Raketový motor

Raketový motor Raketový motor vytvára hnaciu silu, ktorá ženie raketu vpred, a je tak jednou z najdôležitejších súčastí nosnej rakety. Prvá historicky overená zmienka o raketovom pohone sa datuje do roku 1232, kedy Číňania použili v boji proti Mongolom šípy poháňané raketovým motorčekom na strelný prach. Od tohto okamihu sa začali rakety objavovať vo výzbroj všetkých veľkých armád sveta a tento stav pretrval dodnes. Raketové motory však nepoháňa iba rakety pre vojenské účely, ale aj sondážne rakety pre výskum vysokých vrstiev atmosféry a kozmickej rakety, pomocou ktorých človek dobýva vesmír a pripravuje si tak predmostie pre budúce opustenie Zeme. Pohonná jednotka využívajúca reaktívny princíp U chemických raketových motorov sa v spaľovacej komore spaľuje raketové palivo (pohonné látky sú buď tuhé alebo kvapalné) a vznikajúce horúce spalné plyny o vysokom tlaku expandujú (zväčšuje sa merný objem plynov alebo pár) a unikajú tryskou do okolitého priestoru sa značnú rýchlosťou. Podľa zákona zachovania hybnosť je raketový motor (as ním spojená raketa) urýchľovaná opačným smerom. Štartujúci raketa sa po štarte hneď neodlepí od krajiny, čo je dané tým, že ťah raketových motorov premáha spočiatku hlavne hmotnosť stroja. Keďže sa však nádrže na palivo sa stúpaním rakety odľahčujú, môžeme vidieť, ako postupne naberá rýchlosť. Jej rýchlosť sa stále zväčšuje až dosiahne rýchlosť potrebné na prekonanie zemskej príťažlivosti. Rakety musia mať motory pracujúce aj vo vzduchoprázdne. Tieto motory sú preto založené na inom princípe ako reaktívne motory lietadiel, ktoré potrebujú atmosférický kyslík. Rakety teda nemajú len zásoby paliva, ale tiež zásoby kyslíka väčšinou v tekutej forme, ktorý sa skladuje pri veľmi nízkych teplotách. Zásoby kyslíka účinkujú ako zápalná zmes. Palivo a zápalná zmes sa nazývajú propergoly-raketová paliva. Ak sú pevné, znamená to, že ide o zmes pripravenú už pred použitím, ak sú tekuté, vezie si ich raketa v oddelených zásobníkoch. Moderné rakety majú väčšinou raketové motory na kvapalné palivo, ktoré sa dá lepšie ovládať ako tuhé palivá. Palivom je často letecký benzín. Motory na pevné palivo sa používajú u pomocných raketových motorov, ktoré sa po dosiahnutí potrebnej rýchlosti odhadzujú. Fáza horenia raketového motora: Raketové pohonné hmoty Pohonné hmoty sa u raketových motorov podieľajú veľmi významnou mierou na ich celkovom výkone a odrážajú čiastočne aj konštrukčné filozofiu jednotlivých krajín. Pohonné hmoty, ako kvapalné, tak aj pevné, sa hodnotí, rovnako ako motory, pomocou svojho špecifického impulzu. Ten je spravidla udáva pre hodnoty tlaku 7 MPa v spaľovacej komore a 0,1 MPa v ústí trysky. Raketové pohonné hmoty sú charakterizované tým, že tepelnú energiu uvoľňujú pri spaľovaní, to znamená pri zlučovaní rôznych prvkov s kyslíkom. Z chemického hľadiska poskytujú podobné reakcie ako kyslík ešte prvky fluór a chlór (a tiež ich zlúčeniny). Preto aj zlučovanie rôznych prvkov s fluórom a chlórom alebo ich zlúčeninami je možné približne označiť ako spaľovanie príslušných prvkov. Tu treba poznamenať, že raketa nesie kyslík (prípadne chlór, alebo fluór) potrebný na spaľovanie priamo vo svojom tele, takže spaľovanie nie je závislé na okolitom prostredí rakety. Raketové pohonné hmoty sú zmesou niekoľkých látok rôzneho chemického zloženia. Vzhľadom k fyzikálnemu skupenstve sa delí raketové pohonné hmoty na dve základné skupiny: a) raketové pohonné hmoty tuhé (TPH) b) raketové hmoty kvapalné (KPH) Tuhé pohonné hmoty majú pred kvapalnými rad predností, z ktorých hlavnou je tá, že motor na TPH je neporovnateľne jednoduchšie, lacnejšie av prevádzke spoľahlivejšie ako motor kvapalinový. Ekonomickú nevýhodou TPH je niekoľkonásobne vyššia cena v porovnaní s bežnými druhmi KPH. Táto nevýhoda stráca na význame pri komplexnom rozbore ceny motora na TPH a KPH rovnakého výkonu, pretože vzhľadom k podstate jednoduchší konštrukcii motora na TPH je cena celej rakety s TPH zvyčajne nižšia ako cena zložitejšie rakety s KPH. Tuhé raketové pohonné hmoty patria podľa fyzikálnych vlastností do dvoch skupin.Tuhé okysličovadlo je hlavným nositeľom kyslíka potrebného na spaľovanie. Jeho tepelným rozkladom sa uvoľňuje kyslík, ktorý sa využije pri spaľovaní. Preto ako tuhých okysličovadiel je možné použiť všetkých látok, ktoré vo svojej molekule obsahujú dostatočný počet atómov kyslíka a sú schopné po silnom dávať voľný kyslík. Takýmito látkami sú peroxid, dusičnany, chlorečnany a chloristany. Najpoužívanejším tuhým okysličovadlom je dusičnan sodný NaNO3, chlorečnan draselný KClO3, cloristan draselný KClO4 a chloristan amónny NHClO4. Tuhé palivo je hlavným nositeľom prvkov schopných horieť s kyslíkom. Týmito prvkami sú vodík, uhlík, síra, ale aj hliník, horčík, bór atď Tuhým palivom môžu byť všetky zlúčeniny obsahujúce uvedené prvky, alebo prvky samotnej. Spojivo slúži na spojenie všetkých zložiek tuhých pohoných hmôt, a musí mať preto dostatočnú spojovacie schopnosť. spojivom býva najčastejšie niektoré syntetické živice, guma, asfalt a podobne. Technologické prísady sú látky, ktoré umožňujú, alebo uľahčujú výrobu hmoty. Katalyzátory slúžia na ovplyvňovanie vlastností pohonné hmoty v želanom smere. Najčastejšie je ovplyvňovaná rýchlosťou horenia. Ako katalyzátorov sa obvykle užíva solí ťažkých kovov. Vývoj raketových motorov je až do 20. storočia charakterizovaný náhlymi skoky a zastúpením jediného druhu - raketových motorov na TPH. V priebehu minulého storočia sa už búrlivo rozvinuli motory na KPH, ktoré svojimi výkonmi umožnili vesmírne lety. Okrem sublimačné a plynových motorov boli tiež experimentálne vyskúšané niektoré druhy fyzikálneho pohonu. V súčasnej dobe prebiehajú práce na zlepšovaní starých a vývoji nových chemických raketových motorov (Aerospike) a na vývoji nových fyzikálnych motorov, z ktorých majú zatiaľ zrejme najväčšiu šancu elektrostatické a plazmové. Ak sa podarí zvládnuť otázku získavania veľkého množstva elektrickej energie, môžu nastúpiť aj vysoko výkonné motory elektrotermálne. Za priekopníka raketových motorov je považovaný hlavne Rus Konstantin Eduardovič Ciolkovskij. Učil na strednej škole aritmetické a všetok svoj voľný čas obetoval tomu, že sa snažil prísť na to, ako by mohol fungovať raketový pohon na cestu vesmírom. Vo vesmíre totiž nie je vzduch, ktorý by letiaci stroj nadnášel. Čím viac sme nad zemským povrchom, tým je vzduch redší, až sa nakoniec ocitneme vo vákuu. A v ňom sú stroji krídla zbytočná, rovnako ako vrtuľový alebo prúdový pohon. A preto je vo vesmíre najlepším dopravným prostriedkom ten, ktorý bude poháňaný raketovým motorom.