في دراسة جديدة نشرت بواسطة فريق بحثي في جامعة واشنطن من شأنها ان تحدث ثورة في علم صواريخ الفضاء , حيث طور الفريق البحثي نموذجا رياضيا يصف كيفية عمل المحركات الدوارة ذات الاحتراق الفوري (Rotating Detonation Engine (RDE .
تكلفة صواريخ الفضاء في السابق
ففي الحالة الاعتيادية , تكون تكلفة ارسال ناسا لصاروخ الى الفضاء لكي يدور في مدار الكثير من الوقود , تقريبا ما يعادل 15,875,732 كليو غراما و الذي تقريبا يساوي خمسة عشر ضعفا وزن الحوت الازرق , لكن بوجود نوع جديد من المحركات – المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري – فهو لن يجعل عمل الصواريخ كفوءا فحسب بل سوف يكون خفيفا و سهل التركيب .
لكن هنالك مشكلة واحدة , ان هذا المحرك سوف يكون صعب التوقع لكي يستخدم في الصواريخ الحالية , فواحدة من اهم عيوبه الحالية هي عدم استقراره في العمل , لكن ما هو هذا المحرك و كيف يعمل ؟
ان المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري هو محرك جديد – مقترح – يكون اساس عمله عبارة عن زيادة ضغط الاحتراق , حيث يوجد صاعق واحد او اكثر يدور بأستمرار في قناة حلقية , فلقد اشارت التجارب العلمية في وقت سابق الى امكانية عمل هذا النوع من المحركات في تطبيقات النقل و غيرها , فهو نظريا اكثر كفاءة من محرك الاحتراق التقليدي بما يزيد عن 25 % , و في الورقة البحثية المنشورة يبحث الفريق البحثي امكانية تطوير هذا المحرك ليصبح محركا قليل الاستهلاك للوقود و خفيف الوزن مما يمكن رحلات السفر للفضاء الخارجي بصورة سهلة غير مسبوقة .
أن مبدأ عمل هذا المحرك يكون عن طريق ارسال موجة احتراق تنتقل خلال قناة دائرية – حلقة – حيث يتم ادخال مزيج من الوقود و عامل مؤكسد الى القناة من خلال فتحات صغيرة مع وجود صاعق على شكل انبوب في خزان مزيج الوقود و العامل المؤكسد و بعد ان يتم تشغيل المحرك سوف يكون مستدام ذاتيا , حيث ان أنبوب صعق واحد يمكن ان يولد طاقة كافية للحفاظ على الاحتراق و مخلفات الاحتراق تندفع خارج القناة من خلال مزيج الوقود و العامل المساعد الذي يدخل القناة , و يتمثل الفرق الأساسي بين محرك الاحتراق التقليدي و المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري هو كفاءة الأخير في استخدام الوقود و استدامته الذاتية .
المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري
فلقد قام فريق بحثي في جامعة واشنطن بتطوير نموذج رياضي يصف كيفية عمل هذا النوع من المحركات و الذي سيمثل ثورة في علم صواريخ الفضاء , فعند توفر هذه المعلومات سوف يتمكن المهندسين من تطوير اختبارات تحسن هذه المحركات لجعلها مستقرة اكثر و تحسين ادائها , و يذكر الباحث المشرف ” ان مجال العمل ضمن هذا النوع من المحركات – المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري – لا يزال في مراحله الاولى , لدينا بيانات هائلة حول هذه المحركات لكننا لا نزال لا نفهم طريقة عمله جيدا ” و اضاف ” لقد حاول الفريق اعادة صياغة بعض النتائج من خلال مراقبة تشكل الانماط , و اتضح لنا الكثير من هذه المراقبة ” .
توضيح الية عمل المحرك الدوار
اقرا ايضاً : 72 ثانية أشارة واو Wow قادمة من الفضاء !!
ان المحرك الصاروخي التقليدي يكون مبدأ عمله من خلال حرق الحشوة الدافعة لكي تدفع الصارخ مولدة قوة دفع , لكن المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري يكون مبدأ عمله مختلف من حيث حرق الحشوة الدافعة , فيكون القسم الخاص بحرق الحشوة الدافعة في المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري مكون من مجموعة اسطوانات متحدة المركز تتيح للحشوة بالتدفق من خلال فراغات بين الاسطوانات , بعد الاشتعال فأن الحرارة السريعة تولد موجة صعق و التي تكون عبارة عن تذبذب قوي يتكون من الغاز مع وجود ضغط عالي بشكل كبير و ارتفاع سريع في درجة الحرارة يكون اسرع من سرعة الصوت .
محرك الصاروخ التقليدي
حيث يكون مسار عملية الاحتراق هذه عبارة عن احتراق – تفجير – لكن يكمن خلف هذه المرحلة الاولى من الاحتراق كمية من تذبذبات الاحتراق التي تستمر باستهلاك ما هو متوفر من حشوة الدفع , حيث تولد هذه العملية ضغط عالي و حرارة تقود العادم في خلف المحرك الى سرعته القصوى مما يمكننا من توليد قوة دفع ! .
كما ان المحرك التقليدي يستخدم العديد من المكائن و الاجزاء لتوجيه و السيطرة على تفاعل عملية الاحتراق لكي تولد الشغل اللازم لدفع المحرك , لكن في المحرك الدوار فأن موجة الصعق تقوم بكل شيء طبيعيا من دون الاستعانة بأجزاء اخرى من المحرك نفسه , حيث يذكر الباحث المشرف ” ان عملية الاحتراق الموجه بواسطة الصعق تقوم بكبس تدفق الحشوة بينما تنتقل عبر حجرة الاحتراق ” و يضيف ” لكن المشكلة هي ان هذه الصواعق لا يمكن السيطرة عليها , بمجرد ان تشغل احداها فهي تصبح عنيفة جدا “.
الية عمل المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري
و لكي يفهم الفريق البحثي هذا النوع من المحركات و يصفون طريقة عمله , فلقد انشأوا محركا دافعا تجريبيا حيث يمكنهم التحكم بعوامل عديدة على سبيل المثال حجم الفراغ بين الاسطوانات ؛ بعدها يقومون بتسجيل مسار عملية الاحتراق بكاميرات ذات سرعة عالية و يجدر بالذكر ان كل تجربة تستغرق 0.5 ثانية لكي تكتمل , لكن الفريق البحثي اجرى تجاربه عند 240.000 اطار في الدقيقة لكي يتمكنوا من رؤية ما يحدث بالتصوير البطيء .
انطلاقا من هذه التجارب فلقد طور الفريق نموذجا رياضيا يحاكي ما رأوه في التسجيلات خلال التجارب , و في هذا الصدد يذكر مساعد المشرف ” ان هذا النموذج هو الوحيد القادر على وصف تنوع و تعقيد ديناميكية المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري الذي رصدناه في تجاربنا ” , حيث ان النموذج قد مكن الفريق البحثي و لأول مرة من تحديد استقرار المحرك الدوار من عدمه اضافة الى ان النموذج مكنهم من تقييم جودة و كفاءة عمل المحرك , لكن النموذج غير جاهز بعد لكي يستخدمه المهندسين حيث يجب على الفريق ان يتأكد من تطابق نتائج النموذج مع النتائج التجريبية لكي تتفق ملاحظات النموذج مع ملاحظات التجربة , و هو ما سيطور من عمل المحرك الدوار ذو الاحتراق الفوري الذي سيحدث ثورة في علم صواريخ الفضاء .
انشاء و ترجمة و تحرير : حسين التميمي
المصادر :
