Persembahan artis dari Demonstrator Powerhead Bersepadu. Kredit gambar: NASA. Klik untuk membesarkan.
Apabila anda memikirkan teknologi roket masa depan, anda mungkin memikirkan penggerak ion, mesin antimateri dan konsep eksotik yang lain.
Tidak begitu pantas! Bab terakhir dalam roket berbahan bakar cecair tradisional masih belum ditulis. Penyelidikan sedang dijalankan untuk reka bentuk roket berbahan bakar cair generasi baru yang dapat menggandakan prestasi berbanding reka bentuk hari ini sambil meningkatkan kebolehpercayaan.
Roket berbahan bakar cecair telah lama wujud: Pelancaran berkuasa cecair pertama dilakukan pada tahun 1926 oleh Robert H. Goddard. Roket sederhana itu menghasilkan daya tarikan sekitar 20 paun, cukup untuk membawanya sekitar 40 kaki ke udara. Sejak itu, reka bentuk menjadi canggih dan hebat. Tiga enjin kapal terbang yang menggunakan bahan bakar cair, misalnya, dapat menggunakan lebih dari 1.5 juta pound daya dorong gabungan dalam perjalanan ke orbit Bumi.
Anda mungkin menganggap bahawa, sekarang, setiap penyempurnaan yang dapat difahami dalam reka bentuk roket berbahan bakar cair pasti telah dibuat. Anda salah. Ternyata ada ruang untuk diperbaiki.
Diketuai oleh Angkatan Udara AS, sebuah kumpulan yang terdiri daripada NASA, Departemen Pertahanan, dan beberapa rakan industri sedang mengusahakan reka bentuk enjin yang lebih baik. Program mereka dinamakan Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies, dan mereka melihat banyak kemungkinan peningkatan. Salah satu yang paling menjanjikan setakat ini adalah skema baru untuk aliran bahan bakar:
Idea asas di sebalik roket berbahan bakar cecair agak mudah. Bahan bakar dan pengoksidaan, keduanya dalam bentuk cair, dimasukkan ke dalam ruang pembakaran dan dinyalakan. Sebagai contoh, pesawat ulang-alik menggunakan hidrogen cair sebagai bahan bakarnya dan oksigen cair sebagai pengoksida. Gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran keluar dengan cepat melalui muncung berbentuk kerucut, sehingga menghasilkan tujahan.
Perinciannya, tentu saja, jauh lebih rumit. Untuk satu, bahan bakar cair dan pengoksidasi mesti dimasukkan ke dalam ruang dengan cepat dan di bawah tekanan yang tinggi. Enjin utama ulang-alik akan menguras kolam renang yang penuh dengan bahan bakar hanya dalam 25 saat!
Aliran bahan api yang mengalir ini didorong oleh turbopump. Untuk mengaktifkan turbopump, sejumlah kecil bahan bakar "praburn", sehingga menghasilkan gas panas yang mendorong turbopump, yang pada gilirannya memompa sisa bahan bakar ke ruang pembakaran utama. Proses serupa digunakan untuk mengepam pengoksida.
Roket berbahan bakar hari ini hanya menghantar sejumlah kecil bahan bakar dan pengoksidaan melalui preburners. Sebilangan besar mengalir terus ke ruang pembakaran utama, melewatkan preburners sepenuhnya.
Salah satu daripada banyak inovasi yang diuji oleh Angkatan Udara dan NASA adalah menghantar semua bahan bakar dan pengoksidaan melalui preburner masing-masing. Hanya sebilangan kecil yang digunakan di sana - cukup untuk menjalankan turbos; selebihnya mengalir ke ruang pembakaran.
Reka bentuk "kitaran aliran penuh" ini mempunyai kelebihan penting: dengan lebih banyak jisim yang melewati turbin yang mendorong turbopump, turbopump didorong lebih keras, sehingga mencapai tekanan yang lebih tinggi. Tekanan yang lebih tinggi sama dengan prestasi yang lebih besar dari roket.
Reka bentuk sedemikian tidak pernah digunakan dalam roket berbahan bakar cecair di A.S. sebelumnya, menurut Gary Genge di Pusat Penerbangan Angkasa Marshall NASA. Genge adalah Timbalan Pengurus Projek untuk Integrated Powerhead Demonstrator (IPD) - mesin ujian untuk konsep ini.
"Reka bentuk ini yang kami jelajahi dapat meningkatkan prestasi dalam banyak cara," kata Genge. "Kami mengharapkan kecekapan bahan bakar yang lebih baik, nisbah tujahan dan berat yang lebih tinggi, kebolehpercayaan yang lebih baik - semuanya dengan kos yang lebih rendah."
"Namun, pada fasa projek ini, kami hanya berusaha agar corak aliran alternatif ini berfungsi dengan betul," katanya.
Mereka telah mencapai satu matlamat utama: mesin yang lebih sejuk. "Turbopumps menggunakan corak aliran tradisional dapat memanaskan hingga 1800 C," kata Genge. Itu banyak tekanan haba pada enjin. Turbopump "aliran penuh" lebih sejuk, kerana dengan lebih banyak massa yang melaluinya, suhu yang lebih rendah dapat digunakan dan masih mencapai prestasi yang baik. "Kami telah menurunkan suhu beberapa ratus darjah," katanya.
IPD hanya dimaksudkan sebagai ujian untuk idea baru, kata Genge. Penunjuk perasaan itu sendiri tidak akan pernah terbang ke angkasa. Tetapi sekiranya projek itu berjaya, beberapa penambahbaikan IPD dapat masuk ke kenderaan pelancaran masa depan.
Hampir seratus tahun dan beribu-ribu pelancaran selepas Goddard, roket berbahan bakar cecair terbaik masih belum ada.
Sumber Asal: Artikel Sains NASA
