סיקור מקיף

רקטות גז טבעי

הנעה באמצעות מתאן תופסת גובה

מאת סטיבן אשלי, סיינטיפיק אמריקן – מתוך המהדורה הישראלית

רובנו יודעים שהגז הטבעי, מתאן, משמש כדלק לחימום ביתי, אבל הגז עשוי בקרוב גם להניע חלליות בדרכן למסלול סביב כדור הארץ ואף מעבר לכך. חוקרי טילים ברחבי העולם עובדים עתה על פיתוח מנועים שישרפו מתאן במקום הדלקים הנוזליים המקובלים.

בחמישים השנים האחרונות העדיפו מהנדסים להשתמש בדרך כלל בדלקים כימיים שהכילו פחמימנים, כמו קרוסין (נפט ביתי), או מימן, ובחמצן נוזלי בטמפרטורה נמוכה. אבל לקרוסין ולמימן יש חסרונות. לדברי דייוויד רייסבורו מחברת C&Space, העוסקת בתעופה וחלל בסאונגנם שבדרום קוריאה, "שרפת קרוסין יוצרת פיח, המותיר משקעים שחורים על פני השטח של המנוע, יוצר סתימות וגורם בעיות בשימוש חוזר". לעומת זאת, השימוש במימן דורש אחסון קריוגני יקר שהפעלתו עלולה להיות מסוכנת. כמו כן, יש צורך לבודד היטב את מכלי המימן הגדולים באמצעות מערכות בידוד גדולות ומסורבלות.

בשל העובדה שכל תקלה גורמת כמעט תמיד לאסון, נוטים מהנדסי הטילים לשמרנות, והם דבקים בציוד ובדלקים שעמדו במבחן. ואולם, בשנים האחרונות ממציאים בוחנים דלקים חלופיים, ובהם מתאן. מתאן הוא חומר שפעילותו מתונה באופן יחסי, תכונה בעלת השלכות הנוגעות לבטיחות הצוות ולביצועים בחלל ועל פני השטח של כוכבי הלכת. שרפת מתאן יוצרת פחות פיח משרפת קרוסין וכושר ההנעה שלו טוב יותר. בייחוד מצטיין המתאן במִתקָף סגולי גבוה יותר, מדד ליעילות הדלק המתאר את התנע שחומר דלק במשקל מסוים יכול להקנות לטיל.

אף על פי שהמתקף הסגולי של מתאן נמוך מזה של מימן, יש לו כמה יתרונות. מתאן נוזלי יציב יותר, ומתנדף לאט יותר. יותר מכך, המכלים לאחסון מתאן דורשים פחות בידוד, תכונה המאפשרת להוריד את משקל המערכת. כמו כן, טמפרטורת הרתיחה של מתאן, -163°C, קרובה לזו של חמצן נוזלי (-183°C) יותר מאשר לזו של מימן נוזלי (-253°C), דבר המקל על תחזוקת כלי הטיס ותכנונו. עוד יתרון נובע מכך שאסטרונאוטים במשימות עתידיות למאדים יוכלו להפיק מתאן על פני כוכב הלכת האדום מן האטמוספרה שלו המורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני. הדבר יאפשר להקטין את משקל החללית ואת נפחה. ובעתיד הקרוב יותר, תוכל משימת אוריון של נאס"א להשתמש במתאן כדי להניע את המראתו של רכב הנחיתה מפני הירח או את חזרתו לארץ של תא הצוות.

באמצעות תקציבים של נאס"א מַפנות כמה חברות את ניסיונן ההנדסי אל טילי המתאן. חברת XCOR Aerospace, יצרנית רקטות ממוהבי שבקליפורניה, ערכה בדצמבר 2006 ניסוי קרקעי מוצלח במנוע רקטי בעל דחף של 3.3 טונות המוּנָע באמצעות מתאן וחמצן נוזליים, כך מדווח ריצ'רד פורנל מ-XCOR. חברה מתחרה, KT" הנדסה" מהנטסוויל שבאלבמה, מצפה להתחיל בניסוי הצתה ראשוני של מנוע מתאן במהלך 2007.

במארס 2006 בחנו מהנדסים ב-C&Space מנוע מתאן /חמצן בעל דחף של 14-9 טונות. המנוע תוכנן בסיוע מומחים רוסים במטרה להעלות למסלול נמוך סביב כדור הארץ לוויינים של חצי טונה במחיר של כ-4,000 דולר לקילוגרם – עלות של כ-20% מן העלות המקובלת היום. המערכת תוכל גם להניע טיסות תיירותיות תת-מסלוליות או לשמש כמאיץ לשלב השני של טילים. "אנו סבורים שמתאן יאפשר המראות ונחיתות מהירות יותר הדומות לאלו של מטוס רגיל," מסביר רייסבורו.

אך על אף התקוות הגבוהות, ההצלחה אינה בטוחה כלל וכלל. השלמתו של "גלקסי אקספרס", מאיץ לשלב השני של רקטות לשיגור לוויינים, המונע במתאן, שפותח על ידי הסוכנות היפנית לחקר החלל והתעופה בשיתוף עם יזם מסחרי, נדחתה בשל חריגות תקציב של מאות מיליוני דולרים.

מחפשים פתרון נקי

אמינות חסרת פשרות היא המפתח לעבודתם של מדעני טילים. זאת הסיבה לכך שהם בוחרים בדרך כלל להשתמש בחומרים הקרויים "נוזלים היפרגוליים", כמו הידראזין וחנקן ארבע-חמצני, במדחפי תגובה נשלטת (RCS), רקטות קטנות המשמשות לשמירה על כיוון החללית בחלל. נוזלים היפרגוליים ניצתים מעצמם כששני מרכיביהם באים במגע זה עם זה. לפיכך, המנועים הרקטיים האלה מהימנים וקל לשלוט בהם באמצעות שני שסתומים בלבד. לעומת זאת, קשה לשלוט באדים הרעילים שלהם המזהמים את אזור הבעירה. כמה חברות, ובהן "אוריון הנעה" ממדיסון שבאלבמה ו"אורביטל טכנולוגיות" ממדיסון שבוויסקונסין, פיתחו רקטות קטנות המונעות במתאן (ומפיקות דחף של 50 ק"ג או פחות) שנמנעות מן הבעיות שיוצרים הדלקים ההיפרגוליים

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

דילוג לתוכן