عارف الخناقة بين الأهلاوية و الزملكاوية؟ .. مش بتشوفهم بيقطعوا بعض شتيمة و تهزيق علي النت؟ .. أهو في الهندسة فيه خناقة شبه دي كده بس بين الناس اللي بتشجع فكرة الوقود الصلب Solid Fuel و الناس اللي بتشجع فكرة الوقود السائل Liquid Fuel في صواريخ الفضاء .. لو دخلت علي النت و عملت Search بسيط حتلاقي ناس مضيعة عمرها في إنها تثبت إن واحد فيهم أحسن من التاني .. لإن مش كلنا مهندسين فخلينا نبدأ الموضوع من الأول .. أي صاروخ فضاء عشان يطلع من علي سطح الأرض بيحرق بنزين .. جري العرف إن صواريخ الفضاء عموماً ليها نوعين من الوقود ملهمش تالت: الوقود الصلب و الوقود السائل.
أظن انت بتسأل نفسك دلوقتي يعني إيه هو برده الوقود الصلب ده؟
عارف الأستيكة بتاعة القلم الرصاص أو الجومة في حالة إنك إسكندراني زي حالاتي؟ .. عارف انت ملمس المادة بتاعتها اللي هي مادة صلبة بس في نفس الوقت طرية سيكا اللي هي مش ناشفة ولا هي ملبن .. أهو انت الوقود الصلب عبارة عن وقود و حاجة إسمها مؤكسد Oxidizer بيتخلطوا مع بعض و في الأخر شكلهم بيبقي عامل زي الأستيكة و بتتحط زي ما هو كده في أخر الصاروخ في حيز مخصوص ليها .. بمجرد ما الأستيكة دي بتولع أثناء الإشتعال فطاقة الإحتراق بتروح في حاجة إسمها Nozzle و دي لو حتشبهها بحاجة حتبقي عامله زي ما انت لما بترش مياه بخرطوم و بطراطيف صوابعك تقفل الخرطوم شوية عشان المياه تطلع مندفعة .. انت برده في الNozzle بتعمل كده إنك بتخنق سكة خروج الإشتعال عشان تخلي النار تطلع بسرعة عالية .. أكتر ناس بتستخدم الوقود الصلب ده في شغل الصواريخ هم المهندسين اللي بيصمموا الأسلحة النووية لإنهم بيحطوا الرؤوس النووية علي صواريخ يا إما بتتخزن في مخازن تحت الأرض بتتسمي صوامع Silos أو بتتركب علي الغواصات.
القوالب اللي بتتصب فيها الوقود الصلب.
عشان تعمل الوقود الصلب ده فانت بتجيب أبعاد الحيز اللي الوقود بيتحط فيه جوه الصاروخ بتاعك و ليكن مثلاً إسطوانة ليها قطر و إرتفاع .. و بنفس فكرة سباكة المعدن بتجيب انت قالب له نفس الأبعاد بتاعة الإسطوانة و بتبدأ تصب الخلطة بتاعة الوقود و الOxidizer اللي بتبقي عامله زي عجينة البيتزا كده .. بتبدأ تطبخ العجينة دي بإنك تسخنها لحد ما تبقي ماسكة نفسها زي الكيكة .. بتشيل انت القالب و بكده بقي عندك إسطوانة جاهزة من الوقود الصلب .. ممكن عشان تدي لنفسك شوية Control بتقسم الإسطوانة لحتت بينهم فراغات عشان الوقود يتحرق علي مراحل مش علي مرحلة واحدة.
الوقود الصلب وهو بيتحط جوه الصاروخ.
طب كده انا فهمت الوقود الصلب .. إيه بقي الوقود السائل ده؟
ده زيه زي البنزين اللي في عربيتك .. زي ما عربيتك فيها خزان بنزين فصواريخ الفضاء هي كمان فيها خزان وقود .. الفرق إن في عربيتك انت بتدخل للموتور بنزين و هواء .. في صواريخ الفضاء مفيش هواء فانت بتحتاج مؤكسد Oxidizer .. في الصواريخ اللي شغالة بالوقود الصلب انت خلطت الوقود و المؤكسد في حاجة واحدة بس انت هنا محتاج تفصلهم في خزانين مختلفين و الإتنين بيكونوا محفوظين في درجة حرارة منخفضة أوي عشان يتحولوا من الصورة السائلة للصورة الغازية .. لما بيحصل ال‘شتعال فالوقود و المؤكسد بيقابلوا بعض في المحرك و برده الإشتعال بيعدي علي Nozzle .. أكتر ناس بتشتغل بالنوع ده من الوقود هم المهندسين بتوع صواريخ الفضاء زي بتوع شركة SpaceX مثلاً.
فيه منكوا أكيد لسه مش مقتنع .. طب انا برده لسه مفهمتش إيه الفرق الجوهري يعني بين الإتنين و عشان كده انا عايزك تركز معايا في الكام نقطة الجايين:
- أهم ميزة في الوقود الصلب إنك تقدر تخزنه .. انت ممكن تفضل مخزنه لسنين و سنين و لما تيجي تشغله بيشتغل زي الفل و عشان كده الناس اللي بتصمم الصواريخ اللي بتشيل رؤوس نووية بيعشقوه .. لا بتقلق ان يا تري تركيبة الوقود بتتغير مع التخزين ولا لا و هل محتاج أحفظه في ظروف معينة ولا أسيبه كده و خلاص .. هو يدوبك حاجة شبه الأستيكة بتتحط في مستودع و خلاص علي كده.
- علي الناحية التانية أي حد من اللي بيشجعوا الوقود السائل حتلاقيه جري يقولك طب لو انت رجل إفتح سيرة الSpecific Impulse أو ISP .. الISP ده بيقيس طاقة الدفع أو Thrust اللي انت بتاخدها لما بتحرق أي وقود .. المشكلة إن الوقود السائل الSpecific Impulse بتاعه أعلي حبتين من الوقود الصلب و عشان كده فيه ناس كتير بتحبه.
- لو انت من بتوع الوقود السائل و جبت سيرة Specific Impulse فالناس بتوع الوقود الصلب حتلاقيهم فتحوا سيرة حاجة إسمها ISP Density و هي كثافة قوة الدفع .. لإن الوقود و الOxidizer مطبوخين مع بعض في حتة واحدة فالوقود بيتحرق بسرعة عكس الوقود السائل اللي لسه الإتنين حيتقابلوا مع بعض و يتحرقوا في منطقة تانية بره الخزانات.
- زي ما شرحت في الأول الوقود الصلب عنده مشكلة حقيقية في الControl لإنه بيبقي قالب علي بعضه أخرك إنك تقسمه حتت .. علي عكس الوقود السائل .. و انت سايق عربيتك بتتحكم عن طريق دواسة البنزين في كمية الوقود اللي بيتحرق .. نفس الفكرة في صواريخ الفضاء .. انت لو بتستخدم وقود مسال انت ممكن تحرق زيادة أو أقل .. ده انت ممكن تبطل المحرك خالص و دي ميزة عمرك ما حتلاقيها في الوقود الصلب.
- حيرد عليك حد من اللي بيشجعوا الوقود الصلب يقولك بس انا الوقود بتاعي بيشتعل علي طول في حين إنك انت محتاج الشرارة الكهربية اللي بتولع .. بإختصار شديد حاول تتخيل إن الوقود الصلب ده عامل زي موتور الديزل مبيحتجش بوجيه أو Spark Plug في حين إن الوقود السائل عامل زي موتور البنزين مينفعش يشتغل إلا بوجود بوجيه Spark Plug .. عشان كده زي ما قلتلك المهندسين بتوع الصواريخ اللي بتشيل رؤوس نووية بيحبوا الوقود الصلب و كمان NASA لما بدأت تشتغل علي صاروخها اللي حيودي رواد الفضاء بتوعها المريخ اللي سمته Space Launch System أو SLS عشان إحتمال تلاقي الإسم ده طلعلك إختارت إنه يشتغل بالوقود الصلب و خلت شركة إسمها Orbital ATK هي اللي تعمله.
- نقطة أخيرة و هي إنك و انت بتفول الصاروخ بتاعك بالوقود السائل ممكن تحصل و الصاروخ ينفجر و ده حصل فعلاً مع واحد من صواريخ شركة SpaceX .. صحيح دي حادثة نادرة و مبتحصلش إلا كل خمسين سنة مرة بس بتحصل و عمرك ما حتلاقي المشكلة دي لو انت شغال بالوقود الصلب.
الحل السيكسي اللي بتطبقه شركات زي SpaceX و Blue Origin هي إنهم يصنعوا صواريخ المرحلتين الأولي و الثانية فيهم شغالة بالوقود المسال و بعد كده لو ربنا شاء و رحنا المريخ ولا حاجة تبقي المراحل الثالثة و ما وراها بالوقود الصلب .. الفكرة إنك بتستفيد بمميزات الوقود السائل في المراحل الأولي و الثانية خصوصاً إن الشركتين دول دخلوا جامد في تكنولوجيا إسمها Reusable Rockets .. معني الكلمتين دول إن الصاروخ زي مثلا Falcon 9 بتاع SpaceX يطلع يوصل حمولته لمحطة الفضاء الدولية و يرجع تاني يهبط كأنه طيارة هليكوبتر علي منصة الإطلاق اللي هو طلع منها .. كل اللي عليك إنك تفوله بنزين كأنك بتتعامل مع عربية عادية بالضبط .
ده السبب اللي مخلي شركات القطاع الخاص اللي شغالة في مجال Space Travel زي SpaceX و Blue Origin مش بتطيق حاجة إسمها الوقود الصلب .. بالنسبه ليهم ده رجس من عمل الشيطان .. مع إن زمان أيام برنامج مكوك الفضاء بتاع NASA كان شغال و زي الفل .. يمكن إحنا عشان جيلنا لسه صغير معاصرش أيام رحلات مكوك الفضاء دي فإحنا مش فاهمين أوي الموضوع بس لو انت بصيت علي أي صورة من صور مكوك الفضاء حتلاقي إن تحت منه إسطوانة ضخمة أوي لونها برتقالي و جنبه صاروخين طوال متعلقين يمينه و شماله .. المهندسين بتوع NASA كانوا بيحطوا الوقود السائل في الإسطوانة البرتقالي الضخمة دي و الصاروخين الطوال اللي بيسموهم Rocket Boosters بيشتغلوا بالوقود الصلب .. زمان كان المكوك و هو بينطلق من سطح الأرض بيعملوا حسابهم إن الثلاثة (الخزان الكبير و الإتنين Boosters) يقعوا في المحيط الأطلنطي و بيطلعوهم تاني وبيروحوا لنفس المصنع بحيث الخزان الكبير يتفول تاني و الإتنين Boosters بيتنضفوا و بيتحطلهم الوقود الصلب بتاعهم و كانوا Reusable و زي الفل بس نقول إيه .. بتوع SpaceX و Blue Origin عاملين زي القطط تاكل و تنسي.
المصدر:
مقالة بعنوان The rocket fuel rivalry shaping the future of spaceflight يعني الخناقة بين أنواع وقود الصواريخ اللي حترسملنا ملامح مستقبل السفر الفضائي نشرت في مجلة Popular Mechanics و ده لينك المقالة الأصلية:
