Tên lửa hoạt động như thế nào? - P3: Tên lửa nhiên liệu rắn
Tên lửa nhiên liệu rắn: Hỗn hợp nhiên liệu
Tên lửa nhiên liệu rắn là những động cơ đầu tiên do con người chế tạo ra. Chúng được phát minh ra cách nay hàng trăm năm ở Trung Quốc và đã được sử dụng rộng rãi kể từ đấy. Dòng chữ “chớp đỏ của tên lửa” trong bài quốc ca Mĩ (viết vào đầu những năm 1800) là đang nói về những tên lửa nhiên liệu rắn cỡ nhỏ dùng trong quân sự để ném bom hoặc các thiết bị dễ cháy. Cho nên bạn có thể thấy tên lửa đã được sử dụng khá sớm.
Nguyên lí hoạt động của một tên lửa nhiên liệu rắn đơn giản thật dễ hiểu. Cái bạn muốn là tạo ra cái gì đó cháy rất nhanh nhưng không nổ. Như bạn đã biết, thuốc súng thì sẽ nổ. Thuốc súng gồm 75% nitrate, 15% carbon và 10% sulfur. Trong động cơ tên lửa, bạn không muốn có vụ nổ nào – bạn muốn năng lượng được giải phóng một cách đều đặn hơn trong một khoảng thời gian nào đó. Vì thế, bạn có thể thay đổi công thức hỗn hợp thành 72% nitrate, 24% carbon và 4% sulfur. Trong trường hợp này, thay cho thuốc súng, bạn sẽ có một nhiên liệu tên lửa đơn giản. Loại hỗn hợp này sẽ cháy rất nhanh, nhưng nó không nổ nếu được nạp một cách hợp lí. Đây là một mặt cắt tiêu biểu:
Một tên lửa nhiên liệu rắn ngay trước và sau đánh lửa
Trên hình bên trái, bạn thấy tên lửa trước khi đánh lửa. Nhiên liệu rắn được thể hiện bằng màu xanh. Nó có dạng trụ, với một ống khoan qua ở giữa. Khi bạn đốt nhiên liệu, nó cháy dọc theo thành ống. Khi nó cháy, nó bùng lửa ra phía ngoài về hướng vỏ bọc cho đến khi toàn bộ nhiên liệu đều cháy. Ở một động cơ tên lửa mẫu cỡ nhỏ hoặc một chai tên lửa nhỏ xíu, quá trình cháy xảy ra trong chừng một giây hoặc chưa tới một giây. Ở tàu con thoi vũ trụ SRB chứa hơn một triệu pound nhiên liệu, thì quá trình cháy diễn ra khoảng hai phút.
Tên lửa nhiên liệu rắn: Cấu hình rãnh
Khi đọc các tài liệu viết về tên lửa nhiên liệu rắn tiên tiến, ví dụ như các tên lửa đẩy dạng rắn của tàu con thoi, bạn thường đọc thấy những dòng như thế này:
Hỗn hợp chất nổ đẩy trong mỗi động cơ SRB gồm có ammonium perchlorate (chất oxy hóa, trọng lượng chiếm 69,6%), nhôm (nhiên liệu, 16%), sắt oxide (chất xúc tác, 0,4%), một polymer (chất kết dính hỗn hợp lại với nhau, 12,04%), và một tác nhân cầu nối epoxy (1,96%). Chất nổ đẩy có dạng một lỗ đục hình ngôi sao 11 cánh trong phần động cơ phía trước và một lỗ đục hình nón cụt đôi ở phần cuối. Cấu hình này mang lại sức đẩy lớn lúc đánh lửa và sau đó giảm sức đẩy đi để chống sự vượt quá ứng suất trong kì áp suất động cực đại. (NASA)
Đoạn này không chỉ trình bày về hỗn hợp nhiên liệu mà còn nói rõ cấu hình rãnh khoan trong lõi nhiên liệu. Một “lỗ đục hình ngôi sao 11 cánh” có thể trông như thế này:
Vấn đề là tăng diện tích bề mặt của rãnh, từ đó tăng diện tích cháy và do đó tăng thêm sức đẩy. Khi nhiên liệu cháy, hình ngôi sao bung ra thành một vòng tròn. Trong trường hợp SRB, nó mang lại cho động cơ sức đẩy ban đầu lớn và hạ dần sức đẩy vào giữa chuyến bay.
Tên lửa nhiên liệu rắn có ba ưu thế quan trọng:
- Đơn giản
- Giá thành thấp
- An toàn
Chúng cũng có hai nhược điểm:
- Sức đẩy không thể điều khiển được.
- Một khi đã đánh lửa, động cơ không thể ngừng lại hoặc khởi động lại.
Những nhược điểm trên cũng có nghĩa là tên lửa nhiên liệu rắn chỉ hữu ích đối với những tác vụ ngắn hạn (như tên lửa đạn đạo), hoặc các hệ thống nâng đẩy. Khi bạn muốn điều khiển động cơ, thì bạn phải sử dụng hệ thống chất nổ đẩy dạng lỏng. Chúng ta sẽ tìm hiểu về chúng trong phần tiếp theo.
Theo HowStuffWorks.Com
