.

الصواريخ متعددة المراحل Multi staging of Rockets

 

الصاروخ متعدد المراحل (Multistage أو Multi-stage) هو صاروخ يستخدم مرحلتين أو أكثر ، تحتوي كل منهما على محركاتها ووقود الدفع الخاص بها. المرحلة الترادفية Tandem Stage أوما يطلق عليها أيضا المرحلة التسلسلية Serial Stage يتم تثبيتها فوق مرحلة أخرى ؛ بينما في المرحلة الموازية Parallel Stage بجانب وبمحازاة مرحلة أخرى. والنتيجة عملياً وجود صاروخان أو أكثر مكدسان فوق بعضهما البعض أو متصلان بشكل متوازي لبعضهما البعض. هذا التكوين الناتج يطلق عليها أحيانًا اسم مركبة الإطلاق Launch Vehicle . الصواريخ ذات المرحلتين شائعة جدًا ، ولكن تم إطلاق صواريخ تحتوي على ما يصل إلى خمس مراحل منفصلة وبنجاح. من خلال التخلص من المراحل Jettisoning Stages عند نفاد وقودها ، تقل كتلة الصاروخ المتبقي. التقسيم إلي مراحل Staging يسمح بدفع المراحل المتبقية بقوة لتسريع الصاروخ بسهولة أكبر لكي يصل إلى سرعته Final Speed وارتفاعه Final Height النهائيين.

 

 التقسيم إلي مراحل متسلسلة Serial Staging أو مترادفة Tandem Staging .

التقسيم إلي مراحل متوازية Parallel Staging .

.

في مخططات المراحل التسلسلية أو الترادفية Serial or Tandem Staging ، عادة ما تكون المرحلة الأولى الموجودة في الأسفل هي الأكبر حجما ، وتتواجد المرحلة الثانية والمراحل العليا اللاحقة فوقها ، وعادة ما تتناقص في الحجم. في مخططات المراحل المتوازي Parallel Staging ، تُستخدم المعززات الصاروخية الصلبة أو السائلة Solid or Liquid Rocket Boosters للمساعدة في الإقلاع. ويشار إليها أحيانًا باسم “المرحلة Stage 0”. في الحالة النموذجية ، يتم إطلاق كلا من محركات المرحلة الأولى First Stage ومحركات المعززات Booster Engines معا لدفع الصاروخ بأكمله إلى أعلى، وعندما ينفد الوقود من المعززات ، يتم فصلها عن بقية الصاروخ (عادةً يتم الفصل باستخدام نوع من الشحنة المتفجرة صغيرة الحجم) وتسقط بعيدًا. ويستمر إشعال المرحلة الأولى حتى انتهاء وقودها ثم تسقط. بذلك يصبح حجم الصاروخًا أصغر ، وتكون المرحلة الثانية هي الموجودة في الأسفل ، وتبدأ إشعال محركاتها بعد ذلك. تُعرف هذه العملية في دوائر الصواريخ باسم التقسيم لمراحل Staging ، وتتكرر تلك العملية حتي الإنتهاء من وقود آخر مرحلة.

 

في بعض الحالات مع المراحل المتسلسلة Serial Staging ، تشتعل محركات المرحلة العليا قبل الفصل – تم تصميم الحلقة البينية Interstate Ring مع وضع ذلك في الاعتبار ، ويتم استخدام الدفع للمساعدة في فصل المركبتين بشكل إيجابي. (للتفاصيل انظر: موضوع فيما هو قادم تحت عنوان: الفصل الساخن Hot Staging للمراحل)

.

مزايا Advantages المراحل

 

السبب الرئيسي لاستخدام الصواريخ متعددة المراحل Multi-Stage Rockets والمعززات هو أنه بمجرد استنفاد الوقود ، تصبح المساحة والبنية الحاوية لذلك الوقود والمحركات نفسها عديمة الفائدة وتضيف وزناً للمركبة فقط مما يؤدي إلى إبطاء تسارعها المستقبلي. وبإسقاط تلك المراحل التي لم تعد مفيدة ، يخفف الصاروخ من وزنه. إن قوة الدفع في المراحل التالية سيكون قادرة على توفير تسارع أكبر مما لو كانت المرحلة السابقة لا تزال متصلة ، أو مما في حالة استخدام صاروخًا واحدًا كبيرًا قادرًا على ذلك. عندما تسقط مرحلة ما ، فإن بقية الصاروخ لا يزال يسير بالقرب من السرعة التي بلغها كامل التجميعة في وقت إيقاف محرك المرحلة الساقطة. هذا يعني أن الصاروخ يحتاج إلى وقود إجمالي أقل للوصول إلى سرعة معينة و / أو إلي ارتفاع معين.

 

ميزة أخرى لتقنية المراحل، هي أن كل مرحلة يمكن أن تستخدم نوعًا مختلفًا من محركات الصواريخ يتم ضبط كل منها وفقًا لظروف التشغيل الخاصة بتكل المرحلة. وبالتالي فإن محركات المرحلة الأولي السفلية تكون مصممة للاستخدام في الضغط الجوي Atmospheric Pressure ، بينما يمكن أن تستخدم المراحل العليا محركات مناسبة للبيئة القريبة من الفراغ. تميل المراحل السفلية إلى الاحتياج لهيكل أكبر مما يحتاجه الجزء العلوي لأنها تحتاج إلى تحمل وزنها بالإضافة إلى وزن المراحل التي فوقها ، وبالتالي فإن تحسين هيكل كل مرحلة يقلل من الوزن الإجمالي للمركبة Vehicle (الصاروخ) ويكون ذلك ميزة إضافية.

.

المركبات المدارية أحادية المرحلة Single-stage-to-orbit SSTO : هي مركبة فضائية مُصممة للوصول إلى المدار من سطح جرم ما باستخدام الوقود والموائع فقط وبدون استهلاك أو التخلص من الخزانات أو المحركات أو الأجهزة الرئيسية الأخرى. يشير المصطلح عادةً، ولكن ليس حصريًا، إلى المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام Reusable Vehicles . حتي الآن لم تُبنى أي مركبة مدارية أحادية المرحلة SSTO مخصصة للإطلاق من كوكب الأرض على الإطلاق. حتى الآن، يجري إطلاق المركبات المدارية على متن «صواريخ متعددة المراحل Expendable Multi-Stage Rockets» مستهلكة بالكامل أو بشكل جزئي.

.

عيوب Disadvantage المراحل

 

على الجانب السلبي ، يتطلب التقسيم لمراحل Staging أن تقوم المركبة بحمل محركات لن يتم استخدامها إلا في وقت لاحق من المهمة ، بالإضافة إلى جعل الصاروخ بأكمله أكثر تعقيدًا وأصعب في البناء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كل حدث لفصل مرحلي Staging Event يمثل نقطة فشل محتملة Point of Failure أثناء الإطلاق ، وذلك لاحتمال فشل عملية الفصل Separation Failure أو فشل اشتعال المحركات Ignition Failure التالية أو تصادم المرحلتين Stage Collision . ومع ذلك ، فإن المميزات كبيرة جدًا لدرجة أن كل صاروخ تم استخدامه حتي الآن لإيصال حمولة إلى المدار كان يحتوي علي مراحل Staging من نوع ما.

 

في الآونة الأخيرة ، أصبحت فائدة هذه التقنية موضع تساؤل بسبب التطورات في التكنولوجيا. في حالة المكوك الفضائي ، يبدو أن تكاليف عمليات الإطلاق الفضائية تتكون في الغالب من التكاليف التشغيلية Operational Costs للأشخاص المعنيين ، بدلاً من تكاليف الوقود أو المعدات. يبدو أن تقليل هذه التكاليف هو أفضل طريقة لخفض تكاليف الإطلاق الإجمالية. ولخفض تكاليف مركبات الإطلاق، يتم النظر في التكنولوجيا الجديدة التي هي مازالت أساسًا في المراحل النظرية والتطويرية. (المصدر)

*

.

• أقمار المراقبة التصويرية بكين Beijing-3 الصينية

.

• كتاب : الدليل المرجعي للمركبة الفضائية أورايون Orion Reference Guide

.

• مراجعة جاهزية الطيران Flight Readiness Review FRR جارية

.

• شركة ASRC Federal الأمريكية

مواضيع ذات صلة

.

• مخروط المقدمة (مخروط الأنف) Nose cone

.

• مركبة الإطلاق الثقيلة Heavy-Lift Launch Vehicle

.

• نظام الإطلاق الجوي إلي المدار Air-Launch-to-Orbit

.

• نافذة الإطلاق Launch Window

.

• أنواع البالونات العلمية Types of Balloons

.

• وقود المركبات الفضائية – الضغط الذاتي Autogenous Pressurization

.

• خزانات بلاستيكية مدعمة بألياف الكربون Carbon Fibre Reinforced Plastic لمركبات الإطلاق الفضائي

.

• محرك الدفع الأيوني Ion Thruster الأوروبي بالترددات الراديوية

.

• قصة العثور علي خزان هيدرازين علي شاطئ

.

• الوقود تلقائى الاشتعال Hypergolic Propellant

.

• كتاب : الحطام الفضائي Space Debris وطرق التخلص

.

• تقدير روسكوزموس Roskosmos لمقدار الحطام الفضائي Space Debris الذي يسقط على الأرض سنويًا

.