مینشاند.
این مراحل برای خلبانان نظامی بسیار آسانتر و کوتاهتر بوده و گاهی در شرایط ویژه، خلبان شکاری باید ظرف یک دقیقه پس از شنیدن آژیر در هواپیما، آماده برخاستن از زمین باشد. در یک هواپیمای نظامی (شکاری) وظایف بدین گونه تقسیم میشوند که خلبان یکم مسئول هدایت هواپیما و شلیک موشکها و خلبان دوم ـکه اغلب افسر تسلیحات یا افسر رادار نیز نامیده میشودـ، مسئول کنترل رادار و نوع سلاح مورد نیاز برای هدف و رهگیری اهداف در صفحه رادار است. در برخی از هواپیماهای شکاری تمامی این وظایف به خاطر سادگی، بیشتر به یک خلبان محول میشود.

اخذ گواهینامه خلبانی
برای اخذ گواهینامه خلبانی باید شرایطی را دارا بود که از جمله آنها میتوان به شرایط ذیل اشاره کرد. گفتنی است در این نوشته از توضیحات کامل درباره چگونگی اخذ شرایط به دلیل مفصل بودن بحث و خارج بودن از حیطه کاری پایگاه ستاد توسعه فناوری هوافضا، خودداری شده است.

شرایط صدور گواهینامه خلبانی:

  • موفقیت در آزمون کتبی
  • دارا بودن حداقل تجربه پروازی
  • دارا بودن مهارت پروازی مورد نیاز
  • صلاحیت پزشکی
چگونه خلبان شویم؟
سامانه هوانوردی و قوانین آموزش هوایی غیر نظامی دنیا زیر پوشش دو سازمان است و هر کشوری با توجه به مسایل هوانوردی از قوانین یکی از این دو سازمان در سامانه خدمات پروازی و آموزشی خود پیروی میکند. این دو سازمان، ایکایوICAO) ) و کمیته فدرال هوانوردی(FAA) هستند. اکثر کشورهای دنیا زیر پوشش ایکایو بوده و از قواتین این سازمان پیروی میکنند. کشور ما نیز تحت پوشش قوانین ایکایو است. کسی که قصد دارد خلبان شود، در درجه اول باید عاشق پرواز و آسمان باشد تا تمامی مشکلات در برابر هدف وی آسان شود. برای خلبان شدن باید دورههای آموزشی ویژهای گذرانده شود که در بخشهای بعدی آموزشگاه هوایی و تا جایی که مربوط به دانستنیهای هوافضایی میشود، درباره آن خواهیم گفت.

بعضی از افراد تمایل دارند که به عنوان یک خلبان شخصی و برای تفریح پرواز با هواپیما را یاد بگیرند. برای این افراد گذراندن دورههای آموزشی هوانوردی هواپیماهای فوق سبک یا ULL بسیار مناسب است. معمولا این دوره آموزشی دارای حدود ۶۰ ساعت کلاس زمینی بوده که شامل آیرودینامیک و اصول پرواز، هواشناسی، موتور، بدنه و… است. سپس حدودا ۴۵ تا ۵۰ ساعت پرواز با یک هواپیمای کوچک دو نفره توسط فرد متقاضی گواهینامه خلبانی ULL فراگرفته میشود. با گسترش فرهنگ هوانوردی عمومی، اخذ این گواهینامه در اروپا و آمریکا بسیار رایج است. در ایران نیز نزدیک به یک دهه است که امکان دسترسی به دورهاهای آموزشی و اخذ این نوع گواهینامه خلبانب فراهم گشته است.



دورههای خلبانی بازرگانی (PPL/CPL/IR)
بعضی دیگر از افراد، خلبانی را تنها برای تفریح و انجام امور شخصی نمی خواهند؛ آنها دوست دارند شغل خلبانی را برای امرار معاش انتخاب کنند. این افراد نخست برای آنکه در شركتها و خطوط هوایی، مشغول کار شوند باید گواهینامههای آن را اخذ کرده و سپس سایر مراحل را پشت سر بگذارند. این گواهینامهها عبارتند از:

  • · گواهینامه خلبانی هواپیمای شخصی PPL

  • · گواهینامه خلبانی هواپیمای بازرگانی CPL

  • · گواهینامه پرواز با آلات دقیق یا دستگاه IR

شخص پس از ثبت نام در باشگاههای هوانوردی و یا دانشکدهها و مدارس خلبانی، برای انجام معاینات پزشکی توسط پزشک متخصص هوایی و دریافت صلاحیت پزشکی جهت پرواز زیر نظر پزشک مربوطه و مورد تاَیید سازمان هواپیمایی کشوری آماده میشود. دوره خلبانی شخصی (PPL) در ایران شامل ۳۹۰ ساعت کلاس زمینی و حدود ۴۰ ساعت پرواز است. دانشجو حین گذراندن دوره کلاسهای زمینی شروع به پرواز نیز میکند.
پس از پذیرفته شدن در آزمونی حساس و کسب گواهینامه PPL، دانشجو یک ماه فرصت دارد تا با همان ساعت پروازهایی که در دفترچه مخصوص به خود دانشجو (Log-Book) ثبت شده، جهت دریافت صلاحیت پزشکی به سازمان مربوطه معرفی و پس از دریافت و تایید صلاحیت پزشکی، خود را برای گذراندن کلاسهای زمینی CPL آماده کرده و اقدامات لازم را انجام دهد.
دوره CPL نیز دارای ۳۳۰ ساعت کلاسهای زمینی و ۱۱۰ ساعت پرواز است. در این دوره بیشتر به آموزش ناوبرى و پرواز پرداخته میشود و دانشجو در این دوره پروازهای زیادی به فرودگاههای مختلف خواهد داشت. پس از پذیرش نهایی و دریافت گواهینامه، وی وارد مرحله سوم میشود. مرحله سوم همان آموزش پرواز به وسیله آلات دقیق IR است و پس از پذیرش نهایی در آزمون مرحله سوم، فرد مورد نظر دیگر یک خلبان به حساب آمده و میتواند در شركتهاى هواپیمایى یا خطوط هوایی مشغول كار شود.

* جلسه سیزدهم، موتورهای هوایی (1) سه شنبه, 05 مهر 1390 ساعت 16:00 چهار نیرو به هواپیمای در حال پرواز وارد میشود:

  • نیروی بالابرنده (برآ) که از طرف هواست و به علت شکل و ویژگیهای بال بوجود میآید؛
  • نیروی مقاومت هوا (پسآ) که از طرف هواست و یکی از عوامل بوجود آورنده آن اصطحکاکی است که در اثر حرکت یک جسم در یک سیال بوجود میآید.
  • نیروی وزن که بر اثر گرانش زمین به وجود میآید
  • نیروی پیشران، نیرویی است که آن را موتور ایجاد می کند.
کار اصلی نیروی پیشران خنثی کردن نیروی مقاومت است؛ اما وظیفه اعمال سرعت اولیه به هواپیما، همچنین کمک به نیروی بالا برنده برای بالا بردن هواپیما را نیز در مواقع خاص نیز به عهده دارد.
هواپیماها از دونوع موتور جت و موتور ملخی بهره میبرند. موتور های جت کلا به هفت دسته تقسيم میشوند:

  • توربين گاز
  • توربو فن
  • رم جت
  • پالس جت
  • پرشر جت
  • توربو جت
  • توربو پراپ

توربين گاز
در حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گاز ناميده میشوند ولی اصطلاح توربین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف استفاده از آنها تولید نیروی پیشران نیست بلکه چرخاندن توربین و اکثرا برای تولید برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربینها و افشانک (نازل) با انواع دیگر موتور جت تفاوت عمدهای دارند. در توربینهای بخار برای چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سامانه دارای ضعفهایی از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه است ولی در توربین گاز مرحله تبدیل آب به بخار حذف شده و گازهای داغ خروجی که در توربین بخار تلف میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردند.



توربوفن
موتورهای توربوفن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ هستند. تفاوت این موتور با موتور توربوپراپ در این نکته است که فن موتور توربوپراپ کاملا خارج از پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور توربوفن این فن کاملا در داخل پوسته موتور قرار میگیرد. از این نوع موتور جت برای سرعتهای مادون صوت استفاده میگردد. توربوفنها دارای بازدهی نسبی زیادی هستند.



رم جت
رم جتها را توربین گازی به حساب نمیآورند زیرا این نوع از موتور جت دارای کمپرسور و توربین نیست. موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد استفاده قرار میگیرد به این صورت که هواپیما یا راکت در ابتدا توسط موتور اصلی خود به پرواز در آمده و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و سرعت لازم هوای ورودی برای رم جت تامین گردید، موتور رم جت روشن میشود. رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید نیروی پیشران بیشتری میکنند ولی برای شروع پرواز مناسب نیستند.

پالس جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکات زیاد با موتورهای رم جت، با آنها یکی شمرده شده و در یک دسته قرار میگیرند. پالس جتها همانند رم جت نه دارای کمپرسور هستند و نه دارای توربین؛ ولی با این حال از نظر کار کرد تفاوت عمدهای دارند. موتورهای پالس جت در گذشته کاربرد زیادی داشتند و در هواپیماهای قدیمی به عنوان پیشران استفاده میشدند؛ ولی هم اکنون استفاده چندانی ندارند چرا که امروزه موتورهای توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل سامانه کارکرد جالبی که این موتورها دارند به تشریح دونوع از این موتور میپردازیم. در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچهدار عمل احتراق با فرض ایده آل حجم ثابت است. دقت شود که پالس جتها بر خلاف رم جتها در سرعت صفر نیز قابلیت استارت داشته و کارایی دارند. (در مورد پالس جتها این باور عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرندهای که با پیشران پالس جت حرکت میکند زیر 750 کیلومتر بر ساعت است.)

سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار

  • · احتراق: در اين فاز، احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود. فشار حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق است، ميگردد. در نتيجه توده محترق به ناچار فقط در مسير مورد نظر ميتواند حركت كند.

  • · انفجار: در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگردند و گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي پیشران ميگردند.

  • · سوخت گيری: گازهاي داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم، تمايل به حفظ حركت خود به سمت نازل را دارند ـ حتي اگرفشار داخل موتور كمتر از فشار محيط باشد ـ. خروج اين گازها از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و بازشدن شير يكطرفه ميگردد و مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود.

  • · فشردگی: بدليل فشار كم موجود بين هوا، سوخت ورودي و گازهاي داغ خروجي، مقداري از اين گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگردد كه اين عمل موجت محترق شدن توده هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد.


سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه
در پالس جتهای بدون دریچه، ساختاری که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد. با وجود این ساختار در این ناحیه، کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گازهای در حال خروج به محفظه احتراق باز گردانده میشوند. و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار است که توضیح داده شد.



 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پرشر جت
اين موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد. اين موتور را مي توان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست. در اين پیشران جت سوخت از قسمت بالايي به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر شده پاشيده مي شود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت مخلوط مي گردد. سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق مي گردند. براي گرم كردن سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن مي پيچانند و به اين ترتيب سوخت گرما را از توده گاز داغ محترق شده دريافت کرده و گرم مي شود، به اين ترتيب عمل احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام مي گردد.

توربو جت
توربو جت ها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و پرنده هایی که با سرعت های زیاد حرکت می کنند، استفاده می شود. طرز کار موتور توربو جت این گونه است:

1 . در مرحله اول هوا از طریق دهانه ورودی وارد ابتدای قسمت کمپرسور می شود.

2 . در مرحله بعدی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و بطرف دیفیوزر فرستاده میشود.

3 . پس از کاسته شدن سرعت و افزایش فشار و دمای هوا در دیفیوزر هوا به محفظه احتراق و سپس لوله احتراق فرستاده می شود.

4 . پس از عملیات احتراق در موتور گاز های داغ تولیدی باعث چرخش توربین و در نتیجه محور متصل به توربین می گردد. از نکات قابل توجه در طراحی یک توربو جت طراحی بخش نازل و خروجی است چراکه هدف استفاده از توربوجت نیروی رانش پرنده است. در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج می گردد با فشار جو اطراف پرنده برابر است.

تعریف آیرودینامیک
آیرودینامیک برحسب تعریف، عبارت از «دانشی است که در مورد چگونگی حرکت جریان هوا و برخورد و رفتار آن با سطوح مختلف به بحث می پردازد». در دانش آیرودینامیک دانستن چند موضوع بسیار حائز اهمیت است. یکی از مهمترین مباحث نیروهای فیزیکی آیرودینامیکی است که به اختصار از آن ها به عنوان نیروهای آیرودینامیکی یاد می شود.
وقتی سیالی از جسمی عبور کند یا جسمی مانند یک گوی، یک بال، یا یک جسم دوکی نظیر تنه هواپیما در یک سیال حرکت نماید، نیروهایی بر آنها وارد می شود که به دو بخش زیر تقسیم می شوند:

  • نیروهای عمودی یا فشاری
  • نیروهای مماسی یا برشی
نیرویی که بر اثر سرعت نسبی میان یک سیال و یک جسم به وجود می آید فقط به همان سرعت نسبی بستگی دارد. خواه جسمی در حال حرکت در یک سیال ساکن باشد و خواه جسم ساکن بوده و سیال از روی آن عبور نماید (مانند قرار گرفتن مدل در تونل باد) بر برآیند نیروهای موجود بر جسم هیچ تاثیری نخواهد داشت. این اصل نسبی دلیل آن است که از تونل باد برای تعیین نیروهایی استفاده می شود که در حین پرواز هواپیما در جو زمین بر آن وارد می شوند.


ایرفویل
اگر یک بال هواپیما را به طور عمودی از لبه حمله تا لبه فرار برش دهیم، شکلی خاص مشاهده می شود که به این شکل خاص « هوابر» یا ایرفویل می گویند. بنا به تعریف، «هوابر جسمی است فضایی که برای حرکت در یک سیال (اعم از گاز یا مایع) طرح شده و نیروی عکس العملی مفیدی غیر از پسا تولید می کند.» از این جسم دوکی در بال ها، ملخ ها، پروانه ها، سکان های هدایت، تیغه های دوربین، تیغه های آسیاب های بادی و غیره استفاده می شود. نیروی برآ و خصوصیات واماندگی بال بستگی زیادی به هندسه دوکواره ای دارند که در آن بال مورد استفاده قرار گرفته است.

متغیرهای ایرفویل
در هر ماهی واره پارامترهای هندسی ویژه ای وجود دارند. این پارامترهای هندسی تاثیرات مهمی بر خصوصیات آیرودینامیکی مقاطع دوکی دارند.
لبه حمله (Leading Edge): جلوترین نقطه یا لبه پیشین یک ماهی واره یا تیغه یک ملخ را لبه حمله می نامند و این مکان، نخستین نقطه ای است که با باد نسبی برخورد می کند.
شعاع لبه حمله (Leading Edge Radius): لبه حمله ماهی واره هایی که در سرعت های مادون صوت مورد استفاده قرار می گیرند به صورت گرد و مدور بوده و معمولاً شعاع آن ها یک در صد از طول وترشان است. شعاع لبه حمله، شعاع دایره ای است که مماس بر انحنای لبه حمله است و نقاط تلاقی سطوح بالایی و پایینی لبه حمله را به هم وصل می کند. اندازه شعاع لبه حمله تاثیر چشم گیری بر خصوصیات واماندگی (یا جدایی لایه مرزی) مقطع دوکی دارد.
لبه فرار (Trailing Edge): عقب ترین نقطه یا لبه پسین یک ماهی واره یا تیغه ملخ، لبه فرار نام دارد.
خط وتر (Chord Line): خط وتر، خط مستقیمی است که لبه های حمله و فرار را به یکدیگر مرتبط می سازد. خط وتر مقاطع دوکی بال بسیاری از هواپیماها نسبت به محور طولی هواپیما، به صورت شیبدار و مایل قرار می گیرد.
خط کمان میانی (Mean Camber Line): مکان هندسی نقاطی که در میان راه بین سطح فوقانی و سطح تحتانی یک ماهی واره قرار دارند، خط کمان میانی را تعیین می کنند و عمود بر خط وتر اندازه گیری می شوند. شکل خط میانی در تعیین خصوصیات مقاطع دوکی اهمیت زیادی دارد، زیرا ماهی واره های خمیده در جریان مادون صوت نیروی برآ تولید می کنند، حتی اگر زاویه حمله برابر صفر درجه باشد.
کمان (Camber): مقدار انحنای سطح فوقانی یک مقطع دوکی، کمان نامیده می شود و بر حسب حداکثر مشخصات خط میانی و درصدی از وتر بیان می شود. کار کمان آن است که حداکثر ضریب برآی ماهی واره، C_Lmax را افزایش دهد تا بدین ترتیب کمترین پسای زائده ای به دست آید.
زاویه حمله (Angle of Attack, AOA): زاویه ای است که بین خط وتر ماهی واره و باد نسبی ایجاد می شود و آن را با حرف α (آلفا) نشان می دهند. افزایش این زاویه تا حد معینی، سبب افزایش نیروی برآ می گردد.
حداکثر ضخامت (Maximum Thickness): بیشترین فاصله میان سطح فوقانی و سطح تحتانی یک مقطع دوکی را حداکثر ضخامت و توزیع آن، خصوصیات آیرودینامیکی مقطع دوکی را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. هرچه حداکثر ضخامت یک ماهی واره افزایش یابد، حداکثر ضریب برآی آن هم افزایش می یابد. علاوه بر آن، ماهی واره های ضخیم تر از وسایل مولد برآ (نظیر برافزاها) سود بیشتری می برند، اما عدد ماخ کمتری دارند.
سطح فوقانی (Upper Surface): سطح رویی ماهی واره یا بال از لبه حمله تا لبه فرار، سطح فوقانی نامیده می شود.
سطح تحتانی (Lower Surface): سطح زیرین ماهی واره یا بال، از لبه حمله تا لبه فرار، سطح تحتانی نامیده می شود.

سکان های هدایت
چون نحوه پرواز هواپیما و حرکت آن در هوا بستگی زیادی به سکان های هدایت دارد. به طور کلی در هواپیمای معمولی سه سکان هدایت وجود دارد که عبارتند از: شهپر (Aileron)، سکان فرازبر(Elevator)، و سکان عمودی متحرک (Rudder). اما غیر از سه سکان اصلی یاد شده، دو سکان فرعی نیز معمولاً در هواپیماهای امروزی وجود دارند که یکی برافزا (Flap) و دیگری برآگیر (Spoiler) نام دارد. نوعی سکان کوچک فرعی تحت عنوان سکانچه تنظیم (Trim Tab) نیز هدایت هواپیما را در مسیر مطلوب بر عهده دارد.
نخست به معرفی و تشریح سکانهای اصلی یاد شده می پردازیم:
شهپر: سکانی است متحرک و قابل هدایت که معمولاً در لبه فرار، و مجاور نوک بال تعبیه شده و قسمتی از لبه فرار را تشکیل می دهد. وظیفه این سکان آن است که با تولید نیروهای نامتقارن بر روی دو نیمه بال هواپیما، آن را حول محور طولی (محورox) بغلتاند.
سکان فرازبر: سکانی است که معمولاً با لولا به سکان افقی ثابت متصل بوده و وظیفه بالا یا پایین بردن دماغه هواپیما را به عهده دارد. هر چه میزان بالا یا پایین رفتن سکان فرازبر افزایش یابد، یا هر چه بر طول وتر آن افزوده شود، خطر وامانده شدن (Stall) دم و قفل شدن این سکان بیشتر می¬گردد.
برافزا: صفحه ای یا به عبارت دیگر، دوکواره ای است لولایی یا کشویی یا پاشنه دار و متحرک و مستقر در لبه فرار بال، و گاهی مستقر در لبه حمله بال که به سمت پایین کج یا باز می شود، یا به پایین می لغزد و گاهی انحنا یا مقطع و یا مساحت بال را تغییر می دهد تا در سرعت آهسته، تاثیر فراوانی بر افزایش نیروی برآی بال داشته باشد. از این سکان گاهی برای تغییر دادن نیروی پسا نیز استفاده می شود.
برآگیر: سکان متحرکی است که معمولاً بر سطح فوقانی لبه فرار بال تعبیه شده، و با باز شدن به سمت بالا یا پایین تحت زاویه تقریباً 90 درجه نسبت به باد روبرو، باعث کاستن نیروی برآ، و در واقع از بین رفتن آن می گردد. از این سکان برای کنترل میزان فرود، کنترل حرکت جانبی (غلت) (Roll)، یا افزایش کارآیی ترمز کردن هواپیما هنگام فرود می توان سود جست. این سکان انواع مختلفی دارد و ممکن است در مکان های مختلفی نصب گردد.
سکانچه تنظیم: این سکان در واقع یک سکان هدایت ثانوی است که در لبه فرار سکان های هدایت اصلی، نظیر سکان فرازبر یا سکان عمودی متحرک نصب می شود. از این سکان ها برای کاهش میزان کار خلبان استفاده می شود و با استفاده از آن، هواپیما در یک پرواز طولانی همچنان در وضعیت و مسیر مطلوب به پرواز خود ادامه می دهد.

محورهای هواپیما
هر حرکت غیر مستقیم و غیر تراز هواپیما را تا حدی می توان مانور تلقی کرد. در هیچ شکل دیگری از پرواز چنین آزادی حرکتی وجود ندارد. در واقع هر هواپیما 6 درجه آزادی (حرکتی) دارد که در ارتباط با سه محور اساسی آن تعیین می شوند. محورهای اساسی هواپیما به شرح زیر هستند:
محور طولی (Longitudinal Axis): خط مستقیمی است که از پس و پیش مرکز ثقل هواپیما می گذرد و زمانی به صورت افقی قرار دارد که هواپیما در وضعیت ترازمندی خود باشد. هواپیما می تواند در طول این محور به جلو یا عقب حرکت کند. حرکت رو به عقب از جمله نادرترین مانورهای هواپیماست، اما حرکت رو به جلو در طول این محور، حرکت عادی هر هواپیمایی است و خصیصه اساسی پرواز مستقیم یا تراز محسوب می شود. هر حرکت چرخشی هواپیما حول این محور را غلت (Roll) می نامند و این کار به وسیله شهپرها صورت می گیرد.
محور قائم (Normal Axis): خط راستی است که از مرکز ثقل هواپیما می گذرد و زمانی که هواپیما در وضعیت ترازمندی قرارگیرد، این خط عمود بر مرکز ثقل خواهد بود. بنابراین بر اساس گفته فوق، این محور تحت زاویه قائمه نسبت به محور طولی واقع می گردد. هواپیما در حین اوجگیری یا فرود می تواند در طول این محور به بالا یا پایین حرکت کند، اما در واقع چنین حرکتی زیاد مرسوم نیست، چون اوجگیری یا فرود اساساً با کج شدن محور طولی نسبت به خط افق انجام می شوند که متعاقب حرکت مستقیم و رو به جلو در طول این محور اتفاق می افتد. چرخش هواپیما حول این محور را انحراف سمتی (Yaw) می نامند.
محور جانبی (Lateral Axis): خط راستی است که از مرکز ثقل می گذرد و هم عمود بر محور طولی و هم عمود بر محور قائم هواپیما قرار دارد. این خط زمانی به صورت افقی است که هواپیما در وضعیت ترازمندی خود باشد. محور مورد بحث موازی با خطی است که دو سر بالها را به هم وصل می کند. هواپیما در طول محور جانبی خود به چپ یا راست حرکت می کند. چنین حرکتی را لغزش سمتی (Sidelslip) یا لیزش (Skidding) می نامند. چرخش هواپیما حول این محور را خمش (Pitching) می نامند. این محورها را هنگام حرکت هواپیما باید در مد نظر خود قرار داد، چون همیشه نسبت به هواپیما ثابت می مانند. مثلاً هواپیما در هر حالتی که قرار داشته باشد، محور جانبی موازی با خطی خواهد بود که دو سر بالها را به هم وصل می کند، و یا وقتی هواپیما به طور عمودی شیرجه می رود، محور طولی به صورت قائم قرار می گیرد و محورهای جانبی و قائم به صورت افقی واقع می شوند. بنابراین مانورهای هر هواپیما از یک، یا دو، یا چند و یا تمام موارد زیر تشکیل شده است.
• جلوروی یا عقب روی
• بالاروی یا پایین روی
• انحراف به طرفین، یعنی به راست یا به چپ
• غلتیدن
• انحراف سمتی
• خمش
برخی از حرکات فوق، یا ترکیبی از حرکات یاد شده را به آرامی و نرمی می توان انجام داد و در چنین وضعیتی، این حرکات تنها مستلزم حالت ترازمندی هستند. حرکات مزبور را در سمت گیری پرواز تراز و یا سرش در هوا، و یا اوجگیری و غیره می توان انجام داد. اما، در برخی مانورها سمت و یا سرعت و یا هردو و در واقع شتاب هواپیما تغییر می نماید.

پرواز تراز و مستقیم
وقتی هواپیما در حال پرواز تراز و یکنواخت است، باید در وضعیت ترازمندی (Equilibrium) قرار داشته باشد. وضعیت بدون شتاب پرواز زمانی برای هواپیما به وجود می آید که وسیله نقلیه پرنده نیروی برآیی (Lit) مساوی با وزن هواپیما تولید کند و دستگاه قدرت (Powerplant) نیروی رانشی (Thrust) مساوی با پسای هواپیما به وجود بیاورد. در شرایط معینی از عملکرد هواپیما به راحتی می-توان الزامات را از طریق رانش مورد لزوم (یا پسا) در نظر گرفت، حال آنکه در مواردی دیگر، عملاً بهتر است توان مورد لزوم را مورد توجه قرار دهیم. به طور کلی، در هواپیماهای جت باید به رانش توجه کرده و در هواپیماهای ملخدار باید به توان لازم توجه کنیم. از این رو نیروی رانش موجود (Available Thrust) باید مساوی با نیروی رانش لازم (Required Thrust)، یا توان موجود باید مساوی با توان لازم باشد.
حداکثر سرعت پرواز تراز هواپیما زمانی به دست می آید که توان یا رانش لازم مساوی با حداکثر توان یا رانشی باشد که دستگاه قدرت می تواند تولید کند. حداکثر سرعت پرواز تراز را معمولا نمی توان از طریق الزامات رانش یا توان به دست آورد، زیرا در چنین شرایطی به طور کلی موقعیت های واماندگی یا معضلات پایداری و هدایت به وجود می آیند.
با توجه به مطالب فوق می توان گفت که هواپیما در حین پرواز تراز و مستقیم تحت تاثیر چهار نیروی اصلی قرار دارد.
• نیروی برآی بالهای اصلی، L ، که به طور عمودی از مرکز فشار بال به سمت بالا اعمال می شود.
• وزن هواپیما، W ، که به طور عمودی بر مرکز ثقل هواپیما وارد می شود.
• نیروی رانش موتور،T ، که هواپیما را به طور افقی به جلو می راند.
• نیروی پسا، D، که به طور افقی به سمت عقب اعمال می شود.

تنها به خاطر مقاصد ویژه بهتر است فرض کنیم که تمام وزن در نقطه ای به نام مرکز ثقل وارد می شود، یا نیروی برآ به مرکز فشار وارد می گردد، پس می توانیم تصور کنیم که برآیند پسا بر یک نقطه وارد می شود و برای راحتی خودمان، آن را نقطه پسا می نامیم. موقعیت واقعی این نقطه بستگی به مقاومت نسبی قسمتهای مختلف هواپیما دارد.
حالا ممکن است از خودتان بپرسید که تحت چه اوضاع و احوالی چهار نیروی یاد شده هواپیما را متعادل می کنند؟ باید گفت زمانی که هواپیما در ارتفاع معینی و با سرعت یکنواختی در مسیر ثابت در حرکت باشد که در زبان مکانیک این امر به ترازمندی مشهور است. مسافران هواپیماهای جت مسافری بزرگ حالت ترازمندی را به خوبی احساس می کنند، خصوصاً زمانی که در حین پرواز هواپیما، از جای خود بلند شده و در هواپیما راه می روند. هواپیما در چنین وضعیتی تابع نخستین قانون حرکت نیوتون است.
اغلب این تفکر رواج دارد که نیروی برآ باید بیشتر از وزن باشد، یا همچنان که معمولاً بیان می شود، نیروی برآ باید بر وزن هواپیما غالب شود، و وقتی در مورد نیروی رانش و نیروی پسا سوال می شود، متوجه می شویم که اکثر مردم این اندیشه را رد می کنند که نیروی رانش فقط می بایست با پسا مساوی باشد، و این حرفی مضحک و خلاف عرف جاری است.


موقعیت سومی نیز برای ترازمندی وجود دارد. برای آنکه پرواز تراز و مستقیم حفظ شود، ما باید هواپیما را از چرخیدن باز داریم، و این نه فقط بستگی به اندازه های چهار نیروی یاد شده دارد، بلکه به موقعیت های اعمال چهار نیروی وابسته اند. اگر مرکز فشار هواپیما در پشت مرکز ثقل قرار گیرد، دماغه هواپیما تمایل به پایین رفتن و دم آن تمایل به بالا آمدن دارد، و اگر مرکز فشار در جلو مرکز ثقل واقع شود، حالت فوق برعکس خواهد بود. اما ما با خطوط کنش نیروی های رانش و پسا نیز سروکار داریم، چون اگر رانش بالاتر از خط پسا قرار گیرد، این دو نیرو می خواهند دماغه هواپیما را پایین ببرند. خلبان با استفاده از سکانهای هدایت می تواند از این گونه تمایلات هواپیما جلوگیری کند، اما هدف هر طراح آن است که هواپیمایی بسازد تا به قول خلبان، بدون دخالت دست پرواز نماید. بنابراین باید دید که آیا چهار نیروی مورد بحث در مکان های صحیحی به هواپیما وارد می شوند یا خیر.
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
راکت ها، موشک ها، اژدرها و انواع آن

راکت ها، موشک ها، اژدرها و انواع آن

جلسه نخست، راکت ها، موشک ها، اژدرها و انواع آن
در اولین جلسه از آموزش های موشکی به معرفی واژه های راکت، موشک، اژدر و انواع موشک ها می پردازیم.​
راکت چیست؟​
راکت در واقع همان موشکی است که سامانه هدایت ندارد و در هوا به صورت آزاد حرکت میکند. برخی از اوقات به سامانه تولید نیروی پیشران در موشکها نیز راکت میگویند و برخی از اوقات به موشکهای فضایی راکت میگویند. راکت در حقيقت ماشيني است که به وسيلهي خروج سريع گاز، نيروي جلوبرندگي ايجاد ميکند.
موشک چیست؟
موشک در واقع یک وسیله حمل و نقل بدون سرنشینی است که یک بار مفید را از یک نقطه به یک نقطه دیگر حمل میکند. این وسیله نیروی لازم برای حرکت را از موتور راکتی درونش میگیرد. منظور از موشک همان راکت دارای سامانه هدایت است. اجزاي اصلي يک موشك موتور، پيشرانه(شامل سوخت و اکسيدکننده ) قاب (بدنه) يا پوششي براي نگهداري قسمتهاي مختلف، سامانهي کنترلي و محموله (مانند سرجنگي و یا ماهواره) هستند. موشك هنگامي که به عنوان وسيلهي پرتاب ماهواره يا محمولههاي ديگر به فضا استفاده شود، «موشك ماهوارهبر» يا «موشك حامل»ناميده ميشود.
اژدر چیست؟
اژدر، پرتابه، جنگ افزار یا موشک خود کشش زیر آبی به شکل سیگار برگ است که از یک زیردریایی، هواپیما و یا کشتی شلیک میشود. این پرتابه طراحی شده است تا هنگام برخورد به هدف و یا در نزدیکی آن منفجر شود.
انواع موشک
از یک دیدگاه نظامی بر اساس مبدا و مقصد میتوان موشکها را در چهار دسته تقسیم بندی کرد:
1. موشک سطح (زمین) به سطح (زمین)
2. موشک سطح (زمین) به هوا
3. موشک هوا به هوا
4. موشک هوا به سطح (زمین)
از یک دیدگاه دیگر نظامی بر اساس مسیر و نوع حرکت میتوان دو نوع کلی برای موشکها در نظر گرفت:
1. موشک کروز
2. موشک بالستیک

جلسه دوم، ساختمان موشک، موشک بالستیک وکروز
در این جلسه با ساختمان انواع ​
موشک
ها و موشک های کروز و ​
بالستیک
آشنا می شویم​
موشکها در حالت عادی از 4 بخش تشکیل میشوند:​

1- بار مفید یا سرجنگی،
2- سامانهی پیشرانش(موتور موشک)، که انرژی لازم برای شتاب دادن بار مفید به سرعت مورد نیاز را فراهم میکند،
3- سامانهی هدایت و کنترل، که موشک را در مسیر از قبل برنامهریزی شده به سوی هدف مورد نظر هدایت و کنترل میکند(البته همه موشکها هدایت شونده نیستند)،
4- سازهی پوششی که همه چیز را باهم نگه میدارد؛ روی این سازهی پوششی یا بدنه اصلی، معمولاً بخشهایی همچون بال یا بالک و دماغه مخروطی نصب میشوند.
بخشی از موشک که مواد منفجره در آن جای میگیرد سرجنگی نام دارد و به سامانهای که موشک را بدون آن که به خلبان نیاز داشته باشد به سوی هدف هدایت کند، سامانهی هدایت میگویند. جلوترین بخش هر موشک هدایت شونده و یا حتی هر راکت دماغهای است که معمولاً به شکل مخروط بوده و هنگام حرکت در جو از موشک و راکت در برابر گرمای حاصل از اصطکاک حفاظت میکند.
پیش از پرتاب، زیر سامانههای موشک برای آمادگی عملیاتی بازرسی میشوند و برنامهی پرواز یا مسیر پرواز به رایانهی هدایت، داده میشود. هنگام احتراق، سوختهای مایع یا جامد نیروی پیشرانش را برای پرتاب موشک فراهم میکنند. اگر موشک چند مرحلهای باشد، هر مرحله هنگامی که سوخت آن مرحله تمام شده و یا نزدیک به تمام شدن باشد، نیروی پیشرانش خود را به پایان رسانده و سپس از باقی موشک جدا شده و مرحله بعدی شروع به احتراق میکند. سامانهی هدایت و کنترل، موشک را در مسیر صحیح هدایت کرده و میراند. پس از آنکه مرحله پایانی نیروی پیشرانش خود را به پایان رساند، بار مفید معمولاً به مسیر مورد نظر خود رها میشود. در برخی از سامانهها بار مفید به بدنه موشک متصل باقی مانده و با آن به سوی هدف حرکت میکند.
موشکهای حامل فضایی و موشکهای گمانهزنی برای قرار دادن ماهوارهها در مدار و یا جمعآوری دادههای علمی از لایههای بالایی جو به کار میروند. تفاوت ویژه مابین این موشکها با موشکهای بالستیک تهاجمی در بار مفید و کاربرد مورد نظر آنها است. با افزایش بارها و سامانههای جنگ افزاری و الگوریتمهای هدایت متفاوت، موشکهای حامل فضایی و موشکهای گمانهزنی میتوانند به عنوان موشکهای بالستیک تهاجمی عمل کنند. در اصل بسیاری از ماهوارهبرها و موشکهای حامل فضایی معمولی کنونی مدل پیشرفتهی موشکهای بالستیک قدیمیتر هستند.


به این دلیل که سامانههای موشکی کامل بزرگ هستند به ندرت به عنوان یک واحد کاملاً سرهم شده در یک بسته بندی قرار بگیرند تا از محل تولید به محل به کارگیری و یا به دست متقاضی ارسال شوند. به جای آن زیر سامانههای اصلی در جعبههایی با کشتیها به محل های مورد نظر فرستاده میشوند و آنجا سرهم میشوند. با این حال موشکهای بالستیک سیار که به صورت کامل سرهم شده اند، بر روی یک سامانهی حامل و پرتاب کنندهی سیار به محل مورد نظر فرستاده میشوند.
موشکهای بالستیک و کروز
موشكهاي بالستيك به موشكهايي ميگويند كه تا ارتفاع بسيار بالايي اوج مي گيرند(كه اين قسمت راه با موتور روشن انجام ميشود) و مابقي راه را با استفاده از نيروي جاذبه زمين به سمت هدف ميروند كه مانند يك سقوط آزاد البته با هدايت صحيح است. برخي از موشك هاي بالستيك حتي از جو زمين نيز خارج ميشوند و دوباره به جو زمین باز ميگردند كه برد بسيار بالايي دارند.
موشک کروز نیز دارای چهار ویژگی عمده هستند:
· موشک کروز در طبقات پایین جو (حدود30 کیلومتر) از نیروی برای آیرودینامیکی(نیرویی که موشک یا هواپیما را روی هوا نگه میدارد) استفاده میکند.
· در حین پرواز قادر به تغییر مسیر و ارتفاع بوده و میتواند به دفعات این کار را تکرار کند.
· بردی بیشتر از 50 کیلومتر دارد.
· در یک پرواز عادی یکسره، موشک در تمام مسیر هدایت شده وحامل انواع مختلفی از سر جنگی است.
موشکهای کروز معمولا از فناوریهای مورد استفاده در هواپیما استفاده میکنند و دارای کلاهک مشابه، کوچکتر و ارزانتر از موشکهای بالستیک هستند. به کارگیری سامانههای ناوبری و هدایت پیشرفته دقیق نظیر جی پی اس و گلوناس باعث شده تا نسبت به موشکهای بالستیک دقت بیشتری را دارا بوده و به همین دلیل از توسعه و تولید بیشتری نیز برخوردار باشند.

جلسه سوم، پیشرانش موشک ها
در يك موشك بر اثر احتراق سوخت، گازهاي داغي حاصل ميشود كه در هنگام خروج از يك نازل (شيپوره) نيرويي ايجاد ميكند كه ميتواند موشك را از زمين بلند كند. اگر چه اين نيرو ثابت ميماند. اما شتاب موشك افزايش مييابد چون بر اثر مصرف سوخت، موشك سبك تر ميشود .

موشك به همان آساني كه در جو كار ميكند، در فضاي ماوراي جو هم كار ميكند اما در ماوراي جو، پيشرانش موشك به علت فشار گازهاي داغ در برخورد با جو نيست، بلكه بر اثر واكنش در برابر كنش است. وضعيت موشك در اين حالت مانند وضعيت كسي است كه در وسط يك زمين يخ زده بسيار لغزنده قرار گرفته است. او هر چقدر هم كه دست و پا بزند، از جايش تكان نخواهد خورد. اما اگر بر حسب اتفاق تعدادي كيف يا چمدان كوچك به همراه داشته باشد ميتواند براي حركت كردن از آن ها استفاده كند. اگر او كيف ها را يكي پس از ديگري در جهت معيني پرتاب كند، به آهستگي در جهت مخالف شروع به حركت خواهد كرد .
در موشكهاي ابتدايي، مانند آنهايي كه چينيان ابداع كرده بودند، از سوخت جامد (باروت) استفاده ميشده است. هنگامي كه جرقهاي به باروت زده شود، اين سوخت جامد انرژي خود را به صورت يك انفجار آزاد ميكند. پيشرفت در طرح و ساخت موشكهاي قرن حاضر ، بيشتر معطوف به استفاده از سوختهاي مايع بوده است. از اين نوع سوختها در مقايسه با وزن مساوي از سوخت جامد نه تنها انرژي بيشتري آزاد ميكنند، بلكه بهتر هم قابل كنترل هستند .

در موشكي كه با سوخت مايع كار ميكند، سوخت نخواهد سوخت مگر اينكه با يك اكسيدكننده مخلوط شود. برخلاف يك هواپيماي جت موشك نميتواند هميشه اكسيژن مورد نياز سوختش را از جو تامين كند (چون به ارتفاعهاي خيلي بالايي ميرود كه غلظت اكسيژن حتي به صفر ميرسد)، بنابراين بايد اكسيژن مورد نياز را با خود ببرد. سوخت و اكسيدكننده را در مخازن جداگانه ذخيره و حمل ميكنند و در هنگام احتراق آنها را در محفظه احتراق تلمبه ميكنند، كه در آنجا سوخت ميسوزد (در واقع منفجر ميشود). گازهاي حاصل از راه شيپوره با سرعت زيادي خارج ميشوند. و مقدار نيروي پيشرانش موشك، از طريق زياد يا كم كردن ميزان سوخت و اكسيدكننده ورودي به محفظه احتراق، كنترل ميشود .



سوخت موشک آلماني V2 در جنگ جهاني دوم، نفت سفيد و اكسيژن بود. امروزه سوخت موشكها، هيدرازين (يكي ديگر از هيدروكربنهاي مايع) يا سوختهاي سرمازا ( از قبيل هيدروژن مايع و اكسيژن مايع) است. هيدرازين يك سوخت هايپرگوليك است، يعني در صورت وجود اكسيدكنندهاي مانند دينيتروژن تتروكسيد به طور خودبهخودي محترق (منفجر) ميشود. بازده هيدرازين در حدود ۱۵تا ۲۰درصد كمتر از سوختهاي سرمازا است، اما كاربرد آن سادهتر و مطمئنتر است. سوختهاي سرمازا را براي اينكه مايع باقي بمانند، بايد تا دماي پاييني سرد كنند. بنابراين موتور بايد سيستم پيچيدهاي از لولهها براي عبور سوخت سرد شده داشته باشد. اين سوختها نيز به يك محترق كننده نياز دارند.درست در طي پرتاب موشك است كه سوختهاي سرمازا برتري خود را نشان ميدهند، يعني زماني كه حداكثر بازده ممكن براي بلند كردن موشك و بارهاي آن از زمين لازم است.

جلسه چهارم، پیشرانه های موشکی (1)
در این نشست با مفهوم پیشرانه آشنا شده و پیشرانه جامد موشک ها را بررسی خواهیم کرد. پيشرانه به مجموع «سوخت» و «اکسيدکننده» گفته ميشود که با سوختن در موتور موشکها، نيروي پيشران (يا تراست) ايجاد مينمايد.
سوخت مادهاي است که وقتي ميسوزد با اکسيژن ترکيب ميشود و براي موتور (پيشرانش)، گاز داغ ايجاد ميکند. اکسيدکننده عاملي است که براي ترکيب با سوخت، اکسيژن يا مادهي اكسيدكننده كه لزوما اكسيژن نيست آزاد مينمايد. يكي از غلطهاي مصطلح استفاده از واژهي سوخت به جاي هر دو مولفهي «سوخت» و «اكسيدكننده» است. درست آن است كه از واژهي پيشرانه (propellant) استفاده شود و منظور از آن هر دو مولفهي «سوخت» و «اكسيدكننده» است. موتورهاي پيشرانهي جامد يا با نام معروفترِ موتورهاي سوخت جامد بين تمامي موشكها، از سادهترين طراحي برخوردار ميباشند. اين دسته از موتورها شامل محفظه يا پوستهاي از جنس فولاد ضدزنگ بوده، درون آن با مخلوطي از ترکيبات جامد پر ميشود. اين تركيبات جامد، هم داراي عامل يا مولفهي «سوخت» است و هم عامل يا مولفهي «اكسید کننده» است .

پيشرانههاي جامد

اين ترکيبات داراي سرعت سوزش بالايي هستند و گازهاي داغ ناشي از احتراق آنها، هنگام خروج از بخش استوانهاي و نازل، نيروي پيشران (تراست) لازم را ايجاد مينمايند. وقتي موتور شروع به کار ميکند، پيشرانهي جامد از قسمت مياني به سمت کناره شروع به سوزش مينمايد. شکل کانال ميانيِ تعبيهشده در ميانِ پيشرانهي جامد، تعيينکنندهي سرعت و الگوي سوزش ميباشد. بنابراين نوع طراحي کانال، وسيلهاي براي کنترل نيروي پيشران (تراست) به شمار ميرود. بر خلاف موتورهاي پيشرانهي مايع، موتورهاي پيشرانهي جامد چندان كنترلپذير نيستند و پس از روشن شدن آنها، امکان کنترل فرآيند کار موتور و در صورت نياز خاموش کردن، تقريباً ناممکن است. عموماً اين دسته از موتورها پس از روشن شدن تا وقتي که تمامي پيشرانه مصرف شود، ميسوزند.
پيشرانه هاي همگن به دو دستهي تکپايه و دوپايه تقسيم ميشوند. ترکيب پيشرانهي تکپايه، معمولاً نيتروسلولزي ميباشد که داراي هر دو خاصيت اکسيدکنندگي و احياکنندگي ميباشد. پيشرانههاي دوپايه، معمولاً داراي نيتروسلولز و نيتروگلسيرين ميباشند، که با يک پلاستيسايزر، پر ميشوند. در شرايط معمولي، پيشرانههاي همگن، ايمپالس ويژهاي بالاتر از 210 ثانيه ندارند و عمدهي مزيت آنها، در توليد نكردن دودهاي قابل رديابي ميباشد؛ لذا معمولاً از آنها در جنگافزارهاي تاکتيکي استفاده ميشود. اغلب از اين نوع پيشرانهها، در انجام عمليات کمکي يا فرعي، همانند پرتاب قطعات بدرد نخور به دريا يا در سامانهي جدايش يک بخش موشك از بخش ديگر آن، استفاده ميشود.
پيشرانه هاي جامد دو خانواده دارند: همگن و مرکب. هر دو نوع اين پيشرانهها، متراکم بوده، در دماي معمولي پايدار ميباشند و به سادگي ميتوان آنها را نگهداري نمود .
پيشرانههاي مرکب پيشرفته، پودرهاي ناهمگني (مخلوط) ميباشند که شامل يک نمک کريستالهشده يا نمکهاي معدني بسيار نرم، مثل پرکلرات آمونيوم ميباشند. اين نمکها نقش اکسيدکنندگي داشته، بين 60% تا 90% وزن پيشرانه را تشکيل ميدهند. جزء احياشونده يا سوخت، معمولاً آلومينيوم ميباشد. پيشرانه بهوسيلهي يک بايندر نظير پلي اورهاتان يا پليبوتاديان _ که بهعنوان سوخت مورد استفاده قرار ميگيرند _ کنار يکديگر نگهداشته ميشوند. علاوه بر آنچه گفته شد، گاهي ترکيبات حاوي کاتاليست نيز، براي کمک به افزايش سرعت سوزش و يا تسهيل فرآيند توليد پيشرانه، به سوخت جامد اضافه ميشود. محصول نهايي جسمي شبيه لاستيک با استحکامي نزديک به پاککن لاستيکي سفت است.
پيشرانه هاي مرکب اغلب با نوع بايندر استفادهشده شناخته ميشوند. دو نوع بايندر، معمولا مورد استفاده قرار ميگيرند؛ پليبوتاديان اکريليک اسيد اکريلونيتريل (پي.بي.اِي.ان) و هيدروکسي ترميناتور پلي بوتاديان (اِچ.تي.پي.بي). فرمولاسيون «پي.بي.اِي.ان» نسبت به فرمولاسيون «اِچ.تي.پي.بي» ايمپالس ويژه، دانسيته و سرعت سوزش نسبتاً بالاتري دارد. به هرحال، پيشرانهي «پي.بي.اِي.ان» مشکلاتي را در اختلاط و توليد دارد كه به دليل نياز به بالابردن دما جهت تهيه آن ايجاد ميشود. بايندر «اِچ.تي.پي.بي» بسيار قويتر و انعطافپذيرتر از «پي.بي.اِي.ان» ميباشد. از ويژگيهاي خوب اين دو پيشرانه ميتوان به مشخصات مکانيکي مناسب و پتانسيل زمان سوزش طولانيتر نسبت به پيشرانههاي همگن، اشاره کرد.

موتورهاي پيشرانهي جامد، تنوع کاربري خوبي دارند. اغلب، موتورهاي پيشرانهي جامدِ کوچک، بهعنوان شتابدهندههاي مرحلهي پاياني ماهوارهبرها و يا براي جابهجايي سامانههاي فضايي به مدارهاي بالاتر، مورد استفاده قرار ميگيرند. موتورهاي پيشرانهي جامدِ متوسط كاربردهاي ديگري دارند، مانند؛ «بخش کمکكنندهي بارمفيد» (پي.اِي.ام) و «مرحلهي پاياني اينِرشيال» (آي.يو.اِس) كه اينها تراسترهاي کمکي محسوب ميشوند و باعث رسيدن ماهواره به مدار بالاتر يا افزايش برد و جابهجايي خط سير موشک، ميشوند.
در پرتابگرهاي فضاپيماي شاتل، موشك دلتا و تيتان از موتورهاي پيشرانهي جامد، براي افزايش تراست _ به ويژه در مرحلهي اول _ استفاده ميشود؛ به اين تقويتكنندههاي تراست، بوستر سوخت جامد گفته ميشود. در پرتابگر فضاپيماي شاتل، از بوسترهاي سوخت جامد بزرگي استفاده ميشود كه هر يك شامل 500 تن (1100000 پوند) پيشرانه ميباشد و ميتواند نيروي پيشراني بيش از 14680 تنكيلوگرم (يا 3300000 پوندنيرو) توليد نمايد.
جلسه پنجم، پیشرانه های موشکی (2)

این جلسه با انواع پیشرانه های مایع آشنا می شویم.
پيشرانههاي مايع

در يک موشک سوخت مايع، سوخت و اکسيدکننده در مخازن مجزا نگهداري ميشوند و از طريق سازوكاري که مركب از لولهها، شيرها و توربوپمپ ميباشد، به محفظهاحتراق وارد ميشوند و ميسوزند. با احتراق پيشرانه، گاز داغي توليد ميشود كه در هنگام عبور از محفظه بر سرعت آن افزوده ميشود و از دماي آن كاسته ميشود. به عبارت ديگر محفظهاحتراق، انرژي شيميايي سوخت را به انرژي جنبشي بدل ميكند و اين است كه نيروي پيشران (تراست) ايجاد ميگردد.

موتورهاي سوخت مايع از نظر پيچيدگي نقطهي مقابل موتورهاي سوخت جامد هستند اما به هرحال به ازاي پيچيدگيِ موتورهاي سوخت مايع، مزايايي هم دارند که از آن جمله، ميتوان به اين مورد اشاره نمود که در موتورهاي سوخت مايع، با کنترل جريان پيشرانه به محفظهاحتراق، ميتوان كاهش يا افزايش نيروي پيشران، توقف يا استارت مجدد موتور را سبب گرديد در حالي كه در موتورهاي سوخت جامد در عين سادگي، چنين امكاني تقريبا غيرممكن است.
يک سوخت خوب، سوختي است که داراي ضربهي ويژهي بالايي باشد يا از جنبهي ديگر، سرعت خروج گازهاي داغ از نازل (شيپورهي خروجي) آن زياد باشد. بالا بودن اين سرعت ميتواند به دليل بالا بودن دماي احتراق و گازهاي خروجي و يا كمتر بودن وزن مولکولي گاز داغ، باشد.
فاکتورهاي مهم ديگري نيز در خوب بودن يك سوخت دخالت دارد از آن جمله ميتوان به جرمحجمي، دماي نگهداري و سميت سوخت اشاره نمود. استفاده از سوختي با جرمحجمي پايين به اين معني است که مخازن بزرگي براي ذخيرهي آن در موشك نياز ميباشد، و اين امر افزايش وزن موشک را به همراه خواهد داشت. سوختي با دماي نگهداري پايين نيازمند يك سامانهي برودتي جهت نگهداري است و مخازن نگهداري آن بايد داراي عايقکاري ويژه باشد. بديهي است استفاده از اين تجهيزات نيز وزن موشک را افزايش خواهد داد. همچنين سميت سوخت مهم است، چراکه مشکلات ايمني زيادي را، موقع جابجايي، ترابري، نگهداري و کار با سوخت موجب خواهد شد. به علاوه معمولا چنين سوختهايي بسيار خورنده نيز ميباشند.
سوختهاي مايعي که در موشکهاي حامل (يا ماهوارهبر) تجاري استفاده شدهاند را، ميتوان در سه گروه دستهبندي نمود:
مواد نفتي، سرمازا و خودمشتعل.

پيشرانه هاي نفتي
سوختهايي هستند که از اجزاء نفت خام تصفيه شده، تهيه ميشوند و شامل مخلوطي از هيدروکربنهاي پيچيده ميباشند. هيدروکربنها دستهاي از ترکيبات آلي هستند که تنها داراي کربن و هيدروژن ميباشند. يكي از مواد نفتي استفاده شده براي سوخت موشک، کروسين سنگين است که در آمريكا آن را «آر پي - 1» مينامند. سوختهاي نفتي معمولاً در ترکيب با اکسيژن مايع - به عنوان مولفهي اکسيدکنندهي پيشرانهي موشك - استفاده ميشوند. کروسين نسبت به سوختهاي سرمازا ضربهي ويژهي کمتري دارد، اما بهتر از سوختهاي خودمشتعلشونده ميباشد.
كروسين يا «آر پي - 1» را ميتوان سوخت تميزي دانست كه براي اولين بار در سال 1957 در امريکا مورد استفاده قرار گرفت. اولين تجربهي استفاده از سوخت، با مشخصههايي مانند پسماند قيرمانند در کانالهاي خنکكاري موتور، دودهي بيش از اندازه، کُک و نيز ساير رسوبات در مولدگازِ موتور، همراه بود. با آن كه براي از بين رفتن اين اثرات نامطلوب كارهايي زيادي انجام گرفت اما كروسينهاي جديد نيز پسماندهايي را موجب ميشدند که باعث محدود شدن مدت زمان کاربري آنها ميگرديد.
اکسيژن مايع و «آر پي -1» به عنوان پيشرانه در اولين بوسترهاي تک مرحلهايِ موشکهاي اطلس و دلتا 2 استفاده شدند. همچنين از اين زوج به عنوان نيروي بالابرندهي مرحلهي اول موشکهاي «ساتورن 1-بي» و «ساتورن 5 » استفاده شده است.
طراحي سوختي نفتي با استفاده از برشهاي نفتيِ حاصل از تصفيهي نفت خام با توجه به مشخصات شيميايي و احتراقي آن صورت ميگيرد که از جمله مشخصات فيزيکي و شيميايي مورد استفاده در طراحي سوخت، ميتوان به جرمحجمي، دامنهي جوش، ميزان و نوع ترکيبات موجود، نقطهي اشتعال، نقطهي آنيليني و ... اشاره نمود.

جلسه ششم، پیشرانه های موشکی (3)

در این جلسه در ادامه مباحث پیشرانه های موشکی با برخی دیگر از انواع پیشرانه های مایع آشنا می شویم.

پيشرانههاي سرمازا
پيشرانههاي سرمازا گازهايي هستند که در دماهاي بسيار پايين به صورت مايع نگهداري ميشوند. معروفترين پيشرانههاي سرمازا، هيدروژن مايع - به عنوان سوخت «ال اچ2» - و اکسيژن مايع «ال اُ ايکس يا ال اُ 2» - به عنوان اکسيدکننده - ميباشند. هيدروژن در دماي 253- درجه سانتيگراد و اکسيژن در دماي 183- درجه سانتيگراد مايع ميباشند.
تامين دماي پايين پيشرانههاي سرمازا، مشکلاتي را در نگهداري طولاني مدت آنها، موجب ميشود. به همين دليل اين نوع پيشرانهها براي استفاده در موشکهاي نظامي که بايستي مدتها به صورت آمادهي پرتاب، نگهداري شوند، چندان خوشايند و مطلوب نيست. بهعلاوه هيدروژن مايع داراي جرمحجمي بسيار کمي است (071/0 گرم در هر ميليليتر) لذا براي نگهداري آنها نسبت به سوختهاي ديگر به تانکهايي با حجم چندين برابر بزرگتر نياز داريم. اين مشکلات باعث شده که زوج پيشرانهي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» عملياتي نباشند. ضربهي ويژهي هيدروژن مايع حدود 30 تا 40 درصد بيشتر از ساير سوختهاي موشکي است و اين يكي از مزاياي اساسي اين زوج موفق است!
اکسيژن مايع و هيدروژن مايع به عنوان پيشرانهاي با کارايي بالا، در موتورهاي شاتلهاي فضايي استفاده ميشوند. از اين زوج در موتورهاي مراحل بالاي موشكهاي «ساتورن يك بي» و «ساتورن 5» استفاده شده است. امريکا اولين موشک پيشرانه «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» خود را در سال 1962 استفاده کرد.
از ديگر سوختهاي سرمازا با خواص مناسب براي سامانههاي پيشران فضايي، ميتوان به متان (با نقطه جوش 162- درجهي سانيگراد) اشاره نمود. پيشرانهي «متان و اکسيژن مايع»، ويژگيهاي بارزتري نسبت به پيشرانههاي قابل نگهداري دارد، همچنين نسبت به پيشرانهي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» حجم كمتري را اشغال ميكندو نسبت به پيشرانههاي هايپرگوليکِ معمول (خود مشتعل) وزن موشک حامل، کمتر ميباشد. پيشرانهي «متان و اکسيژن مايع» تميز ميسوزد، سمي نيست و ميتوان آن را از منابع طبيعي تهيه نمود. البته از لحاظ تاريخي هيچ تست پرتابي با اين زوج پيشرانه انجام نشده است و تعداد تستهاي زميني که با اين سوخت زده شده نيز، محدود ميباشد. شايد دليل اين امر آن است كه طراحي موشكهاي جديدي كه بتواند با زوج «متان و اکسيژن مايع» كار كند، در مقابل استفاده از موشكهاي قديمي بسيار بالاست.
موتورهايي که با فلورين مايع (با نقطهي انجماد 188- درجهي سانتيگراد) ميسوزند، به پيشرفتهاي جالبي رسيدهاند و بهطور موفقيتآميزي شليک شدهاند. فلورين به شدت سمي است اما يك اکسيدکنندهي بسيار عالي ميباشد و تقريباً به طور شديدي با اغلب عناصر و تركيبات به جز نيتروژن - که گاز نجيبي است ! - واکنش ميدهد و ترکيبات فلورينه توليد مينمايد. عليرغم سميت بالا، وجود فلورين موجب بالا رفتن عملکرد موتورها ميگرد. فلورين ميتواند با اکسيژن مايع مخلوط شود و ويژگيهاي موتورهاي «اکسيژن مايع - هيدروژن مايع» را بهبود ببخشد. نتيجهي اختلاط را «اف ال اُ ايکس» مينامند. چون فلورينها سميت بسيار بالايي دارند، در اغلب نمايشگاههاي بينالمللي هوافضايي مطرود هستند.
بيشتر فلورينها شامل ترکيباتي از قبيل کلرين پنتافلوريد ميباشند که به عنوان اکسيدکننده در عمليات فضايي دوردست استفادهي گستردهاي دارند.
جلسه هفتم، پیشرانه های موشکی (4)
پيشرانه هايي هستند که سوخت و اکسيدکننده به طور مجزا درون محفظه احتراق تزريق ميشوند و بدون نياز به آتشزنه و فقط با برخورد با يکديگر، شعلهور ميشوند. دقت كنيد كه ديگر پيشرانههايي كه ناكنون از آنها نام برديم براي شروع احتراق به آتشزنه نياز دارند. استارت آسان و قابليت استارت مجدد از مزاياي پيشرانههاي خودمشتعل ميباشند که آنها را براي سامانههاي مانوري فضاپيماها - كه نياز است بارها خاموش و روشن شوند - ايدهآل نموده است. همچنين چون در دماي معمولي به صورت مايع ميباشد، در اين نوع سوختها با مشکلات و مسائلي پيشرانههاي سرمازا روبهرو نيستيم. خودمشتعلها (هايپرگوليکها) بسيار سمي هستند و ميبايستي با نهايت دقت جابهجا شوند.
معمولترين سوختهاي خودمشتعل (هايپرگوليک) شامل هيدرازين، مونومتيل هيدرازين(ام ام اچ) و دي متيل هيدرازين نامتقارن (يو دي ام اچ) ميباشند. هيدرازين به عنوان سوخت موشک از ويژگيهاي مناسبي برخوردار است، اما چون داراي نقطهي انجماد بالايي است و ناپايدار ميباشد، نميتوان به آن به عنوان يك عامل خنککننده اطمينان نمود چون ساختار موتورهاي سوخت مايع به گونهاي است كه هر مولفهي پيشرانه بايد بتواند خنككنندهي خوبي نيز، باشد.
«ام ام اچ» نسبتاً پايدارتر است و تا نقطهي انجمادش عملکرد خوبي دارد و به عنوان پيشرانه در فضاپيماها استفاده ميشود. «يو دي ام اچ» داراي نقطهي ذوب پايينتري است و از پايداري دمايي مناسبتري برخوردار ميباشد و در موتورهاي بزرگ - که با مولفهي سوخت خنک ميشوند - کاربرد دارد. در نتيجه «يو دي ام اچ» به طور معمول در موشکهاي حامل (ماهوارهبرها) استفاده ميشود و نسبت به ساير مشتقات هيدرازين از کارايي مناسبتري برخودار است. از اين سوخت، در سوختهاي ترکيبي، مانند آيروزين 50 (يا 50 - 50) - که مخلوطي از 50 درصد «يو دي ام اچ» و 50 درصد هيدرازين ميباشد - استفاده شده است. آيروزين 50 تقريباً پايدارتر از «يو دي ام اچ» بوده، عملکرد بهتري دارد.
از اکسيدکنندههاي خودمشتعل معروف و معمول ميتوان به تتروکسيد نيتروژن «ان تي اُ» و اسيدنيتريک اشاره نمود. تتروکسيد نيتروژن خورندگي کمتري نسبت به اسيد نيتريک دارد و عملکرد بهتري از خود نشان ميدهد، اما از نقطهي ذوب بالايي برخوردار است. در نتيجه وقتي نقطهي انجماد چندان اهميت نداشته باشد، تتروکسيد نيتروژن بهترين گزينه براي اکسيدکنندگي ميباشد.
در امريکا، اسيدنيتريکي که به عنوان اکسيدکننده استفاده ميشود، از نوع «اِي - 3» است و اسيد نيتريک دودکنندهي قرمز ممانعتشده «آي آر اِف اِن اِي» ناميده ميشود. «آي آر اِف اِن اِي» حاوي اسيدنيتريك، 14 درصد تتروکسيد نيتروژن، 5/1 تا 2 درصد آب و 6/0 درصد فلوريدهيدروژن ميباشد. در اين مخلوط فلوريدهيدروژن به منظور ممانعتکنندهي خوردگي افزوده ميشود.
مشخصات نظامي «آي آر اِف اِن اِي» و «يو دي ام اچ» براي اولين بار به ترتيب در سالهاي 1954 و 1955 در امريکا انتشار يافت. در خانوادهي موشكهاي تيتان، موشکهاي ماهوارهبر دلتا 2 از آيروزين 50 و «ان تي اُ» استفاده شده است. از زوج «ان تي اُ + ام ام اچ» در سامانههاي پيشرانِ، مانور مداري و عكسالعمليِ شاتلهاي فضايي استفاده شده است.
استفاده از زوج پيشرانهي «آي آر اِف اِن اِي» و «يو دي ام اچ» در موشکهاي تاکتيکي در فاصلهي سالهاي 1972-1991 در بين دو ابرثدرت موشكي، بسيار معمول بوده است.
بيشتر اوقات از هيدرازين به عنوان تک پيشرانه، در موتورهاي تجزيهاي کاتاليتيکي استفاده ميشود. در اين موتورها، سوخت مايع در حضور يک کاتاليست، تجزيه ميشود و گاز داغ مورد نياز براي پيشرانندگي را ايجاد ميكند. تجزيهي هيدرازين دمايي حدود 925 درجه سانتيگراد و ضربهي ويژهاي حدود 230 يا 240 ثانيه توليد مينمايد. هيدرازين هنگام تجزيه به هيدروژن و نيتروژن، يا آمونياک و نيتروژن شكسته ميشود.
پيشرانههاي مايع قديمي
الکلها به طور معمول به عنوان سوخت موشک، طي سالهاي اوليه توسعهي فناوري موشكي مورد استفاده قرار ميگرفتند. موشک آلماني «وي2» و همچنين موشک زمين به زمين ردستون امريکا، با اكسيژن مايع و اتانول) كار ميكردند. به هر حال در روند پيشرفتهاي فناوري موشكي، با افزايش کارايي سوختها، از الکلها استقبال چنداني نشد و آنها خيلي زود كنار گذاشته شدند.
پروکسيدهيدروژن يکي از اکسيدکنندههاي قابل توجه ميباشد که در موشک انگليسي بلک آرو استفاده شده بود. غلظتهاي بالاي پروکسيد هيدروژن را «هاي تست پروکسيد يا «اچ تي پي» مينامند. عملکرد و جرم حجمي «اچ تي پي» کمتر از اسيدنيتريک است و از سميت و خورندگي کمتري برخوردار ميباشد. «اچ تي پي» نقطهي انجماد پاييني دارد و ناپايدار ميباشد. گرچه هيچ موقع از آن به عنوان عامل اکسيدکننده در موشکهاي بزرگِ دومولفهاي استفاده نشده است ولي ديده شده که به عنوان پيشرانه يک مولفهاي مورد استفاده قرار گرفته است. «اچ تي پي» در حضور کاتاليست به اکسيژن و بخار فوق گرم تبديل ميشود و ضربهي ويژهاي حدود 150 ثانيه ايجاد مينمايد.
جلسه هشتم، سامانههاي كنترلي موشك (1)
به طور كلي ميتوان گفت، هدف اصلي بيشتر موشكهاي نظامي، رساندن يك سرجنگي مشخص به يك هدف تعيينشده، ميباشد. سرجنگي به همراه «سامانهي هدايت و كنترل» و موتور، درون بدنهي موشك ميباشد كه نهايتا، اين بدنه بايستي به هدف تعيينشده برسد. بيشتر موشكها از سطوح آيروديناميكي براي كنترل استفاده ميكنند كه بسياري از افراد، از عبارت كلي پره براي اشاره به اين سطوح استفاده ميكنند. با اين وجود، طراحان موشك، نسبت به نامگذاري آنها دقيقتر هستند و عموما اين سطوح را در سه گروه اصلي قرار ميدهند: كاناردها، بالها و بالكها
رفتار سطوح اساسا به صورتهاي مختلفي است كه بسته به موقعيت آنها نسبت به مركز جرم موشك، متفاوت است. عموما يك بال، سطح نسبتا بزرگي است كه پشت مركز جرم قرار ميگيرد. اين در حالي است كه كانارد سطحي نزديك به نوك موشك و بالك، در انتهاي دم موشك ميباشد.
بيشتر موشكها حداقل به يكي از اين سطوح آيروديناميكي مجهز ميشوند، مخصوصا بالكها كه باعث پايداري پرواز موشك ميگردند. علاوه بر اين، بسياري از موشكها به يك مجموعه از سطوح كنترلي ديگر براي ايجاد نيروي برآي اضافي يا كنترل بيشتر، مجهز ميگردند ولي طراحيهاي بسيار كمي هستند كه از هر سه مجموعهي اين سطوح كنترلي، استفاده كردهاند.
از آنجايي كه بيشتر هواپيماها، داراي دمهاي افقي و عمودي ثابت و بالكها و سطوح بالابر متحرك هستند، موشكها نيز از سطوح تمام متحركبراي رسيدن به هدف مشابه استفاده ميكنند.

به منظور گردش موشك در حين پرواز، حداقل يك مجموعه از سطوح كنترلي آيروديناميكي براي گردش حول يك نقطهي مركزي مورد نياز است. براي چنين كاري، زاويهي حمله پره به قدري تغيير ميكند كه نيروي برآي آن تغيير كند. تغيير راستا و اندازهي نيروهاي موثر بر موشك، باعث حركت آن در جهت ديگر ميگردد و به پرتابه قابليت مانور در مسير خود و هدايت به سمت هدف تعيين شده را ميدهد. يك نمونه از انحراف سطوح كنترلي موشك «اِيآياِم_9اِم سايدويندر» است.

مفاهيم اوليهي كاناردها، بالها و بالكها اصولا به يكديگر نزديك هستند و همگي به عنوان كنترلهاي آيروديناميكي شناخته ميشوند. علاوه بر اين روشهاي كنترل متداول، روش نسبتا جديدي كه در سامانههاي مانوري موشكها به كار برده شده، سامانهي كنترل غيرمتعارف است. بيشترين سامانههاي كنترل غيرمتعارف، از روشهايي چون كنترل بردار نيروي پيشران (تيويسي) يا تعامل جت (جيآي) بهره ميگيرند.
تا به اين جا، چهار دستهي اصلي سامانههاي كنترل موشك را معرفي كرديم. سامانههاي كنترل بالك، كنترل كانارد، كنترل بال و كنترل غيرمتعارف. حالدر بخش بعدی يك نگاه دقيقتر به هريك از اين مجموعهها می اندازیم...

 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
جلسه نهم سامانههاي كنترلي موشك (2)
كنترل بالك
اين نوع كنترل شايد متداولترين نوع كنترل در موشكها باشد، مخصوصا براي موشكهاي برد بلندِ هوا به هوا، مثل اِمرامو موشكهاي سطح به هوايي مثل موشكهاي پاتريوت و رولاند. دليل اصلي براي استفاده از اين سامانه كنترلي، ايناست كه بالك كنترلي، مانورپذيري بسيار خوبي را در زواياي حملهي بالا ايجاد ميكند. پيش از اين، از بالك براي مانورپذيري هواپيماها بسيار استفاده شد بود.
موشكهايي كه از بالكهاي كنترلي استفاده ميكنند، غالبا به يك بال ثابت هم مجهز ميشوند، تا اين بال، نيروي برآ و برد بيشتري را ايجاد نمايد. نمونهي موشكهايي كه با اين سامانه كنترلي كار ميكنند، موشكهاي هوا به زميني چون ماوريك و اِياس.30 و موشكهاي سطح به سطحي چون هارپون و اگزوست اشاره كرد.
موشكهاي كنترل بالك، به ندرت داراي كانارد هستند، گرچه به عنوان مثال نقــض ميتوان از موشـك «اِيآياِم_9ايكس سايدويندر» نام برد. 23 نمونه از موشكهايي كه از بالك كنترلي استفاده ميكنند در شكل نشان داده شدهاند.
علاوه بر اين موشكها، بعضي بمبها از كنترل بالكي استفاده ميكنند كه به عنوان مثال ميتوان به سري جِيدَم_ از بمبهاي هدايتشونده با جيپياس _ اشاره كرد.

كنترل كانارد
كنترل كانارد هم در موشكها بسيار متداول است، مخصوصا براي موشكهاي برد كوتاهِ هوا به هوايي مثلِ؛ موشك «اِيآياِم_9اِم سايدويندر». مزيت اصلي استفاده از كنترل كانارد، مانورپذيري بهتر در زواياي حمله كم است. اما بايد در نظر داشت كه كاناردها در زواياي حمله زياد به علت ايجاد جدايش جريان پشت كانارد _ كه باعث ايجاد واماندگي در آن ميگردد _ عملا بياثر ميشود. از آنجا كه كاناردها جلوتر از مركز جرم قرار ميگيرند، اين حالت، باعث ايجاد ناپايداري گشته، رفع آن مستلزم استفاده از بالكهاي ثابت بزرگي به منظور حفظ پايداري موشك است. اين دو مجموعه از سطوح كنترلي ( بالك و كانارد) معمولا نيروي برآي كافي را ايجاد ميكنند كه نتيجتا استفاده از بال را در اين موشكها غيرضروري مينمايد. تصوير، دوازده نمونه از موشكهاي كنترل كانارد را نشان ميدهد.
يك زيرمجموعه از موشكهاي كنترل كانارد، موشكهايي با كاناردهاي دوتكه هستند. كاناردهاي دوتكه يك سازوكار پيشرفتهي نسبتا جديد است كه در نسلهاي آخر موشكهاي هوا به هواي برد كوتاهي مثل پيتون4 و اِياِي_11روسي، به كار گرفته شدهاند. عبارت «كانارد دوتكه» به اين معني است كه موشك از دو مجموعه كانارد، در كنار هم استفاده ميكند، كه معمولا بدون فاصله، پشت سرهم قرار ميگيرند. كانارد اول معمولا ثابت بوده در حالي كه كانارد دوم متحرك است.
مزيت اصلي تركيببندي دو كانارد، آن است كه مجموعهي كانارد اول يك گردابهيقوي ايجاد ميكند كه باعث كاهش سرعت جريان هوا بر روي مجموعهي دوم كانارد ميشود. در نتيجه كارايي مجموعه افزايش مييابد. علاوه بر اين، گردابهي حاصل، جدايش را به تاخير انداخته و اجازه ميدهد كه كانارد دوم قبل از رسيدن به واماندگي به زواياي حمله بزرگ دست يابد. اين قابليت رسيدن به زواياي حمله بزرگ، مانورپذيري بيشتري را به موشك در مقايسه با موشكي با يك كانارد ميدهد. بسياري از بمبهاي هوشمند از سامانههاي كنترلي كانارد استفاده ميكنند كه اكثر، بمبهاي هدايت ليزري _ مانند بمبهاي سري پاووِي _ ميباشند.
جلسه دهم، سامانههاي كنترلي موشك (3)
كنترل بال
كنترل بال يكي از روش های نخستين كنترل موشك بود؛ اما در طرحهاي امروزي كمتر رايج است. بيشتر موشكهايي كه از كنترل بال استفاده ميكنند، موشكهاي برد بلند مثل اسپارو، سي اسكودا و هارم هستند.
مزيت اصلي كنترل بال، اين است كه يك تغيير در وضعيت بال، پاسخ سريعي را با وجود حركت كم بدنه، ايجاد ميكند. اين مشخصه باعث خطاي كمتر در رديابي جستجوگر شده و باعث ميگردد كه موشك بر روي هدف خود حتي در حين مانورهاي طولاني قفل بماند.
ايراد اصلي اين سامانه ايناست كه بالها، براي ايجاد نيروي برآي كافي و نيروي كنترليِ موثر، بايستي بزرگ باشند كه نهايتا باعث افزايش ابعاد موشك ميگردد. علاوه بر اين، بالها گردابههاي قوي ايجاد ميكنند كه بر خلاف بالكها باعث چرخش موشك گرد محور خودش (رول زدن موشك) ميگردد. اين رفتار به عنوان رول القاءشده شناخته شده و اگر اثر آن به اندازهي كافي بزرگ باشد سامانهي كنترل نميتواند آن را حذف كند. چند مثال از موشكهاي كنترل بال در شكل نشان داده شده است.


كنترل غيرمتعارف
سامانههاي كنترل غيرمتعارف، دستهي بزرگي از سامانههاي كنترل موشك به حساب ميآيند كه در بسياري از اين سامانههاي كنترل، از روش كنترل بردار نيروي پيشران (تراست) براي هدايت موشك استفاده ميكنند. كنترل بردار نيروي پيشران روشي است كه در آن با منحرف كردن خروجي گازهاي موشك، يك مولفه از بردار نيروي پيشران، در راستاي افقي و عمودي ايجاد ميشود. اين نيروي اضافه، دماغه را در راستاي ديگري قرار داده و باعث چرخش موشك ميشود.
روش ديگري كه تنها اشارهاي به آن ميشود جتهاي واكنشي نام دارد. جتهاي واكنشي خروجيهاي كوچكي روي سطوح موشك هستند كه باعث ايجاد يك جت خروجي عمود بر سطوح پرتابه گشته و اثري مثل سامانه تغيير بردار نيروي پيشران (تراست) دارند.
اين روشهاي كنترل، غالبا به موشكهاي هوا به هوايي مانند «اِيآياِم_9ايكس سايدويندر» و «آي.آر.آي.اِس_تي» _كه مانورپذيري بسيار عالي دارند _ اضافه ميشود.
بزرگترين مزيت چنين كنترلهايي اين است كه ميتوانند در سرعتهاي خيلي پايين و يا در خلاء _ يعني جايي كه فاقد جريان هواي كافي براي عملكرد سطوح كنترلي است _ به درستي عمل كنند. اولين ايرادي كه به اين سامانهها وارد است، ايناست كه دقيقا بلافاصله بعد از خروج گازها از نازل موشك، عملكرد كنترلي خود را نشان نميدهند.
نمونههايي از موشكهايي كه از كنترلهاي غيرمتعارف استفاده كردهاند، درشكل نشان داده شده است. نكته قابل توجه اين كه، در اغلب موشكهايي كه به كنترلهاي غيرمتعارف مجهز ميشوند، نميتوان به تنهايي به كنترل آنها براي مانورپذيري اعتماد كرد؛ لذا اين روش به همراه سطوح آيروديناميكي مانند كاناردها يا پرههاي بالك، به صورت مكمل به كار ميرود.


سامانههاي ديگر
اين نكته قابل ذكر است كه بعضي از موشكهاي موجود، از كنترلهايي شبيه آنچه در هواپيماها به كار ميرود، استفاده ميكنند. اين نوع سامانههاي كنترلي معمولا داراي كنترلهاي سمتي_گردشي هستند كه به همين دليل، مانورهاي يك موشكِ مجهز به اين سامانه، مشابه هواپيما صورت ميگيرد. از تسليحاتي كه از اين نوع سامانهها استفاده كردهاند، ميتوان به بعضي از موشكهاي كروز (مثلا موشكهاي تامهاوك و اِي.ال.سي.اِم») اشاره كرد.
جمعبندي و مقايسه روشها
بسته به ماموريت و هدفي كه براي موشك تعريف ميشود، سامانهي كنترلي براي هدايت موشك انتخاب ميگردد. در يك جمعبندي اين روشها را مرور ميكنيم:

  • از سامانه كنترل بالك در مواقعي كه نياز به كنترل در زواياي حمله زياد باشد، استفاده ميشود. در موشكهايِ داراي اين سامانهي كنترلي، از يك بال نيز براي ايجاد نيروي برآي اضافي، در كنار بالك استفاده ميشود.
  • از سامانهي كنترل كانارد بر خلاف بالك، جهت مانورپذيري در زواياي حمله كم استفاده ميشود. در اين موشكها، از بالكهايي نيز جهت برقراري پايداري موشك استفاده ميگردد.
  • سامانهي كنترل بال _ به عنوان نخستين سامانه كنترلي موشك _ به گونهاي است كه با كمترين تغيير در وضعيت بال، پاسخ سريعي بدون جابهجايي بيش از اندازه در سامانه ايجاد ميگردد، كه به افزايش دقت ردياب و جستجوگر موشك كمك ميكند. در اين سامانه براي اين كه نيروي برآي لازم نيز، به وسيلهي بال ايجاد ميگردد، ابعاد بال افزايش يافته و در نتيجه ابعاد موشك نيز بيشتر خواهد شد.
  • در جاهايي كه سطوح كنترلي كارايي مناسبي ندارند، مثل خلاء و يا پرواز در سرعت هاي پايين، سامانه كنترلي غيرمتعارف بهترين گزينه به شمار ميرود.


جلسه یازدهم، موتورهای موشکی هیبریدی در موشكهاي با پيشرانهي ترکيبي سعي ميشود که امتيازات پيشرانههاي مايع و جامد با هم جمع شود. به همين خاطر سوخت را جامد و اکسيدکننده را مايع در نظر ميگيرند. يک موتور موشک با پيشرانهي ترکيبي شامل يک محفظهي لولهاي شکل به عنوان محفظهي احتراق ميشود. اين محفظه مشابه با موتورهاي با پيشرانه جامد است و از يک ماده شيميايي جامد پر شده است. بالاي اين محفظه احتراق، مخزنی وجود دارد که حاوي يک مايع شيميايي است. اين مايع نقش اکسيدکننده را بازي ميکند. اين دو ماده شيميايي از نوع خود مشتعل هستند، يعني پس از برخورد به يكديگر بدون نياز به جرقه اوليه، آتش ميگيرند. بنابراين با تزريق اکسيدکننده به درون محفظه احتراق، سوزش اتفاق ميافتد و نيروي پیشرانش توليد ميشود. با کنترل ميزان اکسيدکننده -که به راحتي با استفاده از يک شير صورت ميگيرد-، ميتوان سوزش در محفظه احتراق را کنترل کرد. با قطع اين جريان ميتوان احتراق موتور را متوقف کرد و با باز کردن دوباره شير ميتوان دوباره موتور را به راه انداخت. به طور خلاصه مزاياي اين نوع پيشرانه عبارتند از:

  • · قابليت توقف و راهاندازي دوباره و داشتن نيروي جلوبرندگي متغير (کنترل پذيري بالا)؛ مانند موتورهاي با پيشرانهي مايع؛ كه اين قابليت در موتورهاي سوخت جامد يا وجود ندارد و يا بسيار به سختي انجام ميپذيرد.

  • · توليد انرژي بيشتر نسبت به موتورهاي با پيشرانه جامد

  • · قابليت ذخيره و انبارشوندگي به مدت طولاني؛ مانند موتورهاي با پيشرانه جامد

  • · دارا بودن نيمي از پيچيدگيهاي توربوماشيني (پمپ و لولهکشي) موتورهاي با پيشرانهي مايع، به خاطر حذف يكي از مولفههاي سوخت مايع و وجود تنها يك مولفه مايع

  • · حساسيت کمتر در مقابل خوردگي نسبت به پيشرانههاي جامد، به خاطر حذف اکسيدکننده جامد

  • · ايمني بالاتر نسبت به پيشرانهاي جامد؛ زيرا سوخت و اکسيدکننده از قبل با هم ترکيب نشدهاند و احتمال آتشگرفتن تصادفي آنها از بين ميرود.
در مورد معايب پيشرانههاي ترکيبي هم ميتوان گفت که آنها نسبت به پيشرانههاي مايع انرژي کمتري توليد ميکنند (زيرا سوخت با سرعت کمتري در آنها ميسوزد) و از موتورهاي با پيشرانه جامد پيچيدهتر هستند.
موتورهاي با پيشرانه ترکيبي هنوز در مرحله تحقيقاتي هستند و در زمينهي نظامي، چندان عملياتي نشدهاند. کاربردهاي تحقيقاتي آنها، البته جالب است. به عنوان نمونه محققان از آنها براي شتاب بخشيدن به موتورسيکلتها و اتومبيلهاي تحقيقاتي که سعي در شکستن رکورد سرعت زميني داشتند، استفاده کردهاند. همچنين امنيت بالاي آنها باعث شده است تا طراحان، اين نوع پيشرانه را در برنامههاي انسان پرنده يا پرواز انساني استفاده کنند. يکي از اين آزمايشها مربوط به شرکت امريکايي اسکيلد کامپوزيتز ميشود که در سال 2004 با استفاده از وسيلهاي به نام کشتي فضايي يک انجام شد. در اين آزمايش يک خلبان آزمايشکننده به نام ميشل ملويل با استفاده از کشتي فضايي يك -که از يک هواپيما پرتاب شد و مجهز به موشکي ترکيبي بود- به ارتفاع 100 کيلومتري بالاي سطح زمين، يعني به فضا برده شد.
بايد توجه داشت که اين نوع موشکها هنوز آن قدر قدرتمند نشدهاند که از روي سطح زمين، بتوانند انساني را به فضا بفرستند؛ ولي براي ارسال تجهيزات نجومي و ماهوارههاي تمريني به فضا استفاده ميشوند.

* جلسه دوازدهم، موتورهای موشکی الکتریکی و هستهای
موتورهاي الکتريکي
نحوه کار موشکهاي الکتريکي به اين صورت است که انرژي الکتريکي در آنها استفاده ميشود تا يونها با سرعت زياد از نازل خارج شده و نيروي جلوبرندگي ايجاد شود. انرژي الکتريکي با استفاده از صفحات خورشيدي و يا موتورهاي هستهاي توليد ميشود.
يک نوع از اين موتورها، موتور يوني است. در اين نوع موشک، «گزنون» به عنوان سوخت با استفاده از رشتههاي گرمکننده حرارت داده شده، به شکل بخار در ميآيد. گاز گزنون از بين يک صفحهي مشبک فلزي که باردار شده است، عبور داده ميشود. بر اثر اين کار الکترونهاي اتمهاي گزنون بيرون کشيده شده و اتمها تبديل به يونهايي با بار مثبت ميشوند. صفحهاي با بار مثبت اين يونها را دفع کرده، در نهايت با متمرکز کردن آنها، يک باريکه يوني تشکيل ميدهد. اين باريکه سپس وارد وسيله با بار منفي به نام شتابدهنده ميشود. شتابدهنده سرعت يونها را افزايش ميدهد و آنها را از بين يک نازل به بيرون ميراند.
سرعت در خروجي چنين موشکهايي بسيار بالاست. ولي در عوض جريان يونهاي گزنون جرم نسبتا کمي دارد. در نتيجه يک موتور الکتريکي نميتواند نيروي پیشرانش لازم را براي غلبه بر نيروي جاذبه زمين توليد کند. بنابراين موتورهاي الکتريکي استفاده شده در فضا، بايد با استفاده از موشکهاي شيميايي پرتاب شوند. وقتي اين موشکها به فضا رسيدند، دبي جرمي پايين آنها يک مزيت محسوب ميشود؛ زيرا باعث ميشود که موشک بتواند براي مدت زيادي بدون اتمام پيشرانه، کار کند.
تاکنون در عمل، فقط در سامانههاي فضايي از اين موتورها استفاده شده است. به عنوان مثال موتور الکتريکي کاوشگر فضايي آمريکا با نام ديپ اسپيس1 - که در سال 1998 پرتاب شد- به مدت 670 روز فقط با استفاده از 72 کيلوگرم گزنون، كار ميكرد. همچنين موتورهاي الکتريکي کوچک با پيشرانه گزنون نيروي جلوبرندگي لازم براي نگهداري ماهوارههاي ارتباطي در مدارهاي زمين را فراهم ميکنند.
نوع ديگر موتورهاي الکتريکي از قطعاتي داراي ميدان الکترومغناطيسي به جاي صفحات باردار، براي شتاببخشي به يونهاي گزنون استفاده ميکند. اين نوع از موشک در کاوشگر ماه اسمارت1 - که در سال 2003 توسط آژانس فضايي اروپا پرتاب شد- استفاده شده است.

موشکهاي هستهاي
در موشکهاي هستهاي از انرژي گرمايي يک موتور هستهاي استفاده ميشود تا پيشرانهي مايع -که در بعضي طراحيها هيدروژن پيشنهاد شده- گرم شده، به شکل بخار در آيد. هيدروژن مايع پیش از اين که بر اثر گرماي حاصل از عمل گازي شود، از اطراف نازل عبور داده ميشود تا جداره آن را خنک کند و خود نيز مقداري گرم شود. بخش کوچکي از اين هيدروژن گرم شده باعث راهاندازي توربيني ميشود، که پمپ سوخت را به کار مياندازد.
سرعت خروجي در يک موتور هستهاي ميتواند به چهاربرابر سرعت خروجي در يک موشک شيميايي برسد. بنابراين با خروج هيدروژن به مقدار زياد، يک موتور هستهاي ميتواند نيروي جلوبرندگي بسيار زيادي توليد کند. ولي این زياد خوب نیست؛ زيرا موتور هستهاي به خاطر استفاده از مواد راديواکتيو نياز به محافظ سنگيني در برابر پرتوهاي راديواكتيو دارد. وزن اين محافظ آن قدر زياد است، که عملا يک موتور هستهاي نميتواند براي به پیش راندن يک موشک ماهوارهبر، استفاده شود. در کاربردهاي عمليتر، نوع كوچك اين موتورها با نيروي پیشرانش کم و پيوسته، براي کاهش زمان پرواز به مريخ و ديگر سيارهها استفاده ميشود. نكته مهم در استفاده از موتورهاي هستهاي -که حتما بايد مورد توجه قرار گيرد- ايمني آن است، زيرا پرتوهای مواد راديواکتيو بسيار خطرناک هستند.


جلسه سیزدهم، هدایت موشکها (1)
هدایت سیمی
روش هدایت با سیم از قدیمی ترین روشهای ابداع شده برای هدایت موشکها است. ‏این روش هدایت، بسیار پرآوازه و مطمئن برای هدایت موشکهای ضد تانک است ‏در این روش، هدایت موشکها از نظر عملکرد چه مدل دستی و چه نمونههای ‏موجود نیمه خودکار با روش هدایت رادیویی فرق چندانی ندارد و تنها فرامین تغییر ‏مسیر موشک به امواج رادیویی، به کمک سیم متصل شده به موشک به آن منتقل ‏میشوند. دو رشته سیم از یک طرف به پرتاب کننده و از طرف دیگر به موشک ‏وصل شده و دستورهای هدایتی از طریق این سیمها به موشک منتقل میشوند.‏
امروزه تمامی موشکهای ضد تانک موجود نیمه خودکار بوده و شلیک کننده تنها ‏کافی است که که سایت هدفگیر را تا زمان برخورد بر روی هدف نگاه دارد و ‏هدایت موشک بر عهده سایت هدفگیری که مجهز به یک حسگر فروسرخ است، می‏باشد. یکی از برتریهای هدایت سیمی نسبت به هدایت رادیویی، عدم امکان ایجاد ‏اختلال بر روی فرامین انتقالی از سیم است. موشکهای ضدتانک تاو آمریکا، اریکس ‏فرانسه و بیل سوئدی از جمله موشکهای معروف هدایت سیمی هستند.

هدایت رادیویی
روش هدایت رادیویی در نسل اول موشکهای هوا به زمین و موشکهای ضدتانک ‏هدایت شونده به کار برده شد. این روش هدایت از زمان جنگ جهانی دوم بر روی ‏بمبها و موشکها مورد استفاده قرار میگرفت و باید آن را قدیمیترین روش ‏هدایت موشک دانست. در این روش، خلبان و یا شلیک کننده باید موشک را تا زمان ‏برخورد به هدف در دید خود نگه دارد. یعنی خلبان باید پس از پرتاب، موشک و ‏هدف را در یک راستای مستقیم قرار دهد و با استفاده از دسته هدایت که در اختیار ‏شلیک کننده است به وسیله امواج رادیویی فرستاده شده برای موشک، موشک را به ‏طرف هدف هدایت کند. این روش دقیقا مانند کنترل کردن یک هواپیمای کنترل از راه ‏دور است.‏
در روش هدایت دستی، شلیک کننده با نگاه کردن به شعله انتهای موشک و یا چراغ ‏چشمک زن نصب شده در عقب موشک، موشک را به طرف هدف هدایت میکند. ‏در مدلهای پیشرفتهتر ماننده موشک ضد تانک ‏AT-6‎‏ روسی روش هدایت رادیویی ‏نیمه خودکار شده است. یعنی شلیک کننده تنها سایت هدفگیری را بر روی هدف قرار ‏میدهد و سایت هدفگیر با حس کردن شعله انتهای موشک، موشک را به کمک امواج ‏رادیویی به طرف هدف هدایت میکند. این سامانه بر روی موشکهای ضد تانکی ‏چون AT-4 روسی، موشکهای هوا به زمین AS-7روسی و بولپاپ آمریکایی مورد ‏استفاده قرار گرفته است. امروزه، دیگر این روش برای هدایت موشکها و یا بمب ها ‏مورد استفاده قرار نمیگیرد و تقریبا منسوخ شده است.‏


هدایت تلویزیونی
در موشکها و بمبهای هدایت تلویزیونی، یک دوربین بر روی دماغه موشک ‏قرار دارد که شلیک کننده با زدن سوئیچ مربوطه روپوش دوربین برداشته و دوربین ‏شروع به تصویر برداری از محیط پیش روی خود میکند. کاربر و یا خلبان تصاویر ‏گرفته شده را همزمان در مانیتور خود مشاهده کرده و با بزرگ نمایی تصویری، ‏علامت هدفگیری را بر روی هدف قرار داده و دوربین را بر روی هدف قفل میکند. موشک پس از شلیک به صورت مستقل به طرف هدف هدایت میشود. در این روش نیازی به هدایت ‏بیرونی وجود نداشته و شلیک کننده بعد از شلیک میتواند اقدام به شلیک موشک دیگر و ‏یا ترک منطقه کند.‏
این روش هدایت برای نخستین بار در بمب والی در ویتنام توسط نیروی دریایی ‏آمریکا استفاده شد. نخستین موشکی که از این روش هدایت برای آن استفاده شد، موشک ‏ماوریک آمریکایی بود. این روش هدایت به طور معمول برای هدایت بمبها و ‏موشکهای هوا پرتاب استفاده میشود و البته بیشتر برای بمبها کاربرد دارد. از جمله امتیازات ‏این روش هدایت عدم نیاز به هدایت بیرونی، مقاومت بیشتر در مقابل اختلالات ‏الکترونیکی و سادگی عملکرد است. معمولا تطبیق دادن این گونه جنگافزارها بر ‏روی هواپیماها و نه بالگردها به لوازم جانبی کمتری نسبت به سامانه هدایت لیزری نیاز دارد. در نمونههای اولیه بمبهای تلویزیونی، بمب بعد از پرتاب ارتباطش با ‏هواپیما قطع میشد ولی در نمونههای بعدی، بمب تصاویر گرفته شده توسط ‏دوربینش را برای خلبان ارسال میکرد تا خلبان شاهد برخورد دقیق بمب به هدف ‏باشد. از این رو خلبان میتواند تصاویر برخورد بمب را از زمان پرتاب تا زمان ‏برخورد موشک به هدف به صورت کامل ببیند. شاید شما نیز این تصاویر را که ‏توسط خلبانهای هواپیماهای جنگی ضبط شدهاند، دیده باشید.‏
امروزه دیگر روش هدایت تلویزیونی ‏در موشکها مورد استفاده قرار نمیگیرد ولی به جای آن به صورت گسترده ای، روش هدایت تصویربرداری فروسرخ کاربرد دارد که کارایی و توان انجام عملیات شبانه را به ‏صورت محسوسی افزایش داده است. همچنین برخی از موشکهای کروز و موشکهای دور برد هوا به زمین از روش تصویربرداری فروسرخ به عنوان هدایت مرحله ‏پایانی پرواز استفاده میکنند.


جلسه چهاردهم، هدایت موشکها (2)
هدایت فروسرخ
هدایت فروسرخ یک هدایت داخلی و اوتوماتیک است که در آن نیاز به منبع بیرونی برای ‏تکمیل هدایت موشک، نیست. در این روش، حسگر نصب شده بر روی دماغه موشک ‏پس از شلیک، اقدام به جستجوی محیط مقابل خود برای پیدا کردن منبع ‏گرمایی و سپس قفل کردن بر روی آن میکند. این منبع گرمایی میتواند خروجی ‏گرم هواپیما، بالگرد و یا یک موشک کروز باشد.‏
سامانه جستجوگر فروسرخ تنها میتواند محیط مقابل خود را جستجو کند و یکی از ‏امتیازات آن این است که خلبان و یا شلیک کننده پس از قفل و شلیک موشک می‏تواند اقدام به شلیک موشک دیگر و یا ترک محل کند. موشک به کمک سامانه ‏فروسرخ درون خود و به کمک بالچههای هدایت به طرف هدف، هدایت میشود.‏
موشکهای هدایت فروسرخ را میتوان با استفاده از اشیای فریب دهنده گرم که ‏مانند منور بوده و گرمایی زیاد از خود متصاعد میکنند، فریب داد.

هدایت آشیانهیاب نیمه فعال رادرای
این روش هدایت از اواسط دهه 50 بر روی موشکهای هوا به هوا و زمین به ‏هوا نصب شد. در این نوع موشکها، ابتدا ‏رادار جنگنده و سایت پدافند هوایی بر روی هدف قفل شده و پس از شلیک موشک، ‏رادار کوچک موشک امواج منعکس شده از هدف را دنبال کرده و با تصحیح مسیر، ‏خود را به هدف میرساند. این روش هدایت این امکان را به خلبان میدهد تا با ‏استفاده از موشکهای هوا به هوای میان برد و یا دور برد، اهداف مورد نظر خود را ‏از فاصله بیشتر از 18 کیلو متر با شلیک یک یا دو موشک مورد هدف قرار داده و ‏از درگیری پر التهاب و پیچ در پیچ در جنگ نزدیک هوایی خودداری کند.‏
از جمله عیوب این روش هدایت به ویژه برای جنگندهها این است که برای ‏رسیدن موشک به هدف باید تا آخرین لحظه اصابت، رادار هدایت کننده بر روی ‏هدف قفل باشد و به هر دلیلی که امواج رادار به موشک نرسند ـ مانند مانور جنگنده ‏شلیک کننده و یا کم شدن انرژی رادار موشکـ به هدف برخورد نمیکند. جنگنده ‏پس از شلیک موشک نمیتواند اقدام به ترک صحنه نبرد کرده و باید تا لحظه برخورد ‏موشک به هدف در منطقه باقی بماند. در چنین مواردی در اصطلاح تاکتیکی جنگنده ‏بی دفاع است.‏
از طرفی با افزایش برد موشک، امواج رادار نیز باید مسافت دورتری را طی کنند ‏که سبب کاهش قدرت امواج رادار در مسافتهای زیاد میشود. از این رو نمی‏توان از این روش هدایت در موشکهای بلند برد استفاده کرد. البته تا کنون ‏موشکهای با برد 120 کیلومتر نیز با استفاده از این روش هدایت ساخته شده اند.‏
در ضمن میتوان با استفاده از سامانههای جنگ الکترونیک و ایجاد اختلال، مانع ‏رسیدن امواج رادار جنگنده به موشک شد، اما نه همیشه.‏
امروزه دیگر موشکهای هوا به هوا با این روش هدایت تولید نمیشوند ولی ‏ساخت موشکهای پدافندی با این روش همچنان ادامه دارد.

 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
جلسه پانزدهم، هدایت موشکها (3)
هدایت آشیانهیاب فعال رادرای
این روش هدایت از سال 1970 برای موشک های ضد کشتی و هوا به هوای دور ‏برد و میان برد مورد استفاده قرار گرفته است. این موشک ها، خود داری یک دستگاه ‏رادار کوچک برای رهگیری و اصلاح مسیر به طرف هدف هستند. رادار جنگنده و ‏یا ناو شلیک کننده در ابتدا هدف را کشف و روی آن قفل می کند. پس از آن، ‏مختصات هدف به موشک منتقل شده و موشک به طرف محدوده هدف شلیک می ‏شود. موشک، مسیر از پرتاب کننده تا نزدیکی هدف را به صورت اینرسی هدایت ‏شده و بعد از کشف هدف توسط رادار موشک به روش هدایت راداری آشیانه یاب به ‏طرف هدف حرکت می کند.‏
از جمله امتیازات این روش این است که جنگنده و یا سیستم شلیک کننده بعد از ‏شلیک می تواند منطقه را ترک کرده و یا مانورهای مورد نظر خود را اجرا کند و ‏موشک بدون نیاز به رادار جنگنده و یا ناو به طرف هدف حرکت می کند. این روش ‏در موشک هایی با برد بلند بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. موشک های ضد ‏کشتی از جمله استفاده کنندگان این روش هدایت هستند. البته در مورد موشک های ‏کوتاه بردتر ضد کشتی مانند سی ایگل انگلیسی از هدایت رادار نیم فعال استفاده می ‏شود.‏
موشک های هوا به هوای آر77 روسی، فونیکس آمریکایی و موشک های ضد ‏کشتی اگزوست فرانسوی و هارپون آمریکایی از جمله موشک های راداری فعال می ‏باشند. موشک آمرام آمریکایی در 15 کیلم متری آخر به صورت هدایت راداری ‏فعال عمل می کند و تا رسیدن به این مسافت به صورت نیم فعال پرواز می کند.

هدایت راداری
این روش بر روی نسل نخست موشک های زمین به هوا و بیشتر در موشک های ‏روسی نصب شد. موشک های سام 2و3و4 از جمله موشک های هدایت راداری ‏معروف جهان هستند.‏
در این روش هدایت، موشک شلیک شده برای اصابت به هدف از سه رادار استفاده ‏می کند. این رادار ها عبارتند از رادار کشف کننده هدف، رادار هدایت و رادار ‏ارتفاع یاب. یکی از رادارها هدف را کشف کرده و دیگری موشک را رهگیری می ‏کند و اطلاعات این دو رادار به وسیله سیستم هدایت کننده جمع بندی می شود و ‏موشک را تا زمان برخورد به هدف اصلاح مسیر می کند. به صورت معمول امواج ‏تغییر مسیر و اصلاح مسیر به موشک به کمک امواج رادیویی فرستاده می شود.‏
از جمله اشکالات این روش می توان به آسیب پذیری زیاد موشک در مقابل ‏اختلالات الکترونیکی و قطع امواج رادیویی ارسال شده از رادار هدایت اشاره ‏کرد.از طرفی، انهدام هر یک از 3 رادار سیستم باعث از کار افتادن تمامی سیستم ‏می شود.این موشک ها معمولا از آنجایی که آن قدر دقیق نبودند که به هدف به ‏صورت مستقیم بر خورد کنند دارای چاشنی های مجاورتی هستند.در حال حاضر ‏دیگر از از این روش هدایت برای هدایت موشک ها استفاده نمی شود و این روش ‏کهنه و متروک شده است.

جلسه شانزدهم، هدایت موشکها (4)
هدایت لیزری
این روش هدایت همزمان با هدایت تلویزیونی توسط نیروی هوایی آمریکا در ویتنام ‏به کار گرفته شد. خلبان پس از ورود به منطقه هدف، دوربین لیزری خود را ‏روشن می کند. تصاویر دوربین در نمایشگرهای جلوی خلبان به نمایش در می آید.‏
خلبان با جستجوی هدف و نشانه گذاری هدف توسط علامت هدفگیری که معمولا ‏علامت + است، اقدام به قفل کردن سامانه از طریق دوربین بر روی هدف می ‏کند. پس از آن یک پرتو لیزر به وسیله غلاف هدفگیری به هدف تابانده شده و ‏منعکس می شود. موشک دارای یک حسگر لیزری بر روی دماغه است و به کمک ‏این حسگر امواج لیزر منعکس شده از هدف را کشف کرده و این امواج را تعقیب ‏می کند. از این رو، این روش را گهگاه روش هدایت آشیانه یاب لیزری نیز می ‏نامند. قفل نگه داشتن لیزر برروی هدف کاملا خودکار بوده و نیازی به شلیک کننده ‏ندارد. دوربین تا لحظه برخورد از هدف فیلمبرداری کرده و آن را به خلبان نشان ‏می دهد. احتمالا تصاویری را از تلویزیون دیده اید که یک علامت + بر روی یک ‏ساختمان قرار دارد. به ناگاه ساختمان منفجر شده، و دود سیاهی تصویر را پر می ‏کند. این تصاویر متعلق به غلاف هدفگیری موشک های لیزری است. در ابتدا این ‏سامانه هدایت تنها در بمب ها و موشک ها به کار می رفت ولی با کوچک تر شدن غلاف ‏های هدفگیر لیزری، این سامانه هدایت بر روی انواع سلاح های ضد تانک و پدافند ‏هوایی کوتاه برد نیز به کار رفت.‏
بمب های سری پیوری1 که از سال 1967 در ویتنام بکار رفتند نخستین سلاح های ‏هدایت لیزری جهان هستند.‏
جنگنده-بمب افکن های ‏اف- 111‎‏ و اف-4دی در جنگ ویتنام بیشترین بمباران توسط بمب ‏های بمب های هدایت لیزری را انجام دادند. موشک ضد تانک هل فایر از نخستین ‏موشک های ضد تانک جهان با هدایت لیزری بود که برروی بالگرد آپاچی نصب ‏شد. این موشک امروزه به صورت گسترده ای بر روی دیگر بالگردها نیز نصب می شود.‏
با وجود دقت بالا، بمب های لیزری عملکرد نا مطلوبی در آب و هوای بد (مانند ‏باران و برف) دارند. دقت این سلاح ها به صورت چشمگیری در شرایط نامساعد ‏جوی کاهش می یابد. همچنین ایجاد اختلال بر روی بمب های لیزری به مراتب آسان ‏است. می توان با ایجاد اختلال، مانع رسیدن امواج لیزر منعکس شده از هدف به ‏موشک شد و باعث به خطا رفتن موشک ها شد. از این رو، همواره فرماندهان ‏نظامی خواستار داشتن سلاح های هدایت تلویزیونی هستند؛ چرا که موشک های ‏هدایت تلویزیونی پس ار پرتاب دیگر نیازی به هدایت خارجی ندارند و به این دلیل ‏منحرف کردن آنها تا حد زیادی غیر ممکن است.‏
یکی دیگر از عیوب بزرگ سلاح های لیزری نیاز آنها به هدایت و قفل نگه داشتن ‏لیزر به سوی هدف است. این پرتو باید بر روی هدف باقی بماند تا بمب بتواند هدف ‏خود را جستجو کند. از این رو خلبان (یا شلیک کننده موشک های ضد تانک زمین ‏پرتاب) پس از پرتاب موشک نمی تواند دور زده و منطقه را ترک کند؛ بلکه باید ‏ارتفاع خود را بیشتر کرده و قفل لیزری را برروی هدف قرار دهد. هر مسئله ای که ‏باعث قطع پرتو لیزر تابانده شده بشود باعث به خطا رفتن بمب می شود. این در ‏حالی است که سلاح های تلویزیونی پس از پرتاب کاملا خودکار بوده و خلبان می ‏تواند منطقه هدف را ترک کرده و یا هدف دیگری را مورد حمله قرار دهد.‏
با موشک های لیزری تنها می توان در یک زمان به یک هدف حمله کرد؛ گرچه می ‏توان چند بمب را بر ضد یک هدف نیز مورد استفاده قرار داد. بر خلاف آنها، در ‏بمب های تلویزیونی باید برای پرتاب دو بمب به طرف یک هدف هر دو بمب را به ‏صورت جدا از یکدیگر هدفگیری کرد.‏
یکی از امتیازات سلاح های لیزری این است که می توان بمب را توسط یک هواپیما ‏پرتاب و توسط یک هواپیمای دیگر هدایت کرد.


پرتو های لیزری ارسال شده دارای کد خاص خودشان (به اصطلاح اثر انگشت) هستند. بمب لیزری پیش از پرتاب با این کد ها آشنا می شود تا پس از پرتاب شدن به ‏دنبال پرتوی لیزری منعکس شده از غلاف هدفگیری مربوط به خود برود. از این ‏رو می توان در یک منطقه تعداد زیادی بمب به طرف یک هدف نشانه گیری کرد تا ‏موشک ها از یک بالگرد در آسمان شلیک شوند. موشک ضد تانک آتی 14 کارنت ‏روسی که می توان آن را از پیشرفته ترین موشک های ضد تانک جهان نامید دارای ‏هدایت لیزری نیمه خودکار است و شلیک کننده باید تا زمان برخورد موشک به ‏هدف، هدفگیر را برروی هدف قرار دهد. به دلیل محدوده برد کم پرتوی لیزری این ‏گونه روش هدایت برروی سلاح های با برد زیر20 کیلو متر استفاده می شود. با ‏وجود این سلاح های هدایت لیزری هنوز دقیق ترین سلاح های هدایت شونده جهان ‏هستند. موشک های هوا پرتاب ماوریک آمریکایی، کااچ27ال روسی، موشک های ‏ضد تانک هل فایر آمریکایی، تریکات اروپایی و ویخر روسی و موشک پدافند کوتاه ‏برد آر.اس.بی 70 سوئدی از جمله تسلیحات معروف لیزری جهان هستند.

جلسه هفدهم، هدایت موشکها (5)
سامانه هدایت ماهواره ای
سامانه هدایت ماهواره ای چهره میدان نبرد را در قرن جدید تغییر داده و باعث ‏ورود نسل جدیدی از سلاح های هدایت شونده دقیق و ارزان قیمت به صحنه نبرد ‏شده است. استفاده این سامانه در جنگ افزار ها به جنگ اول خلیج فارس بر می ‏گردد. مشهور ترین سلاح هدایت ماهواره ای، بمب های هدایت ماهواره (‏GDAM‏) ‏هستند که در گزارش عمومی پنتاگون در مورد اشغال عراق در سال 2003 از این ‏سلاح به عنوان تاثیر گذارترین سلاح جنگ نام برده شده است. تاکنون حدود ‏‏180000 فروند از این سلاح برای نیروی هوایی و دریایی آمریکا تولید شده اند و ‏آن ها بیشتر از دیگر سلاح های هدایت شونده در جنگ های سال های اخیر آمریکا به ‏کار رفته اند. جی پی اس یک سامانه ماهواره ای است که توسط وزارت دفاع آمریکا ‏ساخته شده و دارای گیرنده ای مخصوص است که این گیرنده اطلاعات دقیقی ‏از محل و زمان گیرنده را در اختیار کاربر قرار می دهد. ماهواره های جی پی اس ‏سیگنال هایی را ارسال می کنند که توسط گیرنده های جی پی اس دریافت می شوند و ‏موقیعت مکانی، سرعت و زمان شلیک کننده را در هر جای کره زمین ودر هر ‏موقع از روز یا شب و در هر شرایط آب و هوایی محاسبه می کند. سامانه جی پی ‏اس یک منبع ملی و مورد استفاده بین المللی برای یافتن موقیعت محل، مسیر یابی و ‏زمان سنجی است. ماهواره های جی پی اس در حدود 900 کیلوگرم وزن و 5 ‏متر (پنلهای خورشیدی) طول دارند. عمر مفید این ماهواره ها برای 7.5 سال طراحی ‏شده است اما اغلب مدت زمان بیشتری در مدار مورد استفاده قرار می گیرند. پنل های ‏خورشیدی نیروی اولیه را تامین و نیروی تغذیه ثانویه توسط باطری های ‏نیکل کادمیم تامین می شود. در هر ماهواه، 4 ساعت اتمی فوق العاده دقیق نصب ‏شده است. در جریان جنگ اول خلیج فارس برای اطمینان از انهدام هدف باید 4 ‏بمب لیزری از دو فروند هواپیما پرتاب می شد. از طرف دیگر، سلاح های هدایت ‏لیزری که دقیق ترین سلاح های هواپرتاب معمول جهان بودند در آب و هوای ‏بد (برف، باران، مه) دقت بالای خود را از دست داده و به خطا می رفتند. ارتش ‏آمریکا بعد از جنگ اول خلیج فارس نیازمند یک سلاح جدید بر مبنای یک سامانه ‏هدایتی جدید شد که بتوان آن را در 24 ساعت شبانه روز و در هر آب و هوایی ‏استفاده کرد. در آن زمان، استفاده از سامانه هدایت جی پی اس بر روی موشک های ‏کروز برای هدایت این موشک ها تا منطقه هدف و نصب این سامانه بر روی نسل ‏دوم موشک های کروز توماهاوک و کلکم در دست بررسی بود ولی ارتش آمریکا ‏نیاز به یک بمب هوا پرتاب داشت.‏


به طور کلی امروزه این سامانه هدایت به عنوان هدایت کننده موشک های هوا ‏پرتاب، زمین پرتاب و دریا پرتاب دوربرد مورد استفاده قرار می گیرد و این ‏موشک ها را تا فاصله ای نزدیک به هدف، هدایت می کند. به صورت معمول، ‏موشک های دور ایستا و کروز مانند توماهاوک و اسلم پس از هدایت به نزدیکی هدف ‏توسط ترکیبی از سامانه های هدایتی اینرسی و جی پی اس به کمک سامانه های ‏هدایتی دیگری که دارای دقت بیشتری هستند مانند دوربین تصویر بردار فروسرخ به ‏هدف اصابت می کنند. عکس های فروسرخ، عکس های ماهواره ای از هدف هستند ‏که از قبل در حافظه موشک ذخیره شده اند. این عکس ها به صورت امواج ‏فروسرخ گرفته شده اند و در حقیقت، پیش از حمله یک اسکن فروسرخ از هدف تهیه ‏می شود و موشک در مرحله آخر اصابت به طور خودکار با مقایسه بین عکس های ‏ماهواره ای درون حافظه موشک و تصاویر سامانه جلونگر فروسرخ و پردازش آن ‏به هدف حمله می کند.


جلسه هجدهم، نام گذاری موشکها (1)
حروفی برای نام گذاری
بي شك افرادي كه كم و بيش با اخبار و مباحث نظامي در ارتباط بوده اند با اسامي نظير ای.جی.ام، بی.جی.ام، اس.ای، و ... برخورد کرده اند و شاید از خود پرسیده اند که این حروف و اعداد چه مفهومی دارند و چرا از نظر ظاهر متفاوتند.حقیقت این است که همه کشورها از یک روش نام گذاری مشترک برای شناسایی موشک ها استفاده نمی کنند و مدت ها در خود آمریکا هم -که یک تولید کننده بزرگ جنگ افزار است- یک روش واحد وجود نداشت که نتیجه آن سردرگمی افراد در شناخت موشک ها بود. روس ها روش خاص خود را دنبال می کردند که در طول جنگ سرد محرمانه تلقی می شد از این رو غربی ها هم برای شناخت و دسته بندی موشک های روسی روش خاصی در پیش گرفتند. یکی از آن ها روش شماره گذاری بود که وزارت دفاع آمریکا برای دسته بندی تسلیحات روسی (شوروی سابق) بر مبنای کاربرد آن ها ایجاد کرد. کمیته هماهنگی استانداردهای هوایی آمریکا نیز روش اسم رمز را برای اشاره به موشک های روسی به کار گرفت.



نام گذاري موشك هاي روسي
روش نام گذاری روسی تا حدودی مرموز است. هر چند تلاش شده تا رمز آنها کشف شود. بخشی از سردرگمی و عدم تشخیص درست نام های روسی بدین جهت است که خود روس ها دو روش کاملا متفاوت مورد استفاده قرار می دهند.
در روش اول هر موشکی با یک رمز سه بخشی شناسایی می شود:

  • بخش اول: یک حرف یا مجموعه ای از حروف است که نقش اولیه موشک را مشخص می کند.حروفی مثل A برای موشک ضد بالستیک، KAB برای بمب هدایت شونده، KH برای موشک هوا به سطح، R برای موشک هدایت شونده (شامل هوا به هوا و سطح به هوا)، V برای موشک سطح به سطح و...
  • بخش دوم: عددی است که جای آن موشک را در زنجیره موشک های هم نوع نشان می دهد.
  • بخش سوم:حرف یا مجموعه ای از حروف است که نشان دهنده اصلاحات انجام شده در موشک است برخی از این حروف از این قرارند: E به معنای صادراتی، F برای سرجنگی جدید، P تمرینی، U آموزشی، ZH برای مجموعه پیشرانش جدید و...
به عنوان نمونه می توان به نام ای-350 برای موشک ضد بالستیک، آر-27 برای موشک هوا به هوا و کی.اچ-55 را برای موشک هوا به سطح اشاره کرد.
روش دوم نامگذاری روسی از شیوه متفاوتی بر اساس اجزای مختلف سامانه موشکی استفاده می کند. در این روش از چندین سطح نظیر کل سامانه (مشتمل بر پرتاپ کننده و تجهیزات کنترل) موشک و زیر مجموعه های آن مانند سرجنگی و موتور استفاده می شود.

  • بخش اول: عدد یک یا دو رقمی است که نشان دهنده سازمان طراحی و ساخت سلاح است. عدد یک برای نیروی زمینی (ارتش سرخ)، 3 یا 4 برای نیروی دریایی، 5 یا 6 برای پدافند هوایی و نیروهای موشکی ضد بالستیک، 8 یا 15 برای نیروی راهبردی و...
  • بخش دوم: حرف یا مجموعه ای از حروف است که نقش موشک یا زیر مجموعه را نشان می دهد.حرف D برای موتور راکت، F برای سرجنگی، K برای سامانه کامل، KH برای ماهواره، M برای موشک، YA برای موشک ضد بالستیک، ZH بریا موتور راکت سوخت جامد و ...
  • بخش سوم: عددی دو رقمی است که نوع موشک یا زیر مجموعه را مشخص می کند.
بخش های دیگر این روش اعداد و حروف اختیاری هستند که اصلاحات انجام شده در یک موشک اولیه را نشان می دهند.

جلسه نوزدهم، نام گذاری موشکها (2)
روش وزارت دفاع آمریکا برای نام گذاری تسلیحات روسی
روش مورد استفاده وزارت دفاع آمریکا برای نام گذاری موشک های روسی، روش شماره گذاری بسیار روشن و واضع مبتنی بر نقش موشک است.
این روش سه بخش دارد:

  • بخش نخست: يك رمز 2 تا 4 حروفي كه نقش موشك را نشان مي دهد. به عنوان مثال، AA برای موشک هوا به هوا، ABM برای موشک ضد بالستیک، AT برای موشک ضد تانک، SA برای موشک سطح به هوا، SA-Nبرای موشک دریایی سطح به هوا، SL برای پرتاب کننده های فضایی، SS برای موشک سطح به سطح، SS-N برای موشک دریایی سطح به سطح و ...
  • بخش دوم: عددی است که بیانگر جای موشک در زنجیره موشک های هم نوع است.
  • بخش سوم: یک حرف اختیاری که نشان دهنده اصلاحات انجام شده در موشک اولیه است. اصلاحات به ترتیب حروف الفبا از A آغاز می شود. موشک های آزمایشی نیز با حرف X نشان داده می شوند که پس از رمز و قبل از اعداد درج می شود.
به عنوان نمونه می توان به نام گذاری ای.بی.ام-1 را بر روی موشک ضد بالستیک اِی-350، نام گذاری ای.ای-10 برای موشک های هوا به هوای آر-27 و عنوان اس.ای-15 برای موشک هوا به سطح کی.اچ-55 اشاره کرد.


اسامی رمز کمیته هماهنگی استانداردهای هوایی
کمیته استاندارهای هوایی سازمان مشترکی است که توسط آمریکا، انگلستان، کانادا، استرالیا و نیوزلند تشکیل شده است. این کمیته در سال 1954 یک روش اسامی رمز را برای شناسایی تجهیزات نظامی شوروی سایق ایجاد کرد. اسامی رمز با یک حرف معین آغاز می شوند که نشان دهنده ماموریت اصلی موشک است. در این نامگذاری حروف A برای موشک هوا به هوا، G برای موشک سطح به هوا، K برای موشک هوا به سطح و S برای موشک سطح به سطح به کار گرفته می شوند.
به عنوان مثال می توان به نام GALOSH برای موشک سطح به هوای ضد بالستیک ای-350 اشاره کرد. نام GALOSH با حرف G آغاز می شود که بیانگر سطح به هوا بودن آن است. یا می توان به نام ALAMO با حرف اول A برای موشک آر-27 اشاره کرد.

جلسه بیستم، نام گذاری موشکها (3)
نام گذاری موشک های آمریکایی
تا سال 1962 میلادی هر یک از شاخه های ارتش آمریکا روش تازه ای برای نام گذاری تسلیحات دنبال می کردند؛ این روش موجب سردرگمی نیروهای نظامی وغیر نظامی می شد. از این رو وزیر دفاع وقت آمریکا، رابرت مک نامارا به شاخه های مختلف ارتش دستور داد روش مشترک یکنواختی برای نام گذاری تسلیحات به کار گیرند. مطابق این روش در نام گذاری موشک ها،
راکت ها و ادوات پرنده خودکششی الگوی خاصی به کار می رود. این الگو یک خانه 7 حرفی است که حروف از سمت چپ به راست در آن قرار می گیرند:
7 6 5 4 3 2 1​

خانه اول (وضعیت)
این حرف نشان دهنده وضعیت کلی نوع جنگ افزار یا نمونه منفرد است. این نام گذاری ها بیشتر در مراحل طراحی نخست یا آزمایش پروازی استفاده می شود اما در موارد نادری در جنگ افزارهای تولیدی یا عملیات های معمول نیز دیده می شود. در واقع بیشتر جنگ افزارهای عملیاتی بدون این حرف هستند.
حرف captive) C) به معنای مهار شده، وسیله ای است که با سکوی پرتاب حمل شده اما شلیک نمی شود؛ مانند یک موشک هواپایه بدون موتور راکت.
حرف D (Dummy) به معنای کاذب، یک پوسته کاذب بدون تجهیزات عملیاتی نظیر موتور سر جنگی سامانه هدایت است. این ادوات هنگام آموزش های پروازی آیرودییپنامیک به کار می روند.
حرف J به معنای آزمایش موقت وسیله کاربردی در برنامه های آزمایش و پیکر ه آزمایشی یا حذف موقت تجهزات برای آسان کردن آزمایش است.
حرف N به معنای آزمایش دائم وسیله کاربردی در برنامه آزمایش آست که در پیکره آن تغییر شگرفی ایجاد شده که بازگشت به پیکره عملیاتی نخست شدنی نیست.
حرف X به مینای آزمایشی یا نمونه نخست جنگ افزاری است که همچنان در مرحله توسعه یا ارزیابی قرار دارد و وارد مرحله تولید نشده است.
حرف Y به معنای نمونه نخست یا پیش تولید انبوه نشان از آن دارد که جنگ افزار فرایند آزمایش را پشت سرگذاشته و در مرحله آزمایش پایانی توسعه و ارزیابی مقدماتی تولید است.
حرف Z به معنای طراحی پیشنهاد جنگ افزاری است که هنوز در مراحل نخست طراحی یا پیش توسعه قرار دارد.


خانه دوم (محیط پرتاب)
این حرف نشاندهنده نوع یا انواع سکوهای پرتاب است که برای جنگ افزاز در نظر گرفته شده است. نام بیشتر جنگ افزارهایی که در وضعیت عملیاتی قرار دارند از این خانه آغاز می شود.
حرف A به معنی هوا؛ جنگ افزار از یک وسیله هوایی پرتاب می شود.
حرف B به معنای چند گانه؛ امکان شلیک آن از بیش از یک محیط وجود دارد.
حرف C به معنای مکعب یا کانتینر؛ یک سامانه زمین پایه است که به صورت افقی یا در زاویه ای کمتر ار 45 درجه درون محفظه محافظت کننده نگهداری می شود.
حرف F به معنای انفرادی یا پیاده نظام؛ جنگ افزار دوشپرتاب است که توسط پرسنل رزمی حمل و پرتاب می شود.
حرف G به معنای سطحی؛ موشک از روی یا باند فرود پرتاب می شود.
حرف H به معنای نگهداری در سیلو؛ موشک به صورت عمودی در سیلو نگهداری می شود اما از زین شلیک نمی شود.
حرف L به معنای پرتاب از سیلو؛ موشک به صورت عمودی نگهداری شده و از زمین شلیک می شود.
حرف M به معنای متحرک/سیار؛ موشک از یک خودروی زمینی یاسکوی متحرک پرتاب می شود.
حرف P به معنای سکوی نرم؛ موشک یک سامانه زمین پرتاب است که در حالت بدون محافظت یا با محافظت اندک نگهداری می شود.
حرف S به معنای فضا؛ موشک از وسیله ای پرتاب می شود که خارج از جو زمین عمل می کند.
حرف U به معنای زیر آب؛ موشک از یک مکان زیر آب یا زیر دریایی شلیک می شود.
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
کاوشگر فینیکس (به انگلیسی: Phoenix به معنای ققنوس) نام فضاپیمای فرودگر و بدون سرنشینی است که برای پژوهش در مورد وجود آب و محیط قابل زیست برای ریزاندامگان بر روی سیاره مریخ ساخته شده است. این فضاپیما در تاریخ ۴ اوت ۲۰۰۷ میلادی به فضا پرتاب شد، و بر طبق برنامه در روز ۲۵ مه ۲۰۰۸ در منطقه قطب شمال سیاره مریخ فرود آمد.فینیکس پس از بکار انداختن بازوی روباتیک خود، به نمونهبرداری و آزمایشهای علمی پرداخت.

برنامهٔ کاوشگر فینیکس توسط آزمایشگاه مطالعات ماه و سیارات در دانشگاه آریزونا پیشنهاد و مدیریت شده است. سازمان ناسا ناظر بر انجام این عملیات بوده و کشورهای آلمان، بریتانیا، دانمارک، کانادا و سوئیس در این برنامه مشارکت نمودند. هزینهٔ ماموریت اکتشافی فینیکس بالغ بر ۳۸۶ میلیون دلار بود.


فینیکس، از بین هفت کاوشگر فرود آمده بر سطح مریخ تاکنون، ششمین فضاپیمای کاوشگری است که با موفقیت بر سطح این سیاره فرود آمده است. همچنین از زمان کاوشگرهای وایکینگ-۱ و وایکینگ-۲، فینیکس نخستین فضاپیمایی است که برای فرود بر سطح مریخ از موتورهای ترمزکننده استفاده کرده است. این فضاپیما دو ماه بیشتر از مدت زمان پیش بینی شده برای آن (سه ماه) به کاوش در سطح مریخ پرداخت و سرانجام با فرستادن آخرین پیام در دوم نوامبر ۲۰۰۸ در هنگامهٔ زمستان این سیاره، پایان این ماموریت، در تاریخ ۱۰ نوامبر توسط ناسا اعلام شد.

فونیکس بر سطح کره سرخ (مریخ)​
اهداف ماموریت

ماموریت فینیکس با فرود روی مریخ، دو هدف اصلی را دنبال میکرد:
نخستین هدف مطالعه پیشنه زمینشناسی سیاره مریخ برای بررسی امکان وجود «آب» در آن بود. این مطالعه امکان بازسازی تاریخچه تغییرات آب و هوایی در مریخ را فراهم میآورد.
دومین هدف جستجو برای یافت محیط مناسب برای پرورش حیات در میان لایههای یخ و خاک بود. استراتژی ناسا برای کاوش در مریخ، جستجو و دنبال کردن ردپای «آب» در این سیاره بود. ابزار و ادوات موجود در فینیکس بر اساس همین استراتژی ساخته شده و نخستین ابزارهای کاوشی بودند که به مطالعه ویژگیهای زمینشناسی و زیستشناسی در منطقه قطبی مریخ میپرداختند.
پرتاب

کاوشگر فینیکس در ساعت ۹:۲۶:۳۴ جهانی به وسیله یک فروند موشک دلتا-۲ از پایگاه فضایی نیروی هوایی آمریکا در کیپ کاناورال به فضا پرتاب شد. پرتاب با موفقیت انجام گرفت و موشک دلتا-۲ کاوشگر را در مسیر مریخ قرار داد.

موشک دلتا-۲ در پرتاب کاوشگرها کارنامه خوبی دارد و کاوشگرهای مریخنورد پیشین هم بوسیله همین موشک به فضا پرتاب شده بودند.

فینیکس توسط موشک دلتا-۲ به فضا پرتاب شد.​
فرود​
اوشگر فینیکس در ساعت ۲۳:۳۱ جهانی روز ۲۵ مه ۲۰۰۸ با سرعتی برابر ۲۱٬۰۰۰ کیلومتر بر ساعت وارد اتمسفر مریخ شد، با استفاده از چتر نجات و موتورهای ترمز، تنها در طول هفت دقیقه سرعت خود را به ۸ کیلومتر در ساعت کاهش داد، و در ساعت ۲۳:۳۸ جهانی طبق برنامه در منطقه از پیش تعیین شده در منطقه قطب شمال سیاره مریخ فرود آمد. به خاطر فاصله ۶۸۰ میلیون کیلومتری مریخ تا زمین، دانشمندان در مرکز کنترل پرواز حدود ۱۵ دقیقه برای رسیدن سیگنالهای فینیکس از سیاره سرخ به زمین منتظر ماندند. دریافت سیگنالها حاکی از فرود موفقیتآمیز و صحت کارکرد سامانههای مخابراتی فضاپیما بود.

فینیکس در منطقهای هموار فرود آمده بطوریکه شیب فضاپیما تنها «۰٫۳ درجه» گزارش شده است. درست پیش از فرود، موتورهای فینیکس جهت کاوشگر را به گونهای تنظیم کردند که صفحات انرژی خورشیدی پس از باز شدن در جهت شرق-غرب قرار گیرند تا بیشترین میزان نور را از خورشید دریافت نمایند.

سه کاوشگر دیگر به نامهای مدارگرد شناسایی مریخ، مارس اکسپرس و ۲۰۰۱ مارس اودیسه که در اکنون در مدار مریخ قرار دارند، به گونهای برنامهریزی شده بودند که ورود فینیکس به اتمسفر مریخ و فرود آن را زیر نظر داشته باشند. در این میان مدارگرد شناسایی مریخ موفق شد از فینیکس درحالیکه با چتر نجات به سطح مریخ نزدیک میشد عکس بگیرد. این نخستین باری است که تصویر یک فضاپیمای فرودآینده بر مریخ توسط فضاپیمایی دیگر برداشته میشود. اطلاعات ثبت شده از نحوه ورود و فرود فینیکس برای بهبود طراحی کاوشگرهای آینده بکار خواهد رفت.

پس از فرود، نخستین تصاویر ارسالی توسط این کاوشگر در ساعت ۲:۰۰ بامداد به به وقت جهانی در روز ۲۶ مه ۲۰۰۸ در زمین دریافت شدند.

​

یکی از نخستین تصاویر ارسالی از فینیکس که یکی از پایههای فرود کاوشگر را نشان میدهد.​


ابزارهای علمی​
فضاپیمای کاوشگر فینیکس حامل ابزار و ادوات گوناگون برای انجام آزمایشهای علمی بر سطح مریخ بود. برخی از این ابزار مشخصاً برای این ماموریت طراحی شده و برخی دیگر نمونههای مشابه یا پیشرفتهتری از ابزارهایی بودند که برای نخستین بار برای ماموریت ناموفق کاوشگر قطبی مریخ ساخته شده بودند. فینیکس مجهز به ابزار هواشناسی و دوربینهایی بود که در مسیر فرود در مریخ پژوهشهایی را در مورد اتمسفر این سیاره انجام دهد.[۱۹]

فینیکس به صورت یک کاوشگر ثابت طراحی شد و بر خلاف مریخنوردهای پیشین، فاقد قابلیت حرکت روی سطح سیاره سرخ است. متحرک نبودن این کاوشگر مزایای زیر را دارا است:[۲۰]
استفاده از قطعات ساخته شده برای ماموریت ناموفق قبلی، هزینهها را کاهش میدهد؛
به نظر دانشمندان، منطقه فرود فینیکس دارای ساختاری همگون است و نیازی به نمونهبرداری از جایگاههای گوناگون وجود ندارد؛
ابزارهای آزمایشگاهی و پژوهشی جایگزین سختافزارهای مورد نیاز برای حرکت فینیکس شدهاند و ارزش تحقیقاتی آن را بالاتر بردهاند.

کاوشگر فینیکس در حال نصب روی بخش باری موشک دلتا-۲ در پایگاه کیپ کاناورال​
رهاورد​
دانشمندان سازمان ملی هوانوردی و فضایی آمریکا پس از تحلیلهای مقدماتی ماموریت کاوشگر فینکس، به این نتیجه رسیدند که خاک مریخ حاوی مغذیهای کافی برای رشد و نمو موجودات زنده یا حداقل گیاه مارچوبه (آسپاراگوس) است. تحلیلهای مقدماتی ماموریت کاوشگر فینکس نشان میدهد که خاک این سیاره بسیار قلیاییتر از آن است که انتظار میرفت.

در تاریخ ۱ اوت ۲۰۰۸ میلادی، دانشمندان سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده آمریکا در یک کنفرانس مطبوعاتی اعلام کردند که کاوشگر فینکس برای نخستین بار «آب» را در یک نمونه خاک جمعآوری شده از سطح این سیاره شناسایی و آن را «لمس» کرده است.


نوع مطلب :فضا ماهواره ها
برچسب ها: فونیکس، phoenix، کاوشگر مریخ، برنامه های ناسا در منظومه شمسی،
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
هوافضا یک رشتهی راهبردی و نشانهی پیشرفت در همهی کشورهای جهان می باشد. بودجههای کلان نظامی و غیرنظامی که صرف این رشته میشود زمینههای پیشرفت و جهش در دیگر رشتههای دانش و مهندسی را فراهم ساخته است.


هدف رشتهی دانشگاهی مهندسی هوافضا، تربیت کارشناسانی است که نیروی انسانی مورد نیاز برای طراحی، پژوهش و ساخت در صنایع گوناگون هوافضایی را فراهم سازند. رشتهی دانشگاهی هوافضا نزدیکی زیادی با رشتهی مهندسی مکانیک دارد. به گونهای که دارای شمار زیادی از درسهای مشترک با مهندسی مکانیک میباشد. در برخی از دانشگاههایی که دانشکدهی مستقل هوافضا وجود ندارد، رشتهی مهندسی هوافضا در قالب دانشکدهی مهندسی مکانیک ارائه میشود.

پایهی بیشتر درسهای این رشته بر ریاضی است، مانند دینامیک سیالات برای آئرودینامیک یا معادلات حرکت برای دینامیک پرواز. با اینهمه، اجزای تجربی بسیاری نیز در این رشته وجود دارد. از نظر تاریخی، این اجزای تجربی از آزمایش مدلهای کوچک و نمونه اولیه، در تونل باد و یا در فضای باز منشا گرفتهاند. پیشرفتهای صنعت رایانه این امکان را به وجود آورده که از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و شبیه سازی رفتار سیال، بتوان برای کاهش هزینه و زمان صرف شده در آزمایش تونل باد استفاده کرد.

فارغالتحصیلان رشتهی مهندسی هوافضا دانشهای لازم در زمینهی آیرودینامیک، مکانیک پرواز، پیشرانش و سازهها و نیز طراحی و ساخت اجسام پرنده مانند هواپیما را بدست می آورند. یک مهندس هوافضا، افزون بر قابلیتهای گفته شده، توانایی کار بر روی آیرودینامیک خودرو، سازههای زمینی و دریایی، و نیز توربوماشینها را دارد.

بخش پژوهش عملیاتی، موسسات آموزشی، مدیریت حمل و نقل و ترابری، عملیات نیروگاهی، عملیات تأسیسات گازی و نفتی و صنایع خودرو، چند نمونه از مواردی هستند که از تخصص فارغالتحصیلان مهندسی هوافضا استفاده میکنند.

همانگونه که گفته شد، هوافضا یک دانش راهبردی است و در آن، از دانشهای دیگر مانند متالورژی، علوم رایانه و الکترونیک بهرهگیری میشود.



گرایشهای رشتهی مهندسی هوافضا:

آیرودینامیک

آیرودینامیک به مطالعه و بررسی جریان هوا در اطراف جسم پرنده و محاسبه نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی جسم میپردازد.





پیشرانش (جلوبرندگی)

دانش پیشرانهها به مطالعه و بررسی سامانههای جلوبرنده، اعم از موتورهای هوازی و غیرهوازی میپردازد. موتورهای هوازی شامل موتورهای پیستونی و چرخپرهای (توربینی) است كه از هوا به عنوان اكسیدكننده استفاده نموده و سوخت را با خود حمل میكنند. اما موتورهای غیرهوازی مانند موتور موشکها و فضاپیماها است كه سوخت و اكسیدكننده را با خود حمل میكنند. در این دانش نحوۀ تولید نیروی رانش و همچنین ساختار كلی انواع موتورهای هوافضایی بررسی و مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.


​
سازه های هوایی (سازه های هوافضایی)

سازههای هوافضایی به مطالعه و بررسی سازههای هواپیما و دیگر هوا-فضاگردها میپردازد. هدف آن طراحی سازههایی است که علاوه بر استواری کافی در برابر بارهای آیرودینامیکی و دیگر بارهای استاتیکی وارد بر وسایل پرنده، کمترین وزن ممکن را نیز داشته باشند.

مکانیک پرواز و کنترل (دینامیک پرواز و کنترل)

مکانیک پرواز با بهرهگیری از دادههای آیرودینامیکی (هواپویایی)، هندسی و وزنی به مطالعه و بررسی رفتار و حرکات هواپیما میپردازد. در واقع علم مکانیک پرواز از عملکرد تشکیل میشود و عملکرد به بررسی برد، مسافت نشست و برخاست، مداومت پروازی در سرعتهای گوناگون و پایداری و کنترل وسایل پرنده میپردازد.

مهندسی فضایی

مهندسی فضایی شاخهای از هوافضا است که به بررسی پیشرانش، آیرودینامیک، سازه و مکانیک پرواز حامل (موشک) و پرتابه (ماهواره) در فضا میپردازد. افزون بر آن در این شاخه بیشتر بر کاربرد فضایی بودن (صرف نظر از درگ) و در نظر گرفتن شرایط ویژه فضا (پرتو های کیهانی، الکتریسیته ساکن و ...) پرداخته میشود. علم مکانیک سماوی (Celestial mechanics) در دو قسمت عمده مطرح است. یکی از قسمتهای این شاخه از علم مرتبط است با حرکت اجرام اجسام در فضا تحت تاثیر جاذبه میباشد که این با همان نام مکانیک مدارهای فضایی مطرح بوده است شاخهی دیگر از مکانیک سماوی در خصوص دینامیک وضعیت اجسام (به دور مرکز ثقل خودشان) صحبت میکند (Attitude Dynamics).
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
ماهواره یا قمر مصنوعی:
ماهواره، یا «قمر مصنوعی»، به دستگاههای ساخت بشر گفته میشود که در مدارهایی در فضا به گرد زمین یا سیارات دیگر میچرخند.

اهمیت ماهوارهها برای مخابرات و بررسی منابع زمینی و پژوهش و کاربردهای نظامی و جاسوسی روزافزون است. بخشی از پژوهشهای علمی و تخصصی که در آزمایشگاههای مستقر در فضا انجام میشود، هرگز نمیتوانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد.



تاریخچه
ظاهرا نخستین اشاره به ماهواره در ادبیات، نوشتهای از ادوارد اورت هیل است. او در سال ۱۸۶۹ در داستانی بنام «ماه آجری» از ماهوارهای حامل انسان نام میبرد که به دور زمین میگردد. ژول ورن نیز در داستان «میلیونهای بگم» در سال ۱۸۷۹ از گلوله توپی نام میبرد که بطور ناخواسته در مدار زمین به گردش درآمدهاست. کنستانتین سیولخوسکی نیز در رساله خود بنام «اکتشاف فضای کیهانی با وسائل عکسالعملی» در میان انبوهی از اندیشههای نو در مورد فضانوردی، از ماهواره نیز نام میبرد. در سال ۱۹۴۵ آرتور سی. کلارک نویسنده داستانهای علمی، برای اولین بار پیشنهاد کرد که ماهوارههای ارتباطی برای تامین ارتباط در سراسر زمین در مدار زمینهمزمان کره زمین قرار گیرند.

ایده استفاده از ماهوارههای ساخت دست بشر، برای اولین بار در پایان جنگ جهانی دوم بر سر زبانها افتاد.دانشمند، ریاضی دان و نویسنده مشهور انگلیسی آرتور سی کلارک Arthur C Clarke یکی از بزرگترین خالقان داستانهای تخیلی، برای اولین بار پیشنهاد قرار دادن یک ماهواره ارتباطی را در مدار ژیوسنکرون زمین Geostationary Orbit یا مدار کلارک که در فاصله تقریبا ۳۶۰۰۰ کیلومتری سطح زمین و بالای خط استوا (جایی که قابلیت دسترسی به تقریبا ۴۰٪ سطح زمین در آن مکان وجود دارد) قراردارد، را جهت پوشش سیگنالهای رادیو یی و تلوزیونی را داد.

ماهوارهای که در مدار ژیوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویهای ثابت، حرکت میکند، قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش میدهد.از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است.ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تا ثیر گذاری بروی ماهواره در مدار خود میشود که احتمال جابخایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مسیله، موتورهای مخصوصی که بوسیله ایستگاههای زمینی کنترل میشوند، کمک میکنند که ماهوارهها در مکان خود ثابت باقی بمانند.

جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولاً احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، میباشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره میشود. در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولاً از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده میشود.یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink. دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده میرساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال میدهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجدداً به سمت زمین باز تابش داده میشود.

سیگنال ارسالی به سطح زمین، بوسیله دیشهای معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا میکند.

قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و.... ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی میشود.

همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا میباشد و در گوشهها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیشهای بزرگ تر، دارد. امواج سانتی متری، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار میگیرد که محدوده فرکانسی آنها بین ۳-۳۰ MHz میباشد.

دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تاثیرات کم نویز و مزاحمتهای فرکانسی است. البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی بوسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف میگردند. ماهوارهها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال میکنندو گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد. در سیستمهای دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلوزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.

لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینهای گفته میشود که درمداری به دوریک سیاره معمولاً زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی میکنیم , ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش میتازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجهاست.بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقتر در فضا انجام میشود , هرگز نمیتوانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزندهای را به جوامع بشری عرضه کردهاست.ماهوارهها که در فضا درحال گردشند, میتوانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قرار دهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینههای گوناگون شود. ماهوارههای کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.



تاریخچه ماهوارههای مصنوعی: اولین ماهواره مصنوعی اسپوتنیک ۱ (Sputnik ۱) بود که توسط شوروی در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ شروع به کار کرد. که این باعث به راه افتادن یک رقابت فضایی بین شوروی و آمریکا شد. آمریکا نیز اولین ماهواره خود را در ۳۱ ژانویه ۱۹۵۸ به فضا پرتاب کرد. بزرگترین ماهواره مصنوعی که هم اکنون به دور زمین میچرخد ایستگاه بینالمللی فضایی میباشد.

نخستین پرتاب توسط کشورکشور سال پرتاب نخستین ماهواره:

1- اتحاد جماهیر شوروی ( روسیه) ۱۹۵۷ اسپوتنیک۱

2- ایالات متحده ۱۹۵۷ اکسپلورر۱
3- فرانسه ۱۹۶۵ آستریکس
4- ژاپن ۱۹۷۰ اسومی
5- چین ۱۹۷۰ دونک فانگ هونگ۱
6-بریتانیا ۱۹۷۱ پراسپرو ایکس-۳
7-هند ۱۹۸۰ روهینی
8-رژیم صهنونیستی(جعلی) ۱۹۸۸ اوفک-۱
9-اوکراین ۱۹۹۵ سیچ-۱
9-ایران ۲۰۰۹ امید



انواع ماهواره:

•ماهواره ضد سلاح: که بعضی مواقع ماهوارههای کشنده نیز خوانده میشوند، که ماهوارههایی هستند که برای خراب کردن ماهوارههای دشمن و دیگر سلاحهای مداری و اهداف دیگر طراحی شدهاند. که هم آمریکا و هم روسیه از این نوع ماهواره دارند.

•ماهوارههای ستارهشناختی: که برای مشاهده فاصله سیارهها و کهکشانها و دیگر اشیای خارجی فضا استفاده میشود.

•ماهوارههای زیستی : ماهوارههایی هستند که برای حمل ارگانیسمهای زنده طراحی شدهاند، عموماً برای آزمایشهای علمی استفاده میشوند.

•ماهوارههای مخابراتی : ماهوارههایی هستند که برای اهداف ارتباط راه دور در فضا قرار گرفتهاند. ماهوارههای مخابراتی مدرن نوعاً از مدارهای زمینهمگام، مولنیا (Molniya) و پایینزمینی استفاده میکنند.

•ماهوارههای مینیاتوری : ماهوارههایی هستند که دارای وزن کم و سایز کوچک به طور غیر عادی میباشند. طبقه بندی جدیدی که برای گروه بندی این ماهوارهها استفاده میشود عبارت است از : ماهوارههای کوچک (۵۰۰-۲۰۰kg)، ماهوارههای میکرو (زیر ۲۰۰kg) و ماهوارههای نانو (زیر ۱۰ کیلوگرم)

•ماهوارههای هدایتکننده : ماهوارههایی هستند که از پخش کردن سیگنالهای رادیویی استفاده میکنند تا دریافت کنندههای موبایل را در زمین فعال نمایند تا مکان دقیق آنها مشخص شود.

•ماهوارههای اکتشافی : ماهوارههای مشاهداتی زمین یا ماهوارههای مخابراتی میباشند، که برای کاربردهای نظامی و جاسوسی مستقر شدهاند. • ماهوارههای زمینشناسی : ماهوارههایی هستند که برای نظارت بر محیط، هواشناسی و ساختن نقشه و... استفاده میشوند.

•ایستگاه فضایی : یک ساختار ساخته دست بشر میباشد که برای زندگی انسان در فضای خارج طراحی شدهاست. یک ایستگاه فضایی از انواع فضاپیماها به وسیله نقصش در نیرو محرکه زیاد یا امکانات بر زمین نشستن، متمایز میشود-به جای موتورهای دیگر به عنوان جابه جایی به و از ایستگاه استفاده میشود. ایستگاههای فضایی برای باقی ماندن در مدار برای مدت کوتاهی طراحی شدهاند، برای قسمتی از هفته یا ماه یا حتی سال.

•ماهوارههای تتر (Tether) : ماهوارههایی هستند که به وسیله یک کابل که به آنها تتر (افسار) میگویند، به ماهوارههای دیگر وصل میشوند.

•ماهوارههای هواشناسی : که به طور ابتدایی برای نشان دادن آب و هوای کره زمین به کار میروند.
​

​
مدار ماهوارهها:

ماهواره در یک مسیر بسته که آن را مدار ماهواره مینامند، به دور زمین در گردش است. این مسیر ممکن است دایرهای یا بیضی شکل باشد و مرکز زمین در مرکز این مسیر یا در یکی از کانونهای بیضی آن قرار دارد. ماهواره درصورتی که تحت تاثیر نیروهای گرانشی دیگری قرارنگیرد، همواره درصفحهای به نام صفحه مداری به گردش خود به دور زمین ادامه میدهد. حرکت این صفحه مداری به پریود مدار و زاویه صفحه با صفحه استوا بستگی دارد. اگر این زاویه صفر باشد، صفحه مداری منطبق بر صفحه استوایی زمین میشود. عموما ماهوارهها بروی چهار نوع
مدار که بستگی به نوع کاربرد ماهواره دارد، قرار میگیرند:
مدار پائین زمین
مدار قطبی
مدار زمینایست
مدار بیضوی

ماهوارههای مدار پائین زمین

به ماهوارههایی که در فاصله نسبتا کمی از سطح زمین قرار دارند، ماهوارههای مدار پائین زمین گفته میشود. بیشترین ارتفاع این نوع ماهوارهها از سطح زمین بین ۳۲۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است. مسیر حرکت این ماهوارهها از غرب به شرق و همجهت با دوران زمین بدور خود است.

بدلیل نزدیکی فاصله این نوع ماهوارهها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهوارهها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خود است. گاهی سرعت این نوع ماهوارهها به ۲۷,۳۵۹ کیلومتر در ساعت نیز میرسد. با این سرعت، این نوع از ماهوارهها میتوانند در هر ۹۰ دقیقه، یک دور کامل بدور زمین بگردند.

برخی از ماهوارههای هواشناسی، ماهوارههای سنجش از دور و ماهوارههای جاسوسی از این نوعاند.

ماهوارههای مدار قطبی

ماهوارههای مدار قطبی به نوعی از ماهوارههایی گفته میشود که مسیر مدار حرکت آنها عمود بر خط استوا و مسیر دوران از قطبهای شمال و جنوب میگذرد.

بعضی از ماهوارههای هواشناسی، ماهوارههای سنجش از دور و ماهوارههای جاسوسی از این نوعاند.


ماهوارههای مدار زمینایست

این در حالت کلی بروی مدار زمینایست و بر بالای خط استوا، در فاصله ۳۳۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین قرار داند.​
این نوع ماهوارههای در فضا در مکانی ثابت قرار دارند و همراه با دوران زمین بدور خود، میگردند و بدلیل همین ثبات دارای سایهای ثابت (معروف به «جایپا») بر زمین هستند.

به مدار زمینهمزمان مدار زمینایست و یا مدار کلارک نیز گفته میشود.

تمام ماهوارههای مخابراتی و تلویزیونی از این نوع هستند.

ماهوارههای مدار بیضوی

این ماهوارهها دارای مداری بیضوی هستند.

دو نقطه مهم از مدار این ماهوارهها نقطه اوج و نقطه حضیض آنها است: قسمتی که به سطح زمین نزدیک میشوند به نام نقطه حضیض نامیده میشود. قسمتی که از سطح زمین دور میشود به نام نقطه اوج نامیده میشود.

مسیر حرکت و دوران این نوع ماهواره مانند ماهوارههای قطبی از سمت شمال به جنوب است.

چون اکثر ماهوارههای مخابراتی در مدار زمینایست قرار گرفتهاند، این ماهوارهها هیچ پوششی بروی قطبهای شمال و جنوب ندارند. به همین دلیل و جهت پوشش قطبها از ماهوارههای مدار قطبی استفاده میشود. در واقع این نوع از ماهوارهها شمالیترین و جنوبیترین قسمت نیمکرهها را پوشش میدهند.
​
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
گونهها

هواپیما با بال ثابت

بیشتر هواپیماهای امروزی بهویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.
منظور از بال ثابت آن است که بال هواپیما (بر خلاف هلیکوپتر) فقط در اثر پیشرانش نیروی برآر ایجاد میکند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری کمتر یا ملاحظات هواپویشی ممکن است باز و بسته شود ولی اینگونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت میشمارند چون باز و بسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمیکند.
هواپیما با بال متحرک

در بالگردها نیروی برآر ناشی از چرخش بال یا پروانه در هوا است. هلیکوپتر یا بالگرد شناختهشدهترین هواپیما با بال متحرک است. هواچرخ نوع دیگری از اینگونه هواپیما است. بعضی از هواپیماها مثل و-۲۲ آسپری ویژگیهای بال ثابت و بال متحرک را یکجا دارند.
هواپیمای موتوردار

موتور هواپیما وظیفه تأمین نیروی پیشرانش (در هواپیماهای با بال ثابت) یا چرخاندن پروانه و پیشرانش (در هواپیماهای با بال متحرک) را دارد.
تا اواخر جنگ جهانی دوم موتور هواپیماها از نوع پیستونی یا موتور احتراق داخلی بود. اکنون بیشتر هواپیماها از موتور جت استفاده میکنند. در بعضی هواپیماهای آزمایشی و نظامی از موتور موشکی استفاده میشود.
هواپیمای بیموتور

در هواپیمای بیموتور برای پیشرانش از نیروی گرانش زمین استفاده میشود. بادپر (گلایدر) نوع رایج هواپیمای بیموتور است. هواپیمای بیموتور را باید پیش از شروع پرواز با ابزاری جدا از آن به ارتفاعی مناسب رساند و پس از آن هواپیما میتواند با استفاده از نیروی گرانش و جریانهای هوائی پرواز کند. در سالهای گذشته شرکت مادو موفق به ساخت اولین موتور هواپیما در ایران شد که کاربرد نظامی دارد.
هواپیماهای نظامی

اصطلاح هواپیمای نظامی طیف وسیعی از هواپیماها را، از هواپیمای مدل گرفته تا بزرگترین هواپیمای جهان، در بر دارد. بسیاری از این هواپیماها فقط در اختیار ارتشها و نیروهای هوائی کشورها است ولی بعضی از هواپیماهای نظامی با تغییر دادن هواپیماهای غیرنظامی به کارهای گمارده میشوند. جنگندهها و هواپیماهای ترابری نظامی دو دسته شناخته شدهتر هواپیمای نظامی هستند.
هواپیماهای غیرنظامی


انرژی خورشیدی نیروی محرکه این هواپیما را تأمین میکند.
هواپیماهای غیرنظامی نیز گستره وسیعی دارند و برای جابجائی مسافر یا بار و نیز تفریح و پژوهش و خدمات بهکار میروند. استفاده نظامی از هواپیمای غیرنظامی برپایه قانونهای بینالمللی ممنوع است ولی گاه کشورها مخفیانه چنین میکنند.
برخی از هواپیماهای نظامی قدیمی با تغییراتی برای تفریح و پژوهش به هواپیمای غیرنظامی تبدیل شدهاند.


جستارهای وابسته

در ویکیانبار پروندههایی دربارهٔ هواپیما موجود است. معنای واژهٔ «هواپیما» را در ویکیواژه ببینید.


منابع

پایگاه علوم و فناوری هوافضا

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ ۱٫۳ ۱٫۴ گل ده، عبدالمجید: پیدایش بیمه هواپیما. در: مجله «صنعت بیمه»، بهار ۱۳۷۲ - شماره ۲۹. (از صفحه ۶۸ تا ۷۲).
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تونلهای باد پیشرفته

تونلهای باد پیشرفته

در اواخر سال ۱۹۴۰، گسترش و توسعه هواپیماها به طور فزایندهای گران شد همچنین هزینهٔ طراحهای ناموفق هواپیما رو به افزایش بود. به همین علت طراحان هواپیما به دنبال راهی برای مدل کردن هواپیما به صورت ریاضی و شبیه سازی پایداری و کنترل می گشتند تا آن جاییکه دیگر نیازی به ساخت هواپیما نباشد. این مسئله با افزایش سرعت هواپیماها همراه شد و باعث افزایش نیاز به تونلهای باد پیچیده تر گشت. و به طور اختصاصی بعد از جنگ جهانی دوم به تونلهای ما فوق صوت نیاز بود.
تونلهای باد ما فوق صوت به صورتی کار میکنند که بر خلاف منطق به نظر می آید. مثلا در گلوگاه تونل باد تنگ شده انتظار میرود که سرعت بادی که از میان آن عبور میکند افزایش یابد بنابراین به نظر میآید که در چنین تونل باد هایی مدل باید در گلوگاه قرار گیرد تا با سطح بالاتری از سرعت جریان در تماس باشد. اما واقعیت بدین گونهاست که به محض رسیدن جریان به این قسمت سرعت هواپیما به ماخ ۱ میرسد، هوا متراکم و گرم میشود. وقتی که هوا از این گلوگاه عبور میکند (در واقع سرعتش بیشتر از ۱ ماخ است) انرژی که در هوا به علت متراکم شدن و گرم شدن ذخیره شده بود، به انرژی جنبشی تبدیل میگردد. به بیان دیگر تمام این انرژی ذخیره شده مجبور به تبدیل شدن به گونه دیگری از انرژی میباشد و در فرم جدید میزان زیادی هوا با سرعت بسیار بالا در حال حرکت از میان تونل میباشد. تونل باد ما فوق صوت به این طریق کار میکند و مدل در مقطعی از تونل که گشاد میشود قرار میگیرد.
تعداد بسیار زیادی تونل ما فوق صوت کوچک در دهٔ ۴۰ میلادی مورد استفاده بودند اما طراحان هواپیما به تونلهای بزرگتری برای مدل هایشان نیاز داشتند. در سال ۱۹۴۸ کمیتهٔ ملی مشورتی هوانوردی (ناکا) شروع به ساخت تونل بادهای مافوق صوتی با ابعاد ۱٫۲*۱٫۲ متر در مرکز تحقیقاتی لانگلی در سواحل اتلانتیک در ویرجینیا کرد. در همین زمان تاسیسات دیگر ناسا در مرکز ایمز واقع در کالیفرنیا نیز شروع به شاخت تونل مافوق صوت نسبتا بزرگتر و پیچیده تر کرد.
(اما مشکلاتی هم وجود داشت).به خاطر اینکه حتی نقصهای بسیار کوچک در دیوارهٔ تونل باعث فشرده شدن هوا و ایجاد شک ویو میشود، تونلهای ما فوق صوت به دیوارهی داخلی بسیار صافی نیاز دارند. بسیاری از همین اصول به کار رفته در تونلهای مافوق صوت در تونلهای ماورائ صوت به کار گرفته شدند تا سرعتهای بالاتر از ماخ ۵ نیز ایجاد شود. اما چندین مشکل دیگر نیز در این تونلها وجود دارد. یکی از آنها قدرت بسیار زیاد لازم برای شتاب دادن هوا میباشد، بنابراین بیشتر تونل بادهای ماورائ صوت نمیتوانند به طور مرتب و پیوسته کار کنند زیرا میزان بسار زیادی هوای فشرده را ذخیره میکند و در مدت بسار کوتاهی به طور پیوسته رها می سازد. به همین علت تونلهای ماورائ صوت دارای تانکهای بزرگی برای نگهداری هوای فشرده دارند. مشکل دیگر این میباشد که هوایی که از محفظهٔ تراکم خارج میشود، به علت تبدیل انرژی حرارتی آن به انرژی جنبشی سرد میشود. در این تونلها تا آنجایی هوا ممکن است سرد شود که به مایع تبدیل شود. این یک موضع سادهٔ رطوبت ایجاد شده در هنگاه کندانس کردن (چگال کردن) هوا نیست. خود هوا تبدیل به مایع میشود(نه رطوبت موجود در هوا). برای جلوگیزی از این تغییر فاز، هوا را وقتی که در محفظهٔ نگهداری میباشد قبل از رها سازی به طور عمدی گرم میکنند. برای مثال در تونلهای باد با سرعتهای ماخ ۱۰، هوا تا ۱۶۴۹ درجهٔ سانتی گراد گرم میشود تا وقتی رها میشود تغییر فاز ندهد (به مایع تبدیل نشود).
متد دیگر برای دست یابی به سرعتهای بالا این میباشد که مدل را از داخل لولهٔ یک اسلحه، در داخل تونل باد بر خلاف جریان شلیک کرد. در این حالت سرعت مدل با سرعت جریان هوا جمع میشود و سرعت شبیه سازی شدهٔ بالایی را ایجاد میکند. مدلها در حالی که با سرعت بالا حرکت میکنند، عکس بر داری میشوند. در این متد به خاطر این که برای رسیدن به سرعتهای ماورائ صوت فقط هوا به تنهایی حرکت نمیکند، مشکلی در رابطه با مایع شدن (تغییر فاز) هوا ایجاد نمیشود. اما مدلها در پروسهٔ آزمایش از بین میروند.


یکی از پیشرفتهای مهم در طول این مدت (۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰)، شیارهای داخل دیوارهٔ تونل باد بود. یک مشکل بزرگ با تونلهای باد این بود که جریان هوای ردشده از مدل میتواند با دیوارهٔ تونل برخورد کند و به سمت مدل برمی گردد و یا در وسایل ای آزمایش اختلال ایجاد میکند. ری رایت، یک محقق در مرکز تحقیقاتی لانگلی پیشنهاد کرد که شیارهایی در دیوارهٔ تونل باد ایجاد شود تا هوا در اطراف مدل راحت تر حرکت کند. یک گروه دیگر از متخصصان آیرودینامیک به سرپرستی جان استک این روش را در یک تونل مافوق صوت به کاربردند که فورا بسیاری از مشکلاتی را که آنها در سرعتهای نزدیک ماخ ۱ با آن مواجه بودند حل کرد. به عنوان نتیجهٔ کار آنها جایزهی کلییرترافی در سال ۱۹۹۵ به استک و گروه او داده شد. جایزهای که مهمترین پیشرفت در دانش هوانوردی در سال را نشان میدهد.
در ضمن استفاده کردن از تونل باد برای طراحی هواپیماهای جدید، مشکلات دیگری را نیز که بر روی هواپیماهایی که تازه عملیاتی شده بودند (تازه ساخته شدهاند) تاثیر میگزارد حل میکند. یک مشکل که هواپیماهایی که در دمای پایین پرواز میکنند عاجز میکند یخ میباشد. یخ بر روی ملخها و بدنهٔ هواپیما، مخصوصا ٌ بالها تشکیل میشود و بر عملکرد هواپیما تأثیر مخربی دارد. تشکیل یخ به طور اختصاصی روی بالها بد میباشد زیرا میتواند لیفت را از بین برده باعث از دست رفتن ارتفاع هواپیما وسقوط آن میشود و یا میتواند جلوی حرکت سطوح کنترل را گرفته و پرواز را برای خلبان غیر ممکن کند.
توسعهٔ ساخت تونلهای یخی در دههٔ ۴۰ برای مطالعه روی این مسئله شروع شد. آنها شبیه تونلهای سادهٔ مادون صوت ساده هستند اما با سیستم خنک کنندهای که میتواند هوا را به خوبی تا زیر دمای یخ زدن (دمای انجماد آب) خنک کند مجهز شدهاند. قطرات آب درون جریان هوا اسپری میشود تا روی بدنهٔ هواپیما یخ بزنند. مهندسان تشکیل یخ روی هواپیما را نظارت میکنند. وسائل ضد یخ مثل گرم کنهای برقی و یا لولههای شامل مایع ضدیخ مثل الکل در قطعاتی از هواپیما که بیشتریین میزان یخ تشکیل میشود نصب شدهاند. در تونل یخ وقتی یخ شروع به تشکیل روی بدنهٔ هواپیما میکند، گرم کنها روشن میشونند و محققان تأثیر این وسایل را در جلو گیری از تشکیل یخ را بررسی میکنند.
مدلهای دیگری از تونلهای باد نیز موجود است. "تونلهای گردش" که رفتار هواپیما را وقتی که خارج از کنترل، پرواز و شروع به گردش میکند (در اصطلاح خلبانان به آن انحراف از پرواز کنترل شده میگویند) را آزمایش میکنند. این تونلها آزمایش میکنند که آیا در این حالت خلبان میتواند پرواز را به حالت عادی برگرداند یا باید اجکت کند. تونلهای پرواز آزاد نیز وجود دارند، جایی که مدلها توسط کنترل از راه دور واقعاٌ به پرواز در میآیند، به کمک خلبانی که در اتاق کنترل نشسته و سیگنالها را از طریق کابل متصل به هواپیما می فرستد. تونلهای کوره مانندی برای تست چگونگی رفتار موشکها و فضاپیماها در جریانهای دما بالا وجود دارند. مثلاٌ وقتی که در حال برگشت به اتمسفر زمین هستند. تونلهای مغناطیسی نیز وجود دارند. جایی که مدل داخل تونل توسط میدانهای بسیار قدرتمند مغناطیسی در حال تعادل نگه داشته میشوند و اندازه گیریهای بسیار دقیق تری برداشته شود.
قبل از دههٔ ۵۰ میلادی بیشتر تونلهای باد، در ایالات متحده ساخته شدند وهمه توسط ناکا اداره میشدند. اما در سال ۱۹۴۶ در نتیجهٔ یک مطالعه در مورد تونلهای باد در ایالات متحده این پیشنهاد شد که ضنعت و دانشگاهها نقش بزرگتری در توسعهٔ تونلهای باد دارند. این مسئله به عقد قرار داد تونل باد ملی در ۱۹۴۹ سرانجام یافت. قرار داد، تونلهای باد مافوق صوت جدید را در سه تاٌسیسات اصلی ناکا را مقرر کرد. همچنین برایجاد تونلهای مافوق صوت مشخص در دانشگاهها پا فشاری میکرد. پیشرفتها در تونلهای باد دانشگاهی به صورت پایهای از دو جهت مهم بود، تا هم نتایج تحقیقات ناکا را چک کند و هم مهندسان جدید در علم آئرودینامیک آموزش دهد، و کمتر شدن نقش بودجهٔ دولت در تحقیقات تونل باد را نشان دهد.
برای سالها تونلهای باد راه کم خرج تری را برای تست هواپیما نسبت به ساخت هواپیما با سایز اصلی ارائه کردند. اما تحقیقات تونل باد نیز گران بوده و هست. آزمایش یک طرح جدید هواپیما در یک تونل باد میلیونها دلار خرج دارد. در نتیجه طراحان به طور فزایندهای به سمت کامپیوتر و متدهایی، که حل عددی مکانیک سیالات (هوا، آب، ...) گفته میشود، تغییر مسیر دادند. متدی که جریان سیال را به طور کامل شبیه سازی میکند. کامپیوترهای قدرتمند نسبتاٌارزان بوده و مدلهای کامپیوتری خیلی راحت تر از مدلهای فیزیکی که از پلاستیک، آهن یا چوب ساخته میشوند قابل تغییر هستند.
امروزه تونلهای باد کمتر و کمتر مورد استفاده قرار میگیرند و تونلهای باد غول پیکری که مورد نیاز بودند و در دههها ۴۰ و ۵۰ میلادی در بسیاری از مراکز تحقیقاتی آیرودینامیک شروع به کار کردند، هک اکنون فقط گاهی اوقات به عنوان پشتوانهٔ شبیه سازیهای کامپیوتری مورد استفاده هستند تا ثابت کنند که حدسهای عددی درست هستند.گرچه در بسیاری از موارد مهم، طراحان هواپیما مجبور به استفاده از تونلهای باد برای آزمایش طرح هایشان بعد از شبیه سازی و حدس اشتباه هستند. برای مثال موشک هوا پرتاب "پگاسوس ایکس ال" تلفات داد، در یک نقص ایرودینامیکی در پرواز که پیشبینی نشده بود. اما در طول سالها بیشتر تونلهای بزرگ باد ساخت ناکا ممکن است به طور کامل خاموش شوند. صدای مهیب آنها با صدای وزوز کردن فن کامپیوترها جانشین شدهاست.

آشنایی با تحلیل جریان بر روی مدل در تونل باد
شکل زیر جزئیات جریان هوا در اطراف یک هواپیمای مدل را که در یک تونل بادر در حال تست می باشد، نشان می دهد. دانشمندان برای بررسی مقاومت هواپیما و عملکرد مناسب آن، مدل هواپیمای مورد نظر را ساخته و آن را درون تونل باد تست می نمایند. با رسیدن سرعت پرواز هواپیمای مدل به سرعت صوت، از امواج صوتی تولید شده توسط موتور خود سبقت می گیرد و امواج فشاری را در پشت سر خود به جای می گذارد.

تست ها برای رساندن نیروی برا به حداکثر و نیروی پسا به حداقل مقدار خود به کار می روند. تونل های باد بسیار پر هزینه و خطرناک می باشند. هوا در تونل بادهایی که با 10 برابر سرعت صوت حرکت می کند ممکن است آن قدر سرد شود که به مایع تبدیل شود.

مکانیک پرواز در هواپیما

بر هواپیمائی که در حال پرواز یکنواخت و مستقیم است چهار نیرو وارد میشود:

  • نیروی پیشرانش که هواپیما را به جلو میبرد.
  • نیروی برآر ناشی است از شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا و هواپیما را به بالا میبرد.
  • نیروی پسار یا نیروی مقاوم هوا که جهت آن رو به عقب هواپیما است و همواره در مقابل نیروی پیش رانش قرار دارد و مقدار آن بستگی به شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا دارد.
  • نیروی وزن که هواپیما را به پائین میکشاند.
نیروی پیشرانش در خلاف جهت نیروی پسار است و نیروی وزن هواپیما در خلاف جهت نیروی برا قرار دارد. اگر نیروی پیشرانش بزرگتر از نیروی پسار یا مقاومت هوا نباشد هواپیما دچار واماندگی خواهد شد و همچنین برای پرواز باید نیروی برآر از نیروی وزن بیشتر باشد تا هواپیما بتواند از زمین بلند شده و پرواز کند. وزن هواپیما ثابت است (بدون در نظر گرفتن وزن سوخت) ولی در شرایط مختلف پرواز نیروهای دیگر (نیروی برار و نیروی پسار و نیروی پیشرانش) ممکن است تغییر نمایند. مثلاً در هنگام اوج گیری که زاویه هواپیما نسبت به افق بیشتر است نیروی پسار هم بیشتر خواهد بود. اگر توان موتور یا نیروی پیشرانش نتواند نیروی پسار ایجاد شده در اثر افزایش زاویه پرواز هواپیما را جبران کند، هواپیما دچار واماندگی خواهد شد. همچنین نیروی برار هم با افزایش سرعت هواپیما افزایش خواهد یافت و با ارتفاع گرفتن هواپیما در اثر رقیق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپیما) کاهش مییابد.
منابع

  • US Depatrtment of Transportation, Federal Aviation Administration, Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge, 2003
 
P O U R I A

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
زمین سومین سیاره منظومه شمسی است. قبل از زمین به ترتیب دو سیاره تیر (عطارد) و ناهید (زهره) قرار دارند که در علم نجوم آنها را سیاره های داخلی می نامند. سیاره داخلی چون در داخل مدار زمین به دور خورشید هستند. قرار گرفتن دو سیاره تیر و ناهید میان زمین و خورشید باعث می شود که هر از چند گاهی ساکنان سیاره زمین شاهد گذر یکی از آنها از میان قرص خورشید باشند.


اما فاصله دور این دو سیاره از زمین، کوچکی آنها در مقایسه با قرص عظیم خورشید و نور شدید این ستاره باعث می شود که گذر سیارهای مانند کسوف که گذر ماه از میانه مسیر نور خورشید به زمین است، قابل تشخیص نباشد. راستش را بخواهید اگر ندانید که ناهید قرار است گذر کند، اصلا متوجه آن هم نخواهید شد.
اما این رویداد با عظمت اتفاقی نیست که هر سال و یا حتی هر ده سال یکبار رخ دهد که بشود دیدن آن را به دفعه بعد موکول کرد. با مقایسه سرعت چرخش ناهید و زمین به دور خورشید و با توجه به فاصله این دو سیاره از ستاره درخشان منظومه شمسی متوجه می شویم که گذر زهره از مقابل خورشید در دورههای مشابهای رخ نمیدهد.
آخرین گذر زهره حدود هشت سال پیش رخ داده که اولین گذر زهره پس از اختراع کامپیوتر به شمار میرفته است. گذر بعدی اما تا 105 سال دیگر رخ نخواهد داد. بنابراین فرصت نگاه کردن به سیارهای که به قول ابن سینا همچون خالی بر گونه خورشید مینشیند، شانسی است که به احتمال قوی فرزندان ما نیز از آن بی بهره خواهند بود. پس توصیه میشود این شانس بزرگ را از دست ندهید.
چهارشنبه هفته آینده، هفده خرداد ۱۳۹۱ از زمانیکه خورشید طلوع میکند تا حدود ساعت 9:30 صبح می توانید شاهد بخش پایانی گذر زهره در آسمان ایران باشید. بخش ابتدایی گذر زمانی رخ می دهد که در آسمان ایران هنوز ستاره ها در آسمان می درخشند.
در تهران طبق معمول تا دلتان بخواهد برنامه برای رصد گذر زهره وجود دارد. مرکز علوم و ستارهشناسی تهران در شمال تهران و برج میلاد در مرکز این شهر برنامه های خود را برای رصد اعلام کردهاند. مشهد، بیرجند، کیش، اصفهان، شیراز، تبریز و تقریبا هر شهری که یک گروه نجومی کوچک دارد برای چهارشنبه صبح برنامه دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر به وبسایت شاخه آماتوری انجمن نجوم ایران مراجعه فرمایید.
دقت کنید که رصد گذر زهره از هر نقطهای روی سیاره زمین، منظره خاص خود را دارد. یکی ناهید را میبیند که از بالا وارد شده و از میانه خورشید خارج میشود و دیگری بر عکس مشاهده میکند که الهه زیبایی از میانه وارد شد و از گوشه پایین خورشید خارج شد. این موضوع به یک اصل ساده هندسی وابسته است و منظر متفاوت افراد از یک رویداد واحد که در شکل زیر توضیح داده شده است.




​
آنچه مسلم است اینکه اگر شما از ایران گذر را رصد میکنید تماس اول و دوم که به مماس شدن قرص سیاره ناهید از بیرون و درون بر قرص خورشید گفته میشود را نخواهید دید چون زمانی رخ میدهد که خورشید هنوز طلوع نکرده است. اما شانس دیدن تماس سوم و چهارم را از دست ندهید.
رصد گذر زهره هر چند در ظاهر به نظر تماشای ساده یک پدیده نجومی نادر به نظر میرسد اما در باطن آزمایشگاه بینظیری برای ستارهشناسان و سیاره شناسان سراسر دنیا است تا با اندازهگیریهای ساده و دقیق بسیاری از پارامترهای اتمسفری، مداری و فیزیکی سیازه زهره را مشخص نمایند. اگر شما هم علاقمند به انجام یک کار علمی و تحقیقاتی در این زمینه هستید حتما به وبسایت شاخه آماتوری انجمن نجوم ایران و وبسایت گروه خاورمیانه آیوتا مراجعه فرمایید.

سرانجام و پس از یک تلاش ناموفق در روز شنبه (سه روز پیش) ، حدود ساعت ۱۱ صبح امروز به وقت تهران فضاپیمای فالکون در حالی که نمونه باربری کپسول دراگون را حمل میکرد سفر تاریخی خود به فضا را آغاز کرد و بدینسان فصل نوینی از عصر فضا که شرکتهای خصوصی پرچمدار آن خواهند بود، رسما آغاز شد.



​
کمتر از ۱۰ دقیقه پس از آنکه ۹ موتور قدرتمند مرلین c-۱ این موشک فضایی که در مرحله اول پرتاب همزمان با هم روشن میشوند، پایگاه پرتاب کیپ کاناورال فلوریدا را به لرزه درآوردند، کپسول فضایی دراگون در مداری به ارتفاع تقریبی ۳۴۰ کیلومتر تزریق شد. مداری که در علم مکانیک مدارهای فضایی، مدار پارکینگ نامیده میشود. دراگون از امروز ظهر و بلافاصله پس از تزریق در مدار پارکینگ صفحات خورشیدی خود را باز کرد و شروع به کنترل اوضاع نمود. معمولا عملیات جدا شدن

از موشک فضایی و تزریق در مدار با اغتشاشاتی همراه است که تا کنترل شود، زمان لازم دارد.
پس از اصلاح وضعیت و قرارگیری در مسیر و جهت از پیش برنامهریزی شده، کامپیوتر مرکزی دراگون اصلاح مدار خود را آغاز خواهد کرد تا بتواند در روز پنجشنبه سر قرار خود با ایستگاه بینالمللی فضایی حاضر شود. اگر تمام سیستمهای پهلوگیری درست کار کنند دراگون اجازه خواهد یافت تا روز جمعه به ۱۰ متری ایستگاه برود و منتظر دان پتیت، فضانورد ناسا (NASA) و آندره کوییپرز، فضانورد اسا (ESA) از خدمه فعلی ایستگاه فضایی بینالمللی بشود تا این دو که مدتها است برای گذاشتن دست دراگون در دستان ایستگاه فضایی آموزش دیدهاند، با بازوی روباتیک کانادارم۲ دراگون را به محبوب خود برسانند. دراگون البته دست خالی به دیدار یار نشتافته است. ۵۰۰ کیلو غذا ولباس و سایر ملزومات نه چندان جدی، تحفهای است که در اولین پرواز بخش خصوصی جهان به فضا برده شده است.
ایلان ماسک، مدیر عامل شرکت اسپیس اکس (SpaceX) که امروز حتما در پوست خود نمیگنجد، در مصاحبه مطبوعاتی پس از پرتاب به خبرنگاران گفت: "در زمان پرتاب فالکون بدنم تمام آدرنالین ممکنه خودش را ترشح کرد. آرزوهای زیادی برای سفر به فضا با آن موشک که حالا به خوبی پرواز کرده وجود دارد. موشک به نرمی به فضا رفت، صفحات خورشیدی کپسول با موفقیت باز شدند و همه کارمندان اسپیس اکس دیدند که کاردستی آنها سربلندشان کرد. این درست مثل قهرمان شدن در یک مسابقه جهانی است."



اما محموله موشک فضایی فالکون در پرواز امروز به کپسول فضایی دراگون محدود نمیشد. فالکون امروز یکی از عجیبترین محمولههای فضایی تاریخ را نیز با خود به فضا برد.
ظرفی از خاکستر اجساد ۳۰۰ دلداده فضانوردی که در میان آنها خاکستر جسد جیمز (اسکاتی) دوهان، یکی از بازیگران مشهور پیشتازان فضا نیز وجود داشت. جیمز دوهان در سریال تلویزیونی پیشتازان فضا نقش یک سرمهندس فضاپیمای انترپرایز را بر عهده داشت که از اسکاتلند آمده بود و به همین دلیل اسکاتی نامیده میشد. او یکی از محبوبترین شخصیتهای این سریال موفق بود.
ظرف خاکستر دلدادگان فضانوردی که در مرحله دوم موشک جاسازی شده بود تا حدود یک سال در مدار باقی خواهند ماند و سپس در اثر برخورد مداوم با اتمسفر رقیق به تدریج سرعت مداری خود را از دست داده و سرانجام به جو غلیظ زمین بازگشته و قبل از رسیدن به سطح آن بخار خواهد شد.

بسیاری از تصاویر فضایی که تاکنون از قرص کامل سیارههای منظومه شمسی و به خصوص زمین دیدهاید، مجموعه به هم چسبیدهای از عکسهای مختلف هستند که در کنار هم مونتاژ شده و یک نمای زیبا از یک جرم سماوی را تشکیل میدهند. اما این تصویر خیره کننده از سیاره زمین کار بینظیری از دوربین ۱۲۱ مگاپیکسلی ماهواره هواشناسی الکترو-ال روسیه است که در طول جغرافیایی ۷۶ درجه شرقی و روی مدار زمینثابت معلق ایستاده و ۲۴ ساعته به زمین نگاه میکند.



​
این تصویر توسط مرکز تحقیقاتی رصد زمین متعلق به آژانس فضایی روسیه فدرال منتشر شده است.مدار زمین ثابت یک مدار منحصر به فرد است که در ارتفاع ۳۶ هزار کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد. موقعیت خاص این مدار باعث میشود که سرعت چرخش ماهواره در آن با سرعت چرخش زمین به دور خودش برابر بوده و از نظر ناظر زمینی چنین به نظر برسد که ماهواره در فضا معلق است. این مدار منحصر به فرد است و هر نقطه مداری روی آن برای ملتها ارزش استراتژیک دارد.
موقعیت ویژه این ماهواره در مدار زمین ثابت باعث شده تا تصویر واضحی از ایران، خلیج همیشه پارس، دریاس مازندران، شبه جزیره عربستان، هندوستان، بهش غربی استرالیا، مجموعه جزایر اندونزی، چین و شرق قاره آفریقا دیده شود. پوشش گیاهی در شمال، غرب و شمال شرقی ایران در این تصویر به خوبی آشکار و به رنگ نارنجی مشخص شده است.
دوربین فوق پیشرفته این ماهواره زاویه دید مناسبی دارد به گونهای که با توجه به موقعیت ماهواره نسبت به زمین میتواند از کل کره زمین یک تک عکس واضح بگیرد. تصاویر هر ۳۰ دقیقه یکبار در چهار باند مرئی و یک باند مادون قرمز گرفته شده و به زمین مخابره میشوند.



البته در موقعیتهای اضطراری مانند طوفانهای سهمگین یا وقوع یک سونامی، میتوان ماهواره را چنان تنظیم کرد که هر ۱۰ تا ۱۵ دقیقه یکبار کار عکسبرداری را تکرار کند. این تصاویر دقیقترین عکسهایی است که یک ماهواره هواشناسی از زمین میگیرد. وجود طیف مادون قرمز در این عکس که با رنگ نارنجی شبیه سازی شده است، طبیعت تصویر را از آنچه چشم انسان از آن فاصله میبیند، تغییر داده است. مناطقی که در طیف نارنجی رنگ آمیزی شدهاند، پوشش گیاهی را نشان میدهند چون گیاهان طیف مادون قرمز را به خوبی بازتاب میدهند.
ماهواره الکترو-ال که سال گذشته به فضا پرتاب شد علاوه بر این دوربین بی نظیر به تجهیزات و حسگرهای دیگری نیز مجهز است تا غیر از آب و هوای زمین، آب و هوای فضا را نیز رصد کند. این ماهواره میتواند میزان و شدت بادهای خورشیدی را اندازهگیری کرده و به زمین مخابره کند.
ماهواره الکترو-ال طراحی شده تابرای مدت ۱۰ سال در مدار زمین باقی بماند. مهمترین عاملی که طول عمر یک ماهواره مستقر در مدار زمین ثابت را تعیین میکند، خالی شدن مخازن سوخت آن است. مدار زمین ثابت مدار پایداری نیست. به این مفهوم که ماهواره های مستقر در آن به مرور به شرق یا غرب موقعیت خود حرکت میکنند. درست مانند اتومبیلی که در سراشیبی یک خیابان پارک شده باشد، این ماهوارهها نیز به ابزاری مشابه ترمز خودرو برای جلوگیری از انحراف احتیاج دارند. معمولا سازندگان ماهوارهها با در نظر گرفتن سرعت انحراف ماهواره از موقعیت اصلی، هر از چند گاهی موتورهای ماهواره را روشن میکنند، تا آن را به جای از پیش تعیین شدهاش بازگردانند و طبیعی است که پس از مدتی با اینکه ماهواره کاملا سالم است، اما به خاطر اتمام سوخت باید دهها میلیون دلار سرمایه را به مدار قبرستان، جایی بالاتر یا پایینتر از مدار زمین ثابت منتقل کرد تا نقطه مداری برای یک ماهواره تازه نفس آزاد شود.

اگر فردا طبق قول داده شده فضاپیمای فالکون (شاهین) پرواز تاریخی خود را برای حمل کپسول فضایی دراگون (اژدها) به مدار زمین آغاز کند، نقطه عطف مهمی در تاریخ فضانوردی جهان رقم خواهد خورد. چراکه برای اولین بار در تاریخ قرار است فضاپیمای یک شرکت خصوصی (SpaceX) در ازای دریافت پول کالای مورد نیاز ساکنین ایستگاه فضایی بینالمللی را تامین کند و ضایعات آنها را به زمین بازگرداند. رویدادی که آینده سفرهای فضایی را به فیلمهای علمی تخیلی نزدیک خواهد کرد و فرصتهای شغلی فراوانی ایجاد خواهد نمود.

فردا قرار است فالکون پر بگشاید و برای نخستین بار دراگون را راهی اتصال به ایستگاه فضایی کند. موشک فضایی فالکون-۹ و فضاپیمای دراگون که سوار بر آن راهی مدار زمین خواهد شد از کنار هم قرار گرفتن فناوریهای قدیمی اما قابل اطمینان در کنار دانش روز ساخته شدهاند. بسیاری از فناوریهای به کار رفته در آنها از پروازهای تاریخی آپولوها عاریت گرفته شده که از جمله میتوان به موتورهای به کار گرفته شده در مراحل مختلف موشک فالکون-۹ اشاره نمود.فالکون-۹ تا به امروز دو پرواز موفق را پشت سر گذاشته است. در پرواز دوم کپسول فضایی دراگون نیز همراه شاهین بلند پرواز راه آسمان را در پیش گرفته بود تا طراحان از صحت عملکرد همه سیستمها و زیرسیستمهای آن مطمئن شوند و حالا این سومین خیز شرکت اسپیس-اکس (SpaceX) برای فتح بازار پروازهای تجاری به مدار زمین است.
از همین حالا این شرکت تازه به دوران رسیده لیست بلندبالایی از مشتریان جهانی را در صف انتظار دارد به گونهای که تا ۳ سال دیگر هیچ کدام از کارمندان آن فرصت سر خاراندن نخواهند داشت.
دراگون هر چند قابلیت حمل تا هفت سرنشین را دارد اما از آنجاییکه این نخستین پرواز آزمایشی این فضاپیما برای اتصال به ایستگاه فضایی بینالمللی است، این بار سرنشینی نخواهد داشت و به حمل بار به مدار زمین اکتفا خواهد کرد. دراگون سرآغاز فصل جدیدی از فضاپیماهاست که ناسا پس از بازنشستگی شاتلها به آنها روی آورده است.


کپسول دراگون با جرمی معادل ۴۲۰۰ کیلوگرم استوانهای به قطر حدود ۴ متر و ارتفاع حدود ۳متر است. فضای مفید درون این کپسول که درون بخش آببندی شده آن قرار دارد ۱۰ متر مکعب خواهد بود. این کپسول نیروی خود را از صفحات خورشید که پس از قرار گرفتن در مدار باز میشوند تامین میکند و قرار است به شکل چند منظورهای مورد استفاده قرار گیرد. کاربرد اولیه این کپسول انتقال بار و محمولههای مورد نیاز به ایستگاه فضایی است.
با همکاری ناسا این کپسول به سیستم اتصال به ایستگاه بینالمللی فضایی مجهز شده است. به این ترتیب در صورت عملیاتی شدن این طرح، کپسول دراگون میتواند جایگزین فضاپیماهای باری پروگرس که ساخت کشور روسیه هستند، شود. این باربرهای قدیمی (طراحی آنها خیلی قدیمی است وگرنه هربار یک پروگرس نو ساخته و پرتاب میشود) در حال حاضر نقل و انتقال بار به این ایستگاه را بهعهده دارند. این موضوع به ویژه زمانی اهمیت مییابد که به یاد آوریم در حال حاضر ناسا برای همه نقل و انتقالهای مورد نیازش به ایستگاه وابسته به روسیه و کپسولهای قدیمی پروگرس است.
اما طراحی کپسول دراگون به گونهای است که قابلیت حمل مسافر را نیز دارد. بر اساس طرح اولیه با تغییر ساختار داخلی کپسول، دراگون میتواند تا ۷ فضانورد را به ایستگاه برده یا آنها را به زمین بازگرداند. کاری که پس از پایان ماموریت شاتلهای فضایی به طور انحصاری بر عهده روسیه و کپسولهای فضایی سایوز قرار دارد. زمانی که دراگون به این مرحله عملیاتی برسد ناسا میتواند برای انتقال فضانوردانش به جای روسیه به بخش خصوصی خودش که زیر نظر استانداردهای ناسا کار میکند متکی باشد و به این ترتیب بخشی از برنامه اعلام شده در چشمانداز جدید ناسا که اوباما آن را وعده داده بود محقق میشود. در این برنامه پیشبینی شده بود با توجه به توانایی بخش خصوصی نقل و انتقال بار و مسافر به مدارهای پایین و از جمله مداری که ایستگاه فضایی در آن قرار دارد به عهده بخش خصوصی گذاشته میشود و ناسا توان و نیروی خود را صرف توسعه پیشرانها و فناوری لازم برای سفر به مقاصد دور دستتر خواهد کرد. \
پیشبینی شده است زمانی که دراگون عملیاتی برای ناسا را بهعهده ندارد بتواند به عنوان یک آزمایشگاه مداری بدون سرنشین در اختیار دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی قرار بگیرد تا آنها بتوانند آزمایشهایی که نیاز به حضور کوتاه مدت در مدار زمین را دارند به انجام برسانند. به این ترتیب بخش تحقیقاتی فضایی میتواند بدون اینکه نیازمند انتظار رسیدن نوبت برای استفاده و انجام آزمایش در ایستگاه فضایی باشد به کمک بخش خصوصی این آزمایشها را به انجام برساند.
دراگون که سرانجام و پس از چند بار تاخیر قرار است فردا از سکوی پرتاب مرکز فضایی کندی برای یک ماموریت سه هفتهای به فضا فرستاده شود پس از رسیدن به ایستگاه فضایی بینالمللی باید مدتی از دور این ایستگاه را تعقیب کند تا بررسیهای راه دور از بخشهای مختلف آن تمام شود و تنها در آن صورت، با کمک کانادارم۲ که بازوی روباتیک ایستگاه فضایی بینالمللی است در کنار آن پهلو میگیرد.

این فضاپیما هنگام حضیض مداری ایستگاه (کمترین فاصله ایستگاه تا زمین) به آن نزدیک میشود و توقفی کوتاه در فاصله دو و نبم کیلومتری آن دارد. دلیل این توقف بررسی مجدد حسگرها و سیستمهای نوری برای اقدام به پهلوگیری در امنیت کامل است. هنگامی که دراگون کاملا در کنار ایستگاه فضایی قرار میگیرد، کانادارم-۲ وارد عمل میشود و به کپسول دراگون قلاب میشود و آن را به سمت یکی از لنگرگاههای ایستگاه فضایی هدایت میکند.



دان پتیت، فضانورد ناسا (NASA) و آندره کوییپرز، فضانورد اسا (ESA) که هر دو از خدمه فعلی ایستگاه فضایی بینالمللی هستند، عملیات پهلوگیری را کنترل خواهند کرد. این عملیات هشت تا ۱۰ متر زیر ایستگاه انجام میشود؛ به این صورت که پتیت بازوی روباتیک کانادارم۲ را کنترل میکند و خود کانادارم-۲ هم تحت کنترل کوییپرز است که آن را دقیق در کپسول قلاب میکند تا کپسول بدرستی به ایستگاه نزدیک شود.

دراگون سومین فضاپیمایی است که در طول ماموریتش از کانادارم-۲ برای پهلوگیری استفاده میکند. در طول ۱۸ روزی که دراگون در کنار ایستگاه بینالمللی فضایی است، فضانوردان بار آن را که حدود نیم تن غذا و لباس است، تخلیه میکنند و به اتاقهایی که از قبل تنظیم فشار شده، میبرند. در روز ششم ماموریت، کانادارم-۲ و وسیله دیگری به نام دکستر، بدنه و سطح خارجی دراگون را بررسی میکنند تا در صورت مشاهده هرگونه اثر ضربه یا آسیبدیدگی، آن را ثبت و به مرکز کنترل زمینی مخابره کنند.در پیان ماموریت هم، کانادارم-۲ دراگون را از ایستگاه جدا میکند تا این وسیله نقلیه بزرگ برای فرود به زمین برگردد تا در آنجا سرویسهای لازم را دریافت کند و برای ماموریتهای بعدی آماده شود.

ایلان ماسک (Elon Musk)، مدیر عامل شرکت اسپیس-اکس که اصالتا اهل آفریقای جنوبی است، قبل از مدیریت این شرکت تاریخ ساز، کارهای بزرگ دیگری نیز انجام داده بود. او مجموعه مالی بزرگ Paypal برای پرداختهای اینترنتی و شرکت تسلا، سازنده اتومبیلهای برقی را نیز بنیان نهاده و از مدیران ارشد شهر خورشیدی است. نگاه این مخترع بزرگ به سه حوزه اینترنت، انرژی های پاک و سفر تجاری به فضا می تواند برای هر انسان بلندپروازی، مسیر آینده سیلاب خروشان پول و ثروت را نشان دهد. آیا شما هم آرزوی ثروتمند شدن را در سر دارید؟


ایلان ماسک (Elon Musk)، مدیر عامل شرکت اسپیس-اکس در کنار موشک فضایی فالکون-۹
​
 
برای ارسال پاسخ شما باید وارد سیستم شوید.
Similar threads
Thread starter عنوان تالار پاسخ ها تاریخ
vanta کتاب "آموزش مقدماتی مدلسازی سیستم‌های مهندسی با استفاده از زبان Modelica" مهندسی هوافضا 0
daboplain معرفی مهندسی هوافضا مهندسی هوافضا 1
J کدوم یک از اینا بدرد مهندسی هوافضا میخوره؟؟؟؟....لطفا هر کس بیاد نظر بده...... مهندسی هوافضا 3
J ***$$$((( فیلم آموزشی برای دروس رشته ی مهندسی هوافضا )))$$$*** مهندسی هوافضا 7
muhamedro معرفی کتاب ریاضی مهندسی مهندسی هوافضا 7

Similar threads

بالا