صاروخ يعمل بالوقود الهجين

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

تفاصيل محرك الصاروخ الهجين لمركبة الفضاء سبيس شيب وان

الصاروخ ذو الوقود الهجين هو صاروخ مزود بمحرك صاروخي يستخدم وقودًا صاروخيًا في حالتين مختلفتين: إحداهما صلبة والأخرى إما غازية أو سائلة . ويمكن تتبع مفهوم الصاروخ الهجين إلى أوائل ثلاثينيات القرن العشرين.

تتجنب الصواريخ الهجينة بعض عيوب الصواريخ الصلبة ، مثل مخاطر التعامل مع الوقود، كما تتجنب بعض عيوب الصواريخ السائلة ، مثل تعقيدها الميكانيكي. [ 1 ] ولأن من الصعب خلط الوقود والمؤكسد جيدًا (لأنهما حالتان مختلفتان للمادة)، فإن الصواريخ الهجينة تميل إلى التعطل بشكل أقل خطورة من الصواريخ السائلة أو الصلبة. ومثل محركات الصواريخ السائلة، يمكن إيقاف محركات الصواريخ الهجينة بسهولة، كما يمكن التحكم في قوة الدفع. الدفع النوعي النظري (أناsص{\displaystyle I_{sp}}أداء المحركات الهجينة يكون عموماً أعلى من أداء المحركات الصلبة وأقل من أداء المحركات السائلة.أناsص{\displaystyle I_{sp}} تم قياس سرعة تصل إلى 400 ثانية في صاروخ هجين يستخدم وقودًا معدنيًا. [ 2 ] الأنظمة الهجينة أكثر تعقيدًا من الأنظمة الصلبة، لكنها تتجنب المخاطر الكبيرة لتصنيع وشحن ومناولة محركات الصواريخ الصلبة عن طريق تخزين المؤكسد والوقود بشكل منفصل.

تاريخ

أُجريت أولى الدراسات على الصواريخ الهجينة في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين في المجموعة السوفيتية لدراسة الحركة التفاعلية . وكان ميخائيل كلافدييفيتش تيخونرافوف مسؤولاً عن إطلاق أول صاروخ هجين، وهو GIRD-9، في 17 أغسطس 1933، والذي وصل إلى ارتفاع 400 متر (1300 قدم) . وأشرف لاحقًا على تصميم سبوتنيك 1 وبرنامج لونا . [ 3 ] [ 4 ] وفي أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، جرى عمل متزامن في ألمانيا في شركة IG Farben وفي الولايات المتحدة في جمعية كاليفورنيا للصواريخ. وقد وضع ليونيد أندروسوف ، الذي كان يعمل في ألمانيا، نظرية الصواريخ ذات الوقود الهجين. واختبر كل من أو. لوتز، و. نوغيرات، وأندروسوف محرك صاروخ هجين بقوة 10 كيلونيوتن (2200 رطل) باستخدام الفحم وغاز أكسيد النيتروز ( N₂O ) كوقود. عمل أوبرث أيضًا على محرك صاروخي هجين يستخدم الأكسجين السائل كمؤكسد والجرافيت كوقود. إلا أن الحرارة العالية لتسامي الكربون حالت دون تشغيل هذه المحركات الصاروخية بكفاءة، إذ نتج عنها معدل احتراق ضئيل. [ 5 ] وفي عام 1938، أجرت جمعية كاليفورنيا للصواريخ تجربة على صاروخ هجين يعمل بالفحم والأكسجين الغازي. [ 6 ]  

اختبار AMROC لمحرك صاروخي هجين بقوة دفع 10000 رطل (44 كيلو نيوتن) في عام 1994 في مركز ستينيس الفضائي. 

في أربعينيات القرن العشرين، استخدمت جمعية كاليفورنيا باسيفيك للصواريخ الأكسجين السائل مع أنواع وقود مختلفة، منها الخشب والشمع والمطاط. وكانت أنجح هذه التجارب تلك التي أجريت باستخدام وقود المطاط، الذي لا يزال الوقود الأكثر استخدامًا حتى اليوم. في يونيو  1951، أُطلق صاروخ يعمل بالأكسجين السائل والمطاط إلى ارتفاع 9 كيلومترات (5.6 ميل) . [ 5 ] 

بُذلت جهودٌ رئيسية في خمسينيات القرن الماضي. كان أحدها من قِبل جي. مور وك. بيرمان في شركة جنرال إلكتريك . استخدم الباحثان بيروكسيد الهيدروجين عالي التركيز (HTP، أو H₂O₂ ) بنسبة 90% والبولي إيثيلين ( PE ) في تصميم حبيبي على شكل قضيب وأنبوب. وتوصلا إلى عدة استنتاجات مهمة من عملهما. فقد تميزت حبيبات الوقود باحتراق منتظم، ولم تؤثر تشققات الحبيبات على الاحتراق، كما هو الحال في محركات الصواريخ الصلبة. ولم تُلاحظ أي بداية صعبة (وهي عبارة عن ارتفاع مفاجئ في الضغط يُلاحظ قرب وقت الاشتعال، وهو أمر شائع في محركات الصواريخ السائلة). وعمل سطح الوقود كمثبت للهب، مما شجع على احتراق مستقر. كما أمكن التحكم في المؤكسد بصمام واحد، وساعدت النسبة العالية للمؤكسد إلى الوقود في تبسيط عملية الاحتراق. أما الملاحظات السلبية فكانت انخفاض معدلات الاحتراق وعدم استقرار البيروكسيد حراريًا، مما شكل مشكلة لأسباب تتعلق بالسلامة. أما الجهد الآخر الذي بُذل في خمسينيات القرن الماضي فكان تطوير محرك هجين عكسي. في محرك الصاروخ الهجين القياسي، تُمثل المادة الصلبة الوقود. في محرك صاروخي هجين عكسي، يكون المؤكسد صلبًا. استخدم ويليام أفيري من مختبر الفيزياء التطبيقية وقود الطائرات ونترات الأمونيوم ، نظرًا لانخفاض تكلفتهما. بلغت نسبة الأكسجين إلى الوقود لديه 0.035، وهي  أقل بمئتي مرة من النسبة التي استخدمها مور وبيرمان. [ 5 ]

في عام 1953، كانت جمعية صواريخ المحيط الهادئ (التي تأسست عام 1943) تعمل على تطوير صاروخ XDF-23، وهو صاروخ هجين بأبعاد 10 × 183 سم (4 × 72 بوصة) ، صممه جيم نودينغ، باستخدام الأكسجين السائل وبوليمر مطاطي يُسمى " ثيوكول ". وقد جربوا أنواع وقود أخرى في نماذج سابقة، بما في ذلك القطن وشمع البارافين والخشب. ويُشتق اسم XDF من " شجرة التنوب دوغلاس التجريبية " من إحدى الوحدات الأولى. [ 7 ]   

صاروخ ذو صوت فرنسي LEX

في ستينيات القرن العشرين، بدأت منظمات أوروبية العمل على الصواريخ الهجينة. طورت منظمة ONERA الفرنسية وشركة فولفو فلايغموتور السويدية صواريخ استكشافية باستخدام تقنية محركات الصواريخ الهجينة. ركزت مجموعة ONERA على محرك صاروخي فائق الاشتعال ، يستخدم حمض النيتريك ووقود الأمين، وطورت صاروخ LEX الاستكشافي . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] أطلقت الشركة ثمانية صواريخ: مرة واحدة في أبريل  1964، وثلاث مرات في يونيو  1965، وأربع مرات في عام 1967. وبلغ أقصى ارتفاع وصلت إليه الرحلات أكثر من 100 كيلومتر (62 ميلاً) . [ 5 ] استخدمت مجموعة فولفو فلايغموتور أيضًا مزيجًا من الوقود فائق الاشتعال. كما استخدمت حمض النيتريك كمؤكسد، لكنها استخدمت تاجافورم (بولي بوتادين مع أمين عطري) كوقود. كانت رحلتهم في عام 1969، حيث قاموا برفع حمولة تزن 20 كيلوغرامًا (44 رطلاً) إلى ارتفاع 80 كيلومترًا (50 ميلاً) . [ 5 ]   

في غضون ذلك، في الولايات المتحدة، كان مركز التقنيات المتحدة (قسم الأنظمة الكيميائية) وشركة بيتش للطائرات يعملان على تطوير طائرة مسيّرة أسرع من الصوت، تُعرف باسم ساندبيبر. استخدمت هذه الطائرة وقود MON-25 (مزيج من 25% أكسيد النيتروجين و75% أكسيد النيتروز ) كمؤكسد ، وبولي ميثيل ميثاكريلات ( PMM ) والمغنيسيوم كوقود . حلّقت الطائرة ست مرات في عام 1968، لأكثر من 300  ثانية، ووصلت إلى ارتفاع يزيد عن 160 كيلومترًا (100 ميل) . أما النسخة الثانية من الصاروخ، والمعروفة باسم HAST، فكانت تستخدم وقود IRFNA -PB/ PMM، وكان بالإمكان التحكم في سرعتها بنسبة 10/1. كانت HAST قادرة على حمل حمولة أثقل من ساندبيبر. ثم طُوّرت نسخة أخرى، استخدمت نفس مزيج الوقود المستخدم في HAST، من قِبل قسم الأنظمة الكيميائية وشركة تيليداين للطائرات. انتهى تطوير هذا البرنامج في منتصف ثمانينيات القرن الماضي. عمل قسم الأنظمة الكيميائية أيضًا على مزيج وقود من الليثيوم وFLOx (مزيج من الفلور والأكسجين ) . كان هذا صاروخًا عالي الكفاءة يعمل بالوقود الأحفوري، ويمكن التحكم في دفعه. بلغت قوة الدفع النوعية في الفراغ 380 ثانية عند كفاءة احتراق 93%. [ 5 ]  

طوّرت شركة الصواريخ الأمريكية (AMROC) أكبر الصواريخ الهجينة على الإطلاق في أواخر ثمانينيات وأوائل تسعينيات القرن الماضي. أنتج الإصدار الأول من محركها، الذي أُطلق في مختبر فيليبس التابع لسلاح الجو ، قوة دفع بلغت 312,000 نيوتن (70,000 رطل) لمدة 70 ثانية باستخدام مزيج من وقود الأكسجين السائل ومطاط البولي بوتادين المُنهى بمجموعات الهيدروكسيل (HTPB). أما الإصدار الثاني من المحرك، المعروف باسم H-250F، فقد أنتج قوة دفع تجاوزت مليون نيوتن (220,000 رطل) . [ 5 ]   

أطلق كوري كلاين، من شركة علوم الطيران البيئية (eAc)، أول تجربة إطلاق لمزيج من الأكسجين الغازي والمطاط في عام 1982 في بحيرة لوسيرن الجافة بولاية كاليفورنيا، بعد مناقشات حول هذه التقنية مع بيل وود، الذي كان يعمل سابقًا في شركة وستنجهاوس . [ 11 ] وقد أجرى كلاين وشركة eAc بنجاح أولى اختبارات SpaceShipOne الهجينة في موهافي بولاية كاليفورنيا. [ 12 ]

في عام 1994، أطلقت أكاديمية القوات الجوية الأمريكية صاروخًا هجينًا للاستكشاف إلى ارتفاع 5 كيلومترات (3.1 ميل) . استخدم الصاروخ، الذي يبلغ طوله 6.4 متر (21 قدمًا) ، مادة HTPB والأكسجين السائل كوقود، ووصل إلى ذروة قوة دفع بلغت 4400 نيوتن (990 رطلًا) واستمرت قوة الدفع لمدة 16 ثانية. [ 5 ]    

المفاهيم الأساسية

نظرة عامة مفاهيمية على نظام الدفع الصاروخي الهجين

في أبسط صورها، تتكون الصواريخ الهجينة من وعاء ضغط (خزان) يحتوي على المؤكسد السائل ، وغرفة احتراق تحتوي على الوقود الصلب ، وجهاز ميكانيكي يفصل بينهما. عند الحاجة إلى قوة دفع، يُدخل مصدر إشعال مناسب إلى غرفة الاحتراق ويُفتح الصمام. يتدفق المؤكسد السائل (أو الغاز) إلى غرفة الاحتراق حيث يتبخر ثم يتفاعل مع الوقود الصلب. يحدث الاحتراق في لهب انتشاري على مستوى الطبقة الحدية ملاصق لسطح الوقود الصلب.

بشكل عام، يُستخدم الوقود السائل كمؤكسد ، بينما يُستخدم الوقود الصلب كوقود، لأن المؤكسدات الصلبة شديدة الخطورة وأقل كفاءة من المؤكسدات السائلة. علاوة على ذلك، يسمح استخدام وقود صلب مثل بولي بوتادين منتهي بمجموعة هيدروكسيل (HTPB) أو شمع البارافين بإضافة مواد وقود عالية الطاقة مثل الألومنيوم أو الليثيوم أو هيدريدات المعادن .

الاحتراق

تُظهر المعادلة الحاكمة لاحتراق الصواريخ الهجينة أن معدل التراجع يعتمد على معدل تدفق كتلة المؤكسد، مما يعني أن معدل احتراق الوقود يتناسب طرديًا مع كمية المؤكسد المتدفقة عبر المنفذ. وهذا يختلف عن محرك الصاروخ الصلب، حيث يتناسب معدل التراجع طرديًا مع ضغط غرفة الاحتراق في المحرك. [ 5 ]

ر˙=أoجيoن{\displaystyle {\dot {r}}=a_{o}G_{o}^{n}}
أينر˙{\displaystyle {\dot {r}}}يمثل معدل الانحدار، و a o معامل معدل الانحدار (يتضمن طول الحبيبات)، و G o معدل تدفق كتلة المؤكسد، و n أس معدل الانحدار. [ 5 ]

أثناء احتراق المحرك، تؤدي زيادة قطر منفذ الوقود إلى زيادة معدل تدفق كتلة الوقود. هذه الظاهرة تُسبب تغيرًا في نسبة المؤكسد إلى الوقود (O/F) خلال الاحتراق. ويمكن تعويض زيادة معدل تدفق كتلة الوقود بزيادة معدل تدفق كتلة المؤكسد أيضًا. بالإضافة إلى تغير نسبة O/F مع مرور الوقت، فإنها تتغير أيضًا بناءً على موضعها على طول حبة الوقود. فكلما اقترب الموضع من أعلى حبة الوقود، زادت نسبة O/F. ونظرًا لتغير نسبة O/F على طول المنفذ، فقد توجد نقطة تُسمى النقطة المتكافئة عند نقطة ما على طول حبة الوقود. [ 5 ]

ملكيات

تتميز محركات الصواريخ الهجينة ببعض المزايا الواضحة، بالإضافة إلى بعض المزايا الدقيقة، مقارنةً بصواريخ الوقود السائل وصواريخ الوقود الصلب . وفيما يلي ملخص موجز لبعض هذه المزايا:

مزايا مقارنة بالصواريخ التي تعمل بالوقود السائل

  • أبسط ميكانيكياً - لا يتطلب سوى مادة دافعة سائلة واحدة مما يؤدي إلى تقليل الأنابيب والصمامات والعمليات.
  • الوقود الأكثر كثافة - تتميز أنواع الوقود في الحالة الصلبة عمومًا بكثافة أعلى من تلك الموجودة في الحالة السائلة، مما يقلل من الحجم الإجمالي للنظام.
  • إضافات معدنية - يمكن بسهولة إضافة معادن نشطة مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والليثيوم أو البريليوم إلى حبيبات الوقود مما يزيد من الدفع النوعي (أناsص{\displaystyle I_{sp}}الكثافة، أو كليهما.
  • عدم استقرار الاحتراق - لا تُظهر الصواريخ الهجينة عادةً عدم استقرار الاحتراق عالي التردد الذي يُصيب الصواريخ السائلة بسبب حبيبات الوقود الصلب التي تُكسر الموجات الصوتية التي من شأنها أن تنعكس في غرفة احتراق المحرك السائل المفتوحة.
  • ضغط الوقود الدافع - تُعدّ المضخات التوربينية من أصعب أجزاء نظام الصاروخ السائل تصميمًا . تصميمها معقد، إذ يجب أن تضخّ بدقة وكفاءة سائلين مختلفين في الخصائص، بنسب دقيقة، وبمعدلات تدفق حجمية عالية جدًا، وفي درجات حرارة منخفضة جدًا غالبًا، وباستخدام مواد كيميائية شديدة التطاير، مع حرق هذين السائلين لتوليد الطاقة. أما المضخات الهجينة، فتحتاج إلى كمية أقل بكثير من الوقود، ويمكن ضغطها غالبًا بواسطة نظام تصريف (وهو ما سيكون ثقيلًا جدًا في الصاروخ السائل) أو باستخدام مؤكسدات ذاتية الضغط (مثل أكسيد النيتروز ) .
  • التبريد - تعتمد الصواريخ السائلة غالبًا على أحد أنواع الوقود، وعادةً ما يكون الوقود الصلب، لتبريد غرفة الاحتراق والفوهة نظرًا لتدفقات الحرارة العالية جدًا وحساسية الجدران المعدنية للأكسدة والتشقق الناتج عن الإجهاد. أما الصواريخ الهجينة، فتتميز بغرف احتراق مبطنة بالوقود الصلب الذي يحميها من الغازات الناتجة. وغالبًا ما تكون فوهاتها مصنوعة من الجرافيت أو مطلية بمواد قابلة للتآكل، على غرار محركات الصواريخ الصلبة. يُعد تصميم وبناء واختبار أنظمة التبريد السائلة عملية معقدة، مما يجعل النظام أكثر عرضة للأعطال.

مزايا مقارنة بالصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب

  • المستوى النظري الأعلىأناsص{\displaystyle I_{sp}}– هذا ممكن بسبب محدودية المؤكسدات الصلبة المعروفة مقارنة بالمؤكسدات السائلة المستخدمة بشكل متكرر.
  • انخفاض خطر الانفجار - حبيبات الوقود أكثر مقاومة لأخطاء التصنيع كالتشققات، لأن معدل الاحتراق يعتمد على معدل تدفق كتلة المؤكسد. لا يمكن إشعال حبيبات الوقود بالشحنات الكهربائية المتناثرة، وهي غير حساسة للاشتعال الذاتي الناتج عن الحرارة. يمكن نقل محركات الصواريخ الهجينة إلى موقع الإطلاق مع تخزين المؤكسد والوقود بشكل منفصل، مما يعزز السلامة.
  • مشاكل أقل في المناولة والتخزين - غالبًا ما تكون مكونات الصواريخ الصلبة غير متوافقة كيميائيًا وحراريًا. يمكن أن تؤدي التغيرات المتكررة في درجة الحرارة إلى تشوه الحبيبات. تُستخدم مضادات الأكسدة والطلاءات لمنع الحبيبات من التحلل أو التفتت.
  • أكثر قابلية للتحكم – يمكن دمج وظائف الإيقاف/إعادة التشغيل والتحكم في قوة الدفع بسهولة في معظم التصاميم. أما الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب فنادراً ما يمكن إيقافها بسهولة، ونادراً ما تمتلك إمكانيات التحكم في قوة الدفع أو إعادة التشغيل.

عيوب الصواريخ الهجينة

تُظهر الصواريخ الهجينة بعض العيوب مقارنةً بالصواريخ التي تعمل بالوقود السائل والصلب. وتشمل هذه العيوب ما يلي:

  • تغير نسبة المؤكسد إلى الوقود ("تغير O/F") - مع ثبات معدل تدفق المؤكسد، تتغير نسبة معدل إنتاج الوقود إلى معدل تدفق المؤكسد مع انحسار الحبيبات. يؤدي هذا إلى تشغيل خارج أوقات الذروة من وجهة نظر الأداء الكيميائي. ومع ذلك، بالنسبة لنظام هجين مصمم جيدًا، يكون لتغير نسبة O/F تأثير ضئيل جدًا على الأداء لأنأناsص{\displaystyle I_{sp}}لا يتأثر بتحول O/F بالقرب من الذروة.
  • غالباً ما تؤدي خصائص الانحدار الضعيفة إلى ظهور حبيبات وقود متعددة المنافذ. تتميز هذه الحبيبات بكفاءة حجمية منخفضة، وغالباً ما تعاني من عيوب هيكلية. وتُقدم أنواع الوقود المُسيّل ذات معدل الانحدار العالي، التي طُوّرت في أواخر التسعينيات، حلاً محتملاً لهذه المشكلة. [ 13 ]
  • بالمقارنة مع الدفع السائل، فإن إعادة تزويد صاروخ هجين مستنفد جزئيًا أو كليًا بالوقود يمثل تحديات كبيرة، إذ لا يمكن ببساطة ضخ الوقود الصلب في خزان الوقود. وقد لا يمثل هذا مشكلة، بحسب كيفية استخدام الصاروخ المخطط له.

بشكل عام، تم إنجاز أعمال تطوير أقل بكثير باستخدام المواد الهجينة مقارنة بالسوائل أو المواد الصلبة، ومن المحتمل أن يتم تصحيح بعض هذه العيوب من خلال المزيد من الاستثمار في البحث والتطوير .

تتمثل إحدى المشكلات في تصميم الصواريخ المدارية الهجينة الكبيرة في ضرورة استخدام مضخات توربينية لتحقيق معدلات تدفق عالية وضغط مناسب للمؤكسد. ويجب تزويد هذه المضخة التوربينية بالطاقة. في الصواريخ التقليدية التي تعمل بالوقود السائل، تستخدم المضخة التوربينية نفس الوقود والمؤكسد المستخدم في الصاروخ، نظرًا لكونهما سائلين ويمكن تغذيتهما إلى غرفة الاحتراق المسبق. أما في الصواريخ الهجينة، فالوقود صلب ولا يمكن تغذيته إلى محرك المضخة التوربينية. تستخدم بعض الصواريخ الهجينة مؤكسدًا يمكن استخدامه أيضًا كوقود أحادي ، مثل بيروكسيد الهيدروجين ، وبالتالي يمكن تشغيل المضخة التوربينية به فقط. مع ذلك، يُعد بيروكسيد الهيدروجين أقل كفاءة بكثير من الأكسجين السائل ، الذي لا يمكن استخدامه بمفرده لتشغيل المضخة التوربينية . سيتطلب ذلك وقودًا آخر، مما يستلزم خزانًا خاصًا به ويقلل من أداء الصاروخ.

وقود

خيارات الوقود الشائعة

الصاروخ الهجين العكسي، وهو نوع غير شائع، يستخدم محركه مؤكسدًا صلبًا ووقودًا سائلًا. من بين خيارات الوقود السائل الكيروسين والهيدرازين والهيدروكربونات السائلة (LH₂ ) . تشمل أنواع الوقود الشائعة لمحركات الصواريخ الهجينة البوليمرات مثل الأكريليك والبولي إيثيلين (PE) والمطاط المتشابك ، مثل HTPB ، أو أنواع الوقود المُسالة مثل شمع البارافين . كان البلكسي جلاس وقودًا شائعًا، نظرًا لإمكانية رؤية الاحتراق من خلال غرفة الاحتراق الشفافة. يُعد مطاط البولي بوتادين المُنهى بالهيدروكسيل (HTPB) حاليًا الوقود الأكثر شيوعًا لمحركات الصواريخ الهجينة، نظرًا لطاقته العالية وسهولة التعامل معه. أُجريت اختبارات تم فيها نقع HTPB في الأكسجين السائل، ولم ينفجر. عادةً ما تكون كثافة هذه الأنواع من الوقود أقل من كثافة محركات الصواريخ الصلبة، لذا غالبًا ما تُضاف إليها الألومنيوم لزيادة كثافتها وبالتالي تحسين أداء الصاروخ. [ 5 ] : 404

أساليب تصنيع الحبوب

يقذف

يمكن تصنيع حبيبات وقود الصواريخ الهجينة بتقنيات الصب، نظرًا لأنها عادةً ما تكون من البلاستيك أو المطاط. إلا أن الأشكال الهندسية المعقدة، التي تفرضها الحاجة إلى معدلات تدفق أعلى لكتلة الوقود، تجعل صب حبيبات الوقود للصواريخ الهجينة مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً، ويعود ذلك جزئيًا إلى تكاليف المعدات. وعلى نطاق أوسع، يجب دعم الحبيبات المصبوبة بشبكة داخلية، حتى لا تؤثر كتل الوقود الكبيرة على الفوهة أو حتى تسدها. كما تُعد عيوب الحبيبات مشكلةً في الحبيبات الكبيرة. ومن أنواع الوقود التقليدية التي تُصب: بولي بوتادين مُنهى بمجموعات هيدروكسيل (HTPB) وشمع البارافين. [ 14 ]

التصنيع الإضافي

نموذج تعليمي محمول شفاف مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لحبيبات وقود صاروخية هجينة مزودة بفتحات وقود حلزونية مزدوجة، وغرفة احتراق لاحقة، وفوهة دي لافال ، معروضة قبل اختبار إطلاق النار الساخن.

تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد حاليًا لإنشاء هياكل حبيبية كان من المستحيل تصنيعها بطرق أخرى. وقد أظهرت المنافذ الحلزونية قدرتها على زيادة معدلات احتراق الوقود، فضلًا عن تحسين الكفاءة الحجمية. [ 15 ] ومن الأمثلة على المواد المستخدمة في وقود الصواريخ الهجين مادة أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS). وعادةً ما تُعزز المادة المطبوعة بمواد مضافة لتحسين أداء الصاروخ. [ 14 ] وقد أظهرت دراسة حديثة في جامعة تينيسي نوكسفيل أنه بفضل زيادة مساحة السطح، يُمكن استخدام أنواع الوقود المسحوقة (مثل الجرافيت والفحم والألومنيوم) المغلفة بمصفوفة ABS مطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يُؤدي إلى زيادة ملحوظة في معدل احتراق الوقود ومستوى الدفع مقارنةً بحبيبات البوليمر التقليدية. [ 16 ] [ 17 ]

مؤكسد

خيارات المؤكسدات الشائعة

تشمل المؤكسدات الشائعة الأكسجين الغازي أو السائل ، وأكسيد النيتروز ، وبيروكسيد الهيدروجين . أما في حالة الهجين العكسي، فتُستخدم مؤكسدات مثل الأكسجين المتجمد وبيركلورات الأمونيوم . [ 5 ] : 405-406

يُعدّ تبخير المؤكسد بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لأداء الصاروخ بكفاءة. قد يؤدي التبخير غير السليم إلى اختلافات كبيرة في معدل التراجع عند مقدمة المحرك مقارنةً بمؤخرته. تتمثل إحدى الطرق في استخدام مولد غاز ساخن لتسخين المؤكسد في غرفة احتراق مسبق. طريقة أخرى هي استخدام مؤكسد يمكن استخدامه أيضًا كوقود أحادي. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك بيروكسيد الهيدروجين، الذي يمكن تحلله تحفيزيًا فوق طبقة من الفضة إلى أكسجين ساخن وبخار. أما الطريقة الثالثة، فتتمثل في حقن وقود شديد التفاعل مع المؤكسد في التدفق. سيتحلل جزء من المؤكسد، مما يؤدي إلى تسخين الجزء المتبقي منه في التدفق. [ 5 ] : 406-407

السلامة الهجينة

بشكل عام، تُعتبر السيارات الهجينة المصممة جيدًا والمصنوعة بعناية آمنة للغاية. أما المخاطر الرئيسية المرتبطة بالسيارات الهجينة فهي:

  • أعطال أوعية الضغط - قد يؤدي فشل عزل الحجرة إلى تسرب غازات الاحتراق الساخنة بالقرب من جدران الحجرة مما يؤدي إلى "احتراق كامل" يتسبب في تمزق الوعاء.
  • الارتداد - بالنسبة للمؤكسدات التي تتحلل طاردة للحرارة، مثل أكسيد النيتروز أو بيروكسيد الهيدروجين ، يمكن أن ينتشر اللهب أو الغازات الساخنة من غرفة الاحتراق عائدًا عبر الحاقن، مما يؤدي إلى تبخير المؤكسد وخلطه مع الغازات الساخنة الغنية بالوقود، وبالتالي انفجار الخزان. يتطلب الارتداد تدفق الغازات عائدة عبر الحاقن نتيجةً لانخفاض الضغط غير الكافي، والذي قد يحدث خلال فترات الاحتراق غير المستقر. يُعد الارتداد ظاهرةً ملازمةً لبعض المؤكسدات، ولا يمكن حدوثه مع مؤكسدات أخرى مثل الأكسجين أو رباعي أكسيد النيتروجين ، إلا في حال وجود وقود في خزان المؤكسد.
  • بدء التشغيل الصعب - يمكن أن يؤدي وجود كمية زائدة من المؤكسد في غرفة الاحتراق قبل الاشتعال، وخاصة بالنسبة للمواد أحادية الدفع مثل أكسيد النيتروز ، إلى زيادة مؤقتة في الضغط أو "ارتفاع مفاجئ" عند الاشتعال.

لأن الوقود في الصواريخ الهجينة لا يحتوي على مؤكسد، فإنه لا يشتعل بشكل انفجاري تلقائيًا. ولهذا السبب، تُصنف الصواريخ الهجينة على أنها لا تمتلك قوة تفجيرية تعادل قوة مادة TNT . في المقابل، غالبًا ما تمتلك الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب قوة تفجيرية تعادل قوة مادة TNT، وهي قوة مماثلة في مقدارها لكتلة حبيبات الوقود. أما الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل، فعادةً ما تُحسب قوتها التفجيرية بناءً على كمية الوقود والمؤكسد التي يمكن أن تتحد بشكل كامل قبل الاشتعال الانفجاري؛ وغالبًا ما تُقدر هذه الكمية بنسبة 10-20% من إجمالي كتلة الوقود. بالنسبة للصواريخ الهجينة، حتى لو تم ملء غرفة الاحتراق بالمؤكسد قبل الاشتعال، فلن يحدث انفجار مع الوقود الصلب، وغالبًا ما تُذكر القوة التفجيرية المكافئة بنسبة 0%.

المنظمات العاملة على الأنظمة الهجينة

الشركات التجارية

في عام ١٩٩٨، استحوذت شركة سبيس ديف على جميع حقوق الملكية الفكرية والتصاميم ونتائج الاختبارات الناتجة عن أكثر من ٢٠٠  عملية إطلاق لمحركات الصواريخ الهجينة أجرتها شركة أمريكان روكيت على مدار ثماني سنوات. وكانت مركبة سبيس شيب ون ، أول مركبة فضائية مأهولة خاصة، تعمل بمحرك صاروخي هجين من إنتاج سبيس ديف يحرق مادة HTPB مع أكسيد النيتروز . إلا أن أكسيد النيتروز كان المادة الرئيسية المسؤولة عن الانفجار الذي أودى بحياة ثلاثة أشخاص أثناء تطوير المركبة الفضائية التي خلفت سبيس شيب ون في شركة سكيلد كومبوزيتس عام ٢٠٠٧. [ ١٨ ] [ ١٩ ] وتستخدم مركبة سبيس شيب تو، وهي مركبة فضائية تجارية شبه مدارية تابعة لشركة فيرجن غالاكتيك، محركًا هجينًا مُكبَّرًا.

كانت شركة SpaceDev تُطوّر مركبة الإطلاق الصغيرة SpaceDev Streaker ، وهي مركبة قابلة للاستهلاك، ومركبة SpaceDev Dream Chaser ، القادرة على القيام برحلات فضائية مأهولة شبه مدارية ومدارية. تستخدم كلتا المركبتين Streaker وDream Chaser محركات صاروخية هجينة تعمل بحرق أكسيد النيتروز ومطاط HTPB الاصطناعي . استحوذت شركة Sierra Nevada Corporation على SpaceDev في عام 2009، لتصبح قسم أنظمة الفضاء التابع لها، والذي يواصل تطوير Dream Chaser لصالح عقد تطوير الطاقم التجاري التابع لناسا . كما طوّرت Sierra Nevada أيضًا RocketMotorTwo ، وهو المحرك الهجين لمركبة SpaceShipTwo . في 31 أكتوبر 2014، عندما فُقدت SpaceShipTwo ، أشارت التكهنات الأولية إلى أن محركها الهجين قد انفجر بالفعل، مما أسفر عن مقتل أحد الطيارين التجريبيين وإصابة الآخر بجروح خطيرة. ومع ذلك، تشير بيانات التحقيق الآن إلى أن النشر المبكر لنظام ريش SpaceShipTwo كان سببًا في التفكك الديناميكي الهوائي للمركبة. [ 20 ]

قامت شركة US Rockets [ 21 ] بتصنيع ونشر صواريخ هجينة باستخدام أكسيد النيتروز (N₂O ) ذاتي الضغط وبولي بوتادين منتهي بمجموعة هيدروكسيل (HTPB)، بالإضافة إلى مزيج من بيروكسيد الهيدروجين عالي التركيز (HTP) و HTPB . وقد حققت الصواريخ الهجينة التي طورتها US Rockets ، والمكونة من بيروكسيد الهيدروجين عالي التركيز (H₂O₂ ) بنسبة 86% و(HTPB) والألومنيوم، دافعًا نوعيًا (Isp) عند مستوى سطح البحر بلغ 240 ، وهو أعلى بكثير من القيمة النموذجية البالغة 180 للصواريخ الهجينة N₂O - HTPB . إضافةً إلى ذلك، تميزت هذه الصواريخ بقدرتها على التشغيل الذاتي وإعادة التشغيل، وانخفاض عدم استقرار الاحتراق فيها بشكل ملحوظ ، مما يجعلها مناسبة للمهام الحساسة أو المأهولة مثل مركبات Bloodhound SSC وSpaceShipTwo وSpaceShipThree. وقد نجحت الشركة [ 22 ] في اختبار ونشر كلٍ من النسختين المضغوطة والمضخة من هذا النوع الأخير من صواريخ HTP - HTPB . تراوحت أقطار المنتجات المُسلّمة حتى الآن بين 15 و46 سنتيمترًا (6 إلى 18 بوصة) ، وبلغ قطر الوحدات المُطوّرة 140 سنتيمترًا (54 بوصة) . وادّعى المورّد إمكانية التوسع إلى أكثر من 5 أمتار (200 بوصة) مع معدلات تراجع تقترب من معدلات تراجع المواد الصلبة، وذلك وفقًا للمنشورات التي وُزّعت في اجتماع وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) في نوفمبر 2013 لمشروع XS-1. وقد توقفت شركة US Rockets عن تصنيع الصواريخ واسعة النطاق. [ 23 ]     

بدأت شركة جيلمور لتكنولوجيا الفضاء باختبار محركات الصواريخ الهجينة في عام 2015 باستخدام كلٍ من أكسيد النيتروز (N₂O ) والهيدروجين عالي الضغط (HP) مع البولي إيثيلين عالي الكثافة ( HDPE) ومزيج البولي إيثيلين عالي الكثافة مع الشمع. وتشمل اختبارات عام 2016 محركًا بقوة 22,000 نيوتن (5,000 رطل) يعمل بالهيدروجين عالي الضغط مع البولي إيثيلين . وتخطط الشركة لاستخدام المحركات الهجينة في كلٍ من صواريخ الاستكشاف والصواريخ المدارية.  

شاركت شركة أوربيتال تكنولوجيز (أوربيتك) في بعض الأبحاث الممولة من الحكومة الأمريكية حول الصواريخ الهجينة، بما في ذلك مفهوم "الدوامة الهجينة". [ 24 ]

تأسست شركة علوم الطيران البيئية (eAc) [ 25 ] عام 1994 لتطوير أنظمة دفع الصواريخ الهجينة. شاركت في مسابقة تصميم محرك SpaceShipOne، لكنها خسرت العقد لصالح SpaceDev. مع ذلك، استمرت شركة علوم الطيران البيئية في تزويد SpaceDev بأجزاء لنظام تعبئة المؤكسد، والتهوية، والتفريغ. [ 26 ]

كانت شركة روكيت لاب تبيع سابقاً صواريخ السبر الهجينة والتكنولوجيا ذات الصلة.

على الرغم من أن جمعية أبحاث التفاعلات (RRS) معروفة في المقام الأول بعملها في مجال دفع الصواريخ السائلة، إلا أن لها تاريخًا طويلًا من البحث والتطوير في مجال دفع الصواريخ الهجينة.

قامت مجموعة كوبنهاغن سابوربيتالز ، وهي مجموعة صواريخ دنماركية، بتصميم واختبار إطلاق العديد من الصواريخ الهجينة باستخدام أكسيد النيتروز (N₂O ) في البداية، وتستخدم حاليًا الأكسجين السائل (LOX) . وتتكون وقودها من الإيبوكسي أو شمع البارافين أو البولي يوريثان . [ 27 ] وقد تخلت المجموعة في نهاية المطاف عن الصواريخ الهجينة بسبب عدم استقرار الدفع، وتستخدم الآن محركًا مشابهًا لمحرك صاروخ V-2 .

شركة TiSPACE هي شركة تايوانية تعمل على تطوير عائلة من الصواريخ ذات الوقود الهجين. [ 28 ]

فازت شركة bluShift Aerospace في برونزويك، بولاية مين ، بمنحة من برنامج SBIR التابع لوكالة ناسا لتطوير محرك صاروخي هجين معياري يعمل بوقودها الحيوي الخاص في يونيو 2019. [ 29 ] وبعد إتمام المنحة، أطلقت bluShift أول صاروخ استكشافي لها باستخدام هذه التقنية. [ 30 ]

من المتوقع أن تطلق شركة Vaya Space، ومقرها في كوكو بولاية فلوريدا، صاروخها الهجين الذي يعمل بالوقود Dauntless في عام 2028. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

بدأت شركة "رياكشن داينامكس"، ومقرها سان جان سور ريشليو في كيبيك، بتطوير محرك صاروخي هجين عام 2017، قادر على توليد  قوة دفع تبلغ 21.6 كيلو نيوتن. سيستخدم صاروخ "أورورا" تسعة محركات في المرحلة الأولى ومحركًا واحدًا في المرحلة الثانية، وسيكون قادرًا على حمل حمولة تتراوح بين 50 و150  كيلوغرامًا إلى مدار أرضي منخفض. [ 34 ] في مايو 2022، أعلنت "رياكشن داينامكس" عن شراكتها مع "ماريتيم لونش سيرفيسز" لإطلاق صاروخ "أورورا" من موقع الإطلاق التابع لها، والذي يجري إنشاؤه حاليًا في كانسو، نوفا سكوتيا ، بدءًا برحلات تجريبية شبه مدارية في صيف 2023، مع استهداف عام 2024 لإطلاق أول صاروخ إلى المدار. [ 35 ]

في عام ٢٠١٧، أسست شركة دلتا في أوزاي تكنولوجيليري المساهمة (DeltaV Uzay Teknolojileri A.Ş.) شركة سافونما سانايي تكنولوجيليري المساهمة (SSTEK)، وهي شركة حكومية تركية، لأبحاث الصواريخ ذات الوقود الهجين. يشغل عارف كارابي أوغلو منصب الرئيس التنفيذي للشركة، وهو أستاذ استشاري سابق في جامعة ستانفورد في مجال دفع الصواريخ واحتراقها. ووفقًا لموقع الشركة الإلكتروني، حققت دلتا في العديد من الإنجازات الرائدة في تكنولوجيا الصواريخ ذات الوقود الهجين، بما في ذلك أول إطلاق لصاروخ يعمل بوقود مزدوج من البارافين والأكسجين السائل، وأعلى دافع نوعي لصاروخ ذي وقود هجين، وأول صاروخ استكشافي يصل إلى ارتفاع ١٠٠ كيلومتر، وأول تصميم لصاروخ مداري ذي وقود هجين، وأول إطلاق مداري لصاروخ ذي وقود هجين.

الجامعات

تأسست مجموعة الدفع الفضائي عام 1999 على يد عارف كارابي أوغلو، وبرايان كانتويل، وآخرين من جامعة ستانفورد، بهدف تطوير وقود هجين عالي التسييل للصواريخ. وقد نجحوا في تشغيل محركات يصل قطرها إلى 32 سم ( 12.5 بوصة) باستخدام هذه التقنية ، وتنتج قوة دفع تبلغ 58000 نيوتن (13000 رطل). ويعملون حاليًا على تطوير محرك بقطر 61 سم (24 بوصة) وقوة دفع تبلغ 110000 نيوتن (25000 رطل) ، ومن المقرر تشغيله تجريبيًا عام 2010. وتُعد جامعة ستانفورد المؤسسة التي طُورت فيها نظرية الاحتراق في طبقة سائلة للصواريخ الهجينة. وتعمل مجموعة SPaSE في ستانفورد حاليًا مع مركز أبحاث ناسا أميس على تطوير صاروخ بيرغرين الاستكشافي ، القادر على الوصول إلى ارتفاع 100 كيلومتر. [ 36 ] وتشمل التحديات الهندسية أنواعًا مختلفة من عدم استقرار الاحتراق. [ 37 ] على الرغم من أن المحرك المقترح تم اختباره في عام 2013، إلا أن برنامج Peregrine تحول في النهاية إلى صاروخ صلب قياسي لظهوره الأول في عام 2016.         

حقن مؤكسد حلزوني في مادة هجينة من البلكسي جلاس. التُقطت الصورة أثناء إيقاف التشغيل، مما أتاح رؤية نمط التدفق. جامعة تينيسي في نوكسفيل.

تُجري جامعة تينيسي نوكسفيل أبحاثًا في مجال الصواريخ الهجينة منذ عام 1999، بالتعاون مع مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا والقطاع الخاص. وقد شمل هذا العمل دمج فوهة مسعر حراري مبردة بالماء، وهي من أوائل مكونات القسم الساخن المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد والتي استُخدمت بنجاح في محرك صاروخي. [ 38 ] كما ركزت أعمال أخرى في الجامعة على استخدام حقن المؤكسد الحلزوني، والوقود الحيوي [ 39 ] ، والوقود المسحوق المغلف بمصفوفة ABS مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك الإطلاق الناجح لصاروخ هجين يعمل بالفحم في كأس ميناء الفضاء الأمريكي لعام 2019. [ 16 ] [ 17 ]

في جامعة دلفت للتكنولوجيا ، ينشط فريق دلفت لهندسة الصواريخ الفضائية  (DARE) الطلابي في تصميم وبناء الصواريخ الهجينة. في أكتوبر 2015، حطم الفريق الرقم القياسي الأوروبي لارتفاع الصواريخ الطلابية باستخدام صاروخ السبر  ستراتوس II+ . كان ستراتوس II+ يعمل بمحرك الصاروخ الهجين DHX-200، مستخدمًا مؤكسد أكسيد النيتروز ومزيجًا من البارافين والسوربيتول ومسحوق الألومنيوم كوقود. في 26 يوليو 2018، حاول الفريق إطلاق صاروخ ستراتوس III الهجين. استخدم هذا الصاروخ نفس مزيج الوقود/المؤكسد المستخدم في سابقه، ولكن بقوة دفع أكبر تبلغ حوالي 360 كيلو نيوتن. [ 40 ] في ذلك الوقت، كان هذا أقوى محرك صاروخي هجين طوره فريق طلابي على الإطلاق من حيث قوة الدفع الكلية. فُقد صاروخ ستراتوس III بعد 20 ثانية من الإطلاق. [ 41 ]    

نجح معهد فلوريدا للتكنولوجيا في اختبار وتقييم التقنيات الهجينة من خلال مشروع بانثر. ويعمل فريق طلاب WARR [ 42 ] في جامعة ميونخ التقنية على تطوير محركات وصواريخ هجينة منذ أوائل سبعينيات القرن الماضي، باستخدام الأحماض أو الأكسجين أو أكسيد النيتروز مع البولي إيثيلين ( HTPB) . ويشمل التطوير محركات منصات الاختبار، بالإضافة إلى نماذج محمولة جواً، مثل أول صاروخ هجين ألماني، بارباريلا . ويعمل الفريق حالياً على تطوير صاروخ هجين يستخدم الأكسجين السائل كمؤكسد، بهدف تحطيم الرقم القياسي الأوروبي لارتفاع الصواريخ الهواة. كما يتعاون الفريق مع شركة روكيت كرافتيرز لاختبار صواريخهم الهجينة.

تحاول مجموعة "دفع الصواريخ" التي يديرها الطلاب في جامعة بوسطن ، [ 43 ] والتي أطلقت في الماضي صواريخ تعمل بمحركات صلبة فقط، تصميم وبناء صاروخ استكشاف هجين أحادي المرحلة لإطلاقه إلى الفضاء شبه المداري بحلول يوليو  2015. [ 44 ]

أطلقت جامعة بريغام يونغ (BYU) وجامعة يوتا وجامعة ولاية يوتا صاروخًا صممه الطلاب يسمى Unity  IV في عام 1995 والذي كان يحرق وقود البولي بوتادين المنتهي بالهيدروكسيل (HTPB) مع مؤكسد الأكسجين الغازي ، وفي عام 2003 أطلقت نسخة أكبر كانت تحرق HTPB مع أكسيد النيتروز .

بدأ فريق الصواريخ الهجينة بجامعة برازيليا (UnB) مساعيه عام ١٩٩٩ ضمن كلية التكنولوجيا، ليصبح بذلك أول مؤسسة في نصف الكرة الجنوبي تعمل في مجال الصواريخ الهجينة. وعلى مرّ السنين، حقق الفريق إنجازات بارزة، شملت ابتكار العديد من صواريخ السبر ومحركات الصواريخ الهجينة. يُعرف الفريق حاليًا باسم مختبر الدفع الكيميائي (CPL) ويقع في حرم جامعة برازيليا (UnB) في غاما. وقد حقق مختبر الدفع الكيميائي (CPL) تقدمًا ملحوظًا في تطوير تقنيات المحركات الهجينة الحيوية. ويشمل ذلك تطوير محرك صاروخي هجين معياري بقوة ١ كيلو  نيوتن لمنصة سارا، ونظام إشعال مبتكر يعمل بشعلة غاز الميثان والأكسجين، ونظام تغذية مؤكسد فعال، وصمامات دقيقة للتحكم في التدفق، وآليات للتحكم في اتجاه الدفع مصممة خصيصًا للمحركات الهجينة. بالإضافة إلى ذلك، حقق الفريق إنجازًا رائدًا في مجال محركات الصواريخ الهجينة، حيث تم تصنيعها بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وتبريدها بشكل فعال. علاوة على ذلك، يشارك المختبر بنشاط في مجالات بحث وتطوير متنوعة، وتشمل مشاريعه الحالية تركيب وقود المحركات الهجينة باستخدام شمع البارافين وأكسيد النيتروز، والمحاكاة العددية، وتقنيات التحسين، وتصميم الصواريخ. ويتعاون مختبر CPL بشكل مكثف مع الهيئات الحكومية والمستثمرين من القطاع الخاص والمؤسسات التعليمية الأخرى، بما في ذلك FAPDF وFAPESP وCNPq وAEB. ومن أبرز الجهود التعاونية فريق Capital Rocket Team (CRT)، وهو فريق من طلاب جامعة برمنغهام، الذين يتعاونون حاليًا مع مختبر CPL لتطوير صواريخ استكشافية هجينة. وفي إنجازٍ لافت، حصد فريق CRT المركز الأول في تحدي أمريكا اللاتينية للفضاء (LASC) لعام 2022.

يُطلق مشروع "الصواريخ في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس " الذي يديره الطلاب، صواريخ ذات دفع هجين باستخدام أكسيد النيتروز كمؤكسد و HTPB كوقود. وهم حاليًا في طور تطوير محرك الصاروخ الهجين الخامس الذي بناه الطلاب. [ 45 ]

يقوم فريق " جامعة تورنتو لعلوم الفضاء"، وهو فريق طلابي تابع لجامعة تورنتو، بتصميم وبناء صواريخ تعمل بمحركات هجينة. ويعمل الفريق حاليًا على إنشاء منشأة جديدة لاختبار المحركات في معهد دراسات الفضاء بجامعة تورنتو ، ويسعى لتحطيم الرقم القياسي الكندي لارتفاع إطلاق الصواريخ للهواة باستخدام صاروخه الجديد "ديفايانس إم كيه 3"، الذي يخضع حاليًا لاختبارات مكثفة. ويُعد محرك "ديفايانس إم كيه 3"، المسمى "كوازار "  ، محركًا هجينًا يعمل بالنيتروز والبارافين ، وقادرًا على توليد قوة دفع تبلغ 7 كيلو نيوتن لمدة 9 ثوانٍ.  

في عام 2016، نجحت جامعة DHA Suffa الباكستانية في تطوير محرك صاروخي هجين [ 46 ] Raheel-1، من فئة 1 كيلو نيوتن، باستخدام شمع البارافين والأكسجين السائل ، ليصبح بذلك أول برنامج بحثي في ​​مجال الصواريخ تديره جامعة في البلاد. [ 47 ] وفي الهند ، يعمل قسم هندسة الفضاء والصواريخ في معهد بيرلا للتكنولوجيا في ميسرا على مشاريع هجينة باستخدام أنواع مختلفة من الوقود والمؤكسدات. 

قامت مجموعة بارس للصواريخ التابعة لجامعة إسطنبول التقنية بتصميم وبناء أول محرك صاروخي هجين في تركيا ، وقد تم اختبار المحرك الصاروخي على نطاق واسع في مايو  2015. [ 48 ]

يستخدم فريق (laffin-gas) من المملكة المتحدة أربعة صواريخ هجينة تعمل بأكسيد النيتروز (N₂O ) في سيارة سباق. يبلغ قطر كل صاروخ 150  ملم وطوله 1.4  متر. ويستخدمون حبيبات وقود مصنوعة من ورق ملفوف عالي الكثافة مشبع بزيت الطهي. يتم توفير غاز أكسيد النيتروز بواسطة مُراكمات مكبسية مضغوطة بالنيتروجين، مما يوفر معدل تدفق أعلى من غاز أكسيد النيتروز وحده، كما يُخفف من أي صدمة ارتدادية.

يُعدّ مركز CISAS (مركز الدراسات والأنشطة الفضائية) "جي. كولومبو" التابع لجامعة بادوا في إيطاليا أحد المراكز الرائدة في أبحاث صواريخ الوقود الهجين . وتشمل أنشطته جميع مراحل التطوير: من التحليل النظري لعملية الاحتراق إلى المحاكاة العددية باستخدام برامج ديناميكا الموائع الحسابية، ثم إجراء اختبارات أرضية لصواريخ صغيرة وكبيرة (تصل قوتها إلى 20 كيلو نيوتن  ، بمحركات تعمل بغاز أكسيد النيتروز وشمع البارافين ). وقد حلّق أحد هذه المحركات بنجاح عام 2009. ومنذ عام 2014، يركز فريق البحث على استخدام بيروكسيد الهيدروجين عالي التركيز كمؤكسد، بالتعاون مع شركة "تكنولوجيا الدفع والابتكار"، وهي شركة منبثقة عن جامعة بادوا. [ 49 ]

في تايوان ، بدأت عمليات تطوير أنظمة الصواريخ الهجينة عام 2009 من خلال مشاريع البحث والتطوير التي أجرتها منظمة NSPO بالتعاون مع فريقين جامعيين. استخدم كلا الفريقين نظام وقود أكسيد النيتروز / HTPB مع خطط تحسين مختلفة. وقد أطلق فريقا جامعة تشنغ كونغ الوطنية (NCKU) وجامعة تشنغ كونغ التقنية الوطنية (NCTU) بنجاح عدة صواريخ هجينة حتى الآن، ووصلت إلى ارتفاعات تتراوح بين 10 و20  كيلومترًا. وتشمل خططهم محاولة  إطلاق الصواريخ إلى ارتفاعات تتراوح بين 100 و200 كيلومتر لاختبار الأقمار النانوية، وتطوير قدرات إطلاق مدارية لهذه الأقمار على المدى البعيد. وقد حقق اختبار إطلاق تجريبي لمحرك هجين مصغر يعمل بنظام التدفق الدوامي المزدوج (DVF) لأكسيد النيتروز / البولي إيثيلين عام 2014 متوسط ​​دافع نوعي (Isp ) قدره 280 ثانية، مما يشير إلى أن النظام قد وصل إلى كفاءة احتراق تبلغ حوالي 97%.

في ألمانيا، يحمل فريق الطلاب HyEnD التابع لجامعة شتوتغارت الرقم القياسي العالمي الحالي لأعلى صاروخ هجين تم بناؤه من قبل الطلاب، وذلك باستخدام صواريخ HEROS الخاصة بهم. [ 50 ]

في بنغلاديش ، قام مركز أبحاث الصواريخ التجريبية للهواة في دكا، المدعوم من الجامعة الأمريكية الدولية في بنغلاديش، باختبار أول محرك صاروخي هجين في البلاد، ويعملون الآن على تطوير نماذج أولية أكبر حجماً تعتمد على البارافين/أكسيد النيتروز. [ 51 ]

يقوم فريق الفضاء التابع لجامعة غراتس التقنية في النمسا أيضاً بتطوير صاروخ يعمل بالوقود الهجين. [ 52 ]

قام فريق الطلاب البولندي PWr in Space في جامعة فروتسواف للعلوم والتكنولوجيا بتطوير ثلاثة صواريخ هجينة: R2 "Setka" و R3 "Dziewięćdziesiątka dziewiątka" وأقوى صاروخ على الإطلاق - R4 "Lynx" مع اختبار ناجح في منصة الاختبار الخاصة بهم [ 53 ].

تمتلك العديد من الجامعات الأخرى، مثل جامعة إمبري ريدل للطيران ، وجامعة واشنطن ، وجامعة بوردو ، وجامعة ميشيغان في آن أربور، وجامعة أركنساس في ليتل روك ، وكلية هندريكس ، وجامعة إلينوي ، وجامعة ولاية بورتلاند ، وجامعة كوازولو ناتال ، وجامعة تكساس إيه آند إم ، وجامعة آرهوس ، وجامعة رايس ، وجامعة إيه جي إتش للعلوم والتكنولوجيا، منصات اختبار المحركات الهجينة التي تسمح للطلاب بإجراء أبحاث باستخدام الصواريخ الهجينة.

صواريخ عالية الطاقة

تتوفر العديد من أنظمة محركات الصواريخ الهجينة للاستخدام من قبل الهواة في مجال نماذج الصواريخ عالية الطاقة. تشمل هذه الأنظمة أنظمة HyperTek الشهيرة [ 54 ] ، وعددًا من أنظمة "Urbanski-Colburn Valved" (U/C) مثل RATTWorks [ 55 ] ، و Contrail Rockets [ 56 ] ، وPropulsion Polymers [ 57 ] . تستخدم جميع هذه الأنظمة أكسيد النيتروز كمؤكسد، ووقودًا بلاستيكيًا (مثل كلوريد البولي فينيل (PVC) أو البولي بروبيلين )، أو وقودًا قائمًا على البوليمر مثل HTPB . يقلل هذا من تكلفة الرحلة الواحدة مقارنةً بمحركات الصواريخ الصلبة، على الرغم من أن الأنظمة الهجينة تتطلب عادةً معدات دعم أرضي أكثر.

في حلقةٍ من برنامج " ميثباسترز " التلفزيوني، عُرضت في 26 أكتوبر 2005 بعنوان " صاروخ الكونفدرالية " [ 58 ] ، تم استعراض محرك صاروخي هجين يستخدم أكسيد النيتروز السائل وشمع البارافين . وزعمت الأسطورة أن جيش الكونفدرالية تمكن خلال الحرب الأهلية الأمريكية من بناء صاروخ من هذا النوع. وقد أُعيد تناول هذه الأسطورة في حلقة لاحقة بعنوان " صاروخ السلامي" ، حيث استُخدم السلامي الجاف المجوف كوقود صلب.

في حلقة 18 فبراير 2007 من برنامج توب جير ، استخدم ريتشارد هاموند وجيمس ماي سيارة ريلاينت روبن في محاولة لتحويل سيارة روبن عادية من طراز K إلى مكوك فضائي قابل لإعادة الاستخدام . ساعد ستيف هولاند، وهو طيار محترف للطائرات المُسيّرة عن بُعد ، هاموند في إيجاد طريقة لهبوط سيارة روبن بأمان. بُنيت المركبة من قِبل أعضاء بارزين في جمعية الصواريخ البريطانية (UKRA)، وحققت إطلاقًا ناجحًا، وحلقت لعدة ثوانٍ في الهواء، وتمكنت من فصل معززات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الوقت المحدد. كان هذا أكبر صاروخ أطلقته منظمة غير حكومية في أوروبا. استخدم الصاروخ 6 محركات 40960 NS O من شركة كونتريل روكيتس، مما أعطى قوة دفع قصوى تبلغ 8 أطنان. مع ذلك، فشلت السيارة في الانفصال عن خزان الوقود الخارجي الكبير بسبب خلل في مسامير التفجير بين سيارة روبن والخزان الخارجي، وتحطمت سيارة روبن على الأرض، ويبدو أنها انفجرت بعد ذلك بوقت قصير. تمت إضافة هذا الانفجار لإضفاء تأثير درامي، حيث أن مركبات ريلاينت روبنز ومحركات الصواريخ الهجينة لا تنفجر بالطريقة المصورة. 

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "نظرة عامة على أنظمة الدفع الصاروخي الهجينة" . مجموعة الدفع الفضائي، المحدودة.
  2. ↑ "نبذة تاريخية عن تكنولوجيا الصواريخ الهجينة" . مجموعة دفع الفضاء. مؤرشف من الأصل في 16 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 15 أكتوبر 2010 .
  3. ^ "GIRD (Gruppa Isutcheniya Reaktivnovo Dvisheniya)" . ويباو . تم الاسترجاع في 26 يوليو 2022 .
  4. ↑ أوكنسكي، آدم (ديسمبر 2021). "إعادة النظر في تكنولوجيا الدفع الصاروخي الهجين للنقل الفضائي - حلول وتحديات الوقود" . FirePhysChem . 1 (4): 260-271 . Bibcode : 2021FPhCh...1..260O . doi : 10.1016/j.fpc.2021.11.015 . S2CID 244899773 . 
  5. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ ١٤ همبل، رونالد؛ غاري، هنري؛ لارسون، وايلي (١٩٩٥). تحليل وتصميم أنظمة الدفع الفضائي . ماكجرو هيل. ISBN 978-0-07-031320-0.
  6. ↑ "الدفع الصاروخي المتقدم - أساسيات الدفع الصاروخي الهجين" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 20 يوليو 2021.
  7. ↑ شيبارد، شيب (أبريل 1954). "مع وجود هواة إطلاق الصواريخ - ولكن الجادين - في صحراء موهافي، يصبح الأمر أشبه بيوم الاستقلال الأمريكي طوال العام" . مجلة Popular Mechanics . مجلات هيرست. الصفحات 81-85 . 
  8. ^ "لا فيوسي ليكس" . يوروسبيس .
  9. ↑ "ليكس" . www.astronautix.com . تم الاطلاع عليه في 3 يناير 2024 .
  10. ↑ "LEX" . صفحة غونتر الفضائية . تم الاطلاع عليها في 3 يناير 2024 .
  11. ↑ «هكذا بدأت شركتا LMR وHPR ...» مجلة كاليفورنيا للصواريخ. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 5 يناير 2014 . 
  12. ↑ معرض صور من أول اختبار ثابت ناجح لمركبة SpaceShipOne مع كوري كلاين من شركة eAc وبيرت روتان من شركة Scaled Composites (صورة). معرض صور eAc. شركة علوم الطيران البيئية (eAc)؛انظر أيضًا: بيرت روتان ، سكيلد كومبوزيتس ، سبيس شيب وان .
  13. ↑ "المركبات الهجينة الشمعية" . Science@NASA. الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2009. تم الاطلاع عليه في 1 يونيو 2009 .
  14. ١ ٢ "تستخدم محركات الصواريخ الهجينة التصنيع الإضافي لدمج مزايا الوقود الصلب والسائل" . ستراتاسيس . مؤرشف من الأصل في ٥ يوليو ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه في ١٩ ديسمبر ٢٠١٦ .
  15. ↑ ووكر، شون (2015). حبيبات وقود صاروخي هجين ذات معدل تراجع عالٍ مع هياكل منافذ حلزونية . هندسة الطيران والفضاء (رسالة ماجستير). لوغان، يوتا: جامعة ولاية يوتا (USU). ص 40. رمز Bibcode : 2016PhDT.........6W – عبر Digital Commons، مكتبة ميريل-كازيير، جامعة ولاية يوتا. 
  16. 1 2 استخدام مصفوفة بوليمر مطبوعة ثلاثية الأبعاد تحتوي على وقود مسحوق في صاروخ هجين، جيمس إيفانز لين، أ. بريغهام، ر. سافري، ك. كارشر، ج. بايرون، ل. آدامز، ج. ريغان، هـ. فورشيز، د. سولا، ل. ميلينديز، و سي. كيك، ورقة AIAA 2018-4597، منتدى الدفع والطاقة 2018، سينسيناتي، أوهايو.
  17. 1 2 تطوير مصفوفة ABS مملوءة بالمسحوق لاستخدامها كوقود في محرك صاروخي هجين، تيج آرانت، جاريد باس، تيموثي جريزل، سيث هولاداي، ماثيو مكفي، ويليام بوتوف، أنجوس شو، بيتر تارل، روبرت نيكل، كارولين ليتل، وجيمس إيفانز لين، ورقة AIAA 2019-4417، منتدى الدفع والطاقة 2019.
  18. ↑ بوسكر، بيانكا (30 نوفمبر 2009). "مركبة فيرجن غالاكتيك الفضائية الثانية تستعد لرحلات تجريبية تمهيداً للسياحة الفضائية" . هاف بوست .
  19. ↑ دورنيانو، لوسيان (27 يوليو 2007). "انفجار مركبة فضائية في منطقة اختبار صحراء موهافي يودي بحياة شخصين" . 
  20. ↑ "تحطم مركبة سبيس شيب تو التابعة لشركة فيرجن غالاكتيك: قتيل واحد وجريح واحد" . أخبار إن بي سي.  
  21. ↑ "CRR 457mm" . مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2014. تم الاسترجاع في 2 يناير 2014 .
  22. ↑ هجين HTP-HTPB بقطر 18 بوصة، يعمل ذاتيًا في بدء التشغيل وإنهاء التشغيل، بالقرب من جارلوك، كاليفورنيا (فيديو). 17 أكتوبر 2009. مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 31 ديسمبر 2013 . 
  23. ↑ "إعلان التصنيع" . صواريخ الولايات المتحدة.
  24. ↑ "اختبار أوربيتك فورتكس الهجين، مع صورة" . أوربيتك. مؤرشف من الأصل في 22 يناير 2017. تم الاطلاع عليه في 23 أبريل 2016 .
  25. ↑ "الصفحة الرئيسية لشركة EAC" . شركة علوم الطيران البيئية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أكتوبر 2017 .
  26. ↑ "المستوى 1" . شركة علوم الطيران البيئية. 
  27. ↑ "تطوير واختبار معزز الحرارة، مع صور وفيديو" . كوبنهاغن سابوربيتالز. مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2010. تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2010 .
  28. ↑ تشيا-نان، لين. "شركة تتطلع إلى آفاق جديدة مع تطور صناعة الفضاء" . تايبيه تايمز . مقال . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 فبراير 2020 .
  29. ↑ بروجان، بيث (21 يونيو 2019). "شركة برونزويك للفضاء تحصل على منحة من ناسا لتطوير محرك صاروخي هجين" . بانجور ديلي نيوز . تم الاطلاع عليه في 27 أكتوبر 2020 .
  30. ↑ أوبراين، جين (1 فبراير 2021). "صاروخ رائد يعمل بالوقود الحيوي قد يكون بمثابة "أوبر للفضاء"" . بي بي سي نيوز . تم الاطلاع عليه في 3 فبراير 2021 . "
  31. ↑ لوك، جاريد (1 أبريل 2021). "شركة روكيت كرافتيرز من ساحل الفضاء تُغيّر علامتها التجارية إلى فايا سبيس وتُعلن عن صاروخ أكبر" . موقع سبيس إكسبلورد . تم الاطلاع عليه في 7 فبراير 2022 .
  32. ↑ "شركة صواريخ في فلوريدا تعيد تسمية علامتها التجارية، وتخطط لصاروخ أكبر" . يو بي آي . تم الاطلاع عليه في 7 فبراير 2022 .
  33. ↑ "الإطلاق أصبح بسيطاً" . فايا سبيس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2025 .
  34. ↑ "أورورا | ديناميكيات التفاعل" . www.reactiondynamics.space . مؤرشف من الأصل في 10 سبتمبر 2022. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2022 .
  35. ↑ "حلول إطلاق الفضاء الكندية بالكامل تخطط لرحلتها الافتتاحية في عام 2023" . فاينانشيال بوست . 4 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2022 .
  36. ↑ "ملصق صاروخ بيرغرين" (ملف PDF) . جامعة ستانفورد. 2008. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 27 فبراير 2009.
  37. ↑ "ملصق صاروخ بيرغرين" (ملف PDF) . جامعة ستانفورد. 2012. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 أبريل 2014.
  38. ↑ كويجلي، نيك؛ لين، جيه إي (نوفمبر-ديسمبر 2014). "تطوير فوهة مطبوعة ثلاثية الأبعاد ومبردة بالسوائل لصاروخ هجين" . مجلة الدفع والطاقة . doi : 10.2514/1.B35455 . S2CID 120692404 – عبر ResearchGate. 
  39. ↑ بوتنام، سكوت غرايسون (2007). دراسة أنواع الوقود غير التقليدية المشتقة من مصادر حيوية لمحركات الصواريخ الهجينة . هندسة الطيران والفضاء (أطروحة دكتوراه). جامعة تينيسي.
  40. ↑ PM van den Berg, F. Barreiro, CL Klop, DA van Strydonck, ST Koehler, تطوير محرك صاروخي هجين بقوة 25 كيلو نيوتن لصاروخ ستراتوس 3 الاستكشافي، المؤتمر الدولي التاسع والستون للملاحة الفضائية (IAC)، بريمن، ألمانيا، 1-5 أكتوبر 2018
  41. ↑ ملخص إطلاق ستراتوس 3 (تقرير). دلفت، هولندا: جامعة دلفت للتكنولوجيا. يوليو 2018. مؤرشف من الأصل في 23 سبتمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 29 مايو 2020 . 
  42. ↑ "Raketentechnik" . warr.de. مؤرشف من الأصل في 6 ديسمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 27 يونيو 2011 .
  43. ↑ "مجموعة دفع الصواريخ" . بوسطن، ماساتشوستس: جامعة بوسطن.
  44. ↑ "ناطحة سحاب النجوم" . مجموعة دفع الصواريخ . جامعة بوسطن. مؤرشف من الأصل في 3 يناير 2015.
  45. ↑ "Ares | RP@UCLA" . rocketproject.seas.ucla.edu . مؤرشف من الأصل في 11 سبتمبر 2022. تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2022 .
  46. ↑ أول محرك صاروخي هجين في باكستان (فيديو). مؤرشف من الأصل بتاريخ ١١ ديسمبر ٢٠٢١ – عبر يوتيوب.
  47. ↑ "أول صاروخ هجين في باكستان يستعد للإطلاق" . صحيفة إكسبريس تريبيون .
  48. ↑ "ITU24" . فريق بارس للصواريخ. جامعة إسطنبول التقنية.
  49. ↑ "الوقود الهجين | T4i" . تكنولوجيا الفضاء من أجل الابتكار.
  50. ↑ "إطلاق مشروع HEROS" . hybrid-engine-development.de . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أبريل 2018 .
  51. ↑ "تم اختبار أول محرك صاروخي هجين في بنغلاديش بنجاح" . 13 سبتمبر 2023.
  52. ↑ "ASTG Propulsion" . 27 فبراير 2021. مؤرشف من الأصل في 5 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 27 فبراير 2021 .
  53. ↑ "الصواريخ - الطاقة في الفضاء" . pwrinspace . الطاقة في الفضاء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مايو 2022 .
  54. ↑ "هايبر تيك - أسهل طريقة للوصول على الإطلاق" . hypertekhybrids.com .
  55. ↑ "RATTworks: محركات صواريخ هجينة وثلاثية هجينة دقيقة" . rattworks.net . مؤرشف من الأصل في 30 يناير 2020. تم الاطلاع عليه في 15 ديسمبر 2006 .
  56. ↑ "محركات الصواريخ الهجينة من كونتريل روكيتس" . contrailrockets.com .
  57. ↑ "初売りで流行のアイテムを入手しよう｜人気のおしゃれグッズ" . propulsionpolymers.com . مؤرشفة من الأصلي في 17 أكتوبر 2005 . تم الاسترجاع 17 أكتوبر، 2005 .
  58. ↑ صاروخ الكونفدرالية . discovery.com (فيديو). برنامج ميثباسترز. 2005.

للمزيد من القراءة