เครื่องยนต์ของจรวด
เครื่องยนต์จรวดใช้หลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น [1] เครื่องยนต์ขับเคลื่อนจรวดมาในหลากหลายรูปแบบ; รายการที่ครอบคลุมสามารถพบได้ในเครื่องยนต์จรวด จรวดในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นจรวดที่ใช้พลังงานทางเคมี (โดยปกติมักจะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (internal combustion engines), [73] แต่บางแบบก็ใช้การแยกสลายตัวของเชื้อเพลิงจรวดแบบโมโน (decomposing monopropellant) ที่จะปล่อยก๊าซไอเสีย (exhaust gas) ร้อนออกมา เครื่องยนต์จรวดสามารถใช้เชื้อเพลิงจรวดที่เป็นแก๊ส, เชื้อเพลิงแข็ง (solid propellant), เชื้อเพลิงเหลว (liquid propellant), หรือส่วนผสมไฮบริดทั้งของแข็งและของเหลว (hybrid mixture of both solid and liquid)
เชื้อเพลิงจรวด (Propellant)
ดูบทความหลักที่: เชื้อเพลิงจรวด
Gas Core light bulb
เชื้อเพลิงจรวดเป็นมวลสารเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวในอุณหภูมิต่ำมาก ๆ และมีความดันสูงมาก และได้ถูกกักเก็บเอาไว้มักจะอยู่ในรูปแบบของถังหรือท่อรูปทรงกระบอกที่มีเอาไว้กักเก็บเชื้อเพลิงก่อนที่จะถูกนำออกมาใช้เป็นมวลสารขับดันที่จะเกิดการสันดาปเกิดเป็นเปลวไฟก๊าซร้อนความดันสูงมากและพุ่งออกมาจากด้านท้ายของเครื่องยนต์จรวดในรูปแบบของลำของไหลไอพ่นเพื่อสร้างให้เกิดแรงผลักดันให้ลำตัวจรวดพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม จรวดเคมีมักจะใช้เชื้อเพลิงจรวดเป็นเชื้อเพลิง เช่น ไฮโดรเจนเหลวหรือน้ำมันก๊าดที่ถูกเผาไหม้ด้วยตัวช่วยสันดาปเช่นออกซิเจนเหลวหรือกรดไนตริกในการสร้างให้เกิดก๊าซร้อนมากในปริมาณมาก ๆ ตัวออกซิไดซ์หรือตัวช่วยในการเผาไหม้จะเป็นทั้งที่ถูกเก็บรักษาไว้แยกต่างหากและนำมาผสมกันในห้องเผาไหม้, หรือนำมาผสมกันแบบสำเร็จรูป, เพื่อใช้ทำเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็ง
บางครั้ง เชื้อเพลิงจรวดจะไม่ได้รับการเผาไหม้ แต่ยังคงได้รับการเกิดปฏิกิริยาเคมีอยู่, และอาจจะเป็น ‘monopropellant’ เช่น ไฮดราซีน (hydrazine), ไนตรัสออกไซด์ (nitrous oxide) หรือ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่สามารถย่อยสลายแบบเร่งปฏิกิริยา (catalytically) ไปเป็นแก๊สร้อนได้
อีกวิธีหนึ่ง, คือเชื้อเพลิงจรวดแบบเฉื่อย (inert propellant) สามารถนำมาใช้โดยที่สามารถให้ความร้อนจากแหล่งภายนอกได้, เช่น ในจรวดพลังไอน้ำ (steam rocket), จรวดพลังความร้อนสุริยะ (solar thermal rocket) หรือ จรวดพลังความร้อนนิวเคลียร์ (nuclear thermal rocket) [1]
สำหรับจรวดขนาดเล็ก, จรวดประสิทธิภาพต่ำ เช่น ตัวขับดันสำหรับควบคุมท่าทางการทรงตัว (attitude control thruster) ในการบินของยานอวกาศหรืออวกาศยาน เมื่อถูกทำให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นแล้วจะมีความจำเป็นน้อยลง, ของเหลวที่มีแรงดันนั้นจะถูกใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงจรวดเพียงเพื่อยานอวกาศจะใช้เป็นแรงผลักดันสำหรับในการหนีออกจากวงโคจรโดยผ่านทางหัวฉีดแรงขับ (propelling nozzle) [1]
การใช้ประโยชน์
จรวดหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันกับอุปกรณ์ที่อาศัยแรงปฏิกิริยาจะต้องบรรทุกนำพาเอาเชื้อเพลิงจรวดของตัวเองที่จำเป็นจะต้องใช้เพื่อการนี้ติดไปด้วยเมื่อไม่มีสารเคมีอื่น ๆ (ไม่ว่าทางบก, ทางน้ำ หรือ ทางอากาศ) หรืออาศัยแรง (เช่น แรงโน้มถ่วง, อำนาจแม่เหล็ก, แสง) ที่ยานพาหนะอาจจำเป็นจะต้องใช้เพื่อเป็นประโยชน์สำหรับการขับเคลื่อน, เช่น ในอวกาศ ในสถานการณ์เช่นนี้, มีความจำเป็นจะต้องนำพาบรรทุกเอาเชื้อเพลิงจรวดทั้งหมดที่จรวดจะต้องใช้ติดขึ้นไปด้วย
อย่างไรก็ตาม, จรวดยังมีประโยชน์ในสถานการณ์อื่น ๆ อีก ได้แก่:
การทหาร
ดูบทความหลักที่: ขีปนาวุธ
ขีปนาวุธไทรเดนท์ 2 (Trident II missile) ถูกยิงปล่อยขึ้นจากทะเล
อาวุธทางทหารบางอย่างใช้จรวดเพื่อขับเคลื่อนหัวรบ (warhead) ไปสู่ยังเป้าหมายของพวกเขา จรวดและน้ำหนักบรรทุกของมันเมื่อถูกรวมเข้าด้วยกันโดยทั่วไปจะเรียกว่าเป็น ขีปนาวุธ เมื่ออาวุธนั้นมีระบบนำวิถีอยู่ด้วย (ขีปนาวุธไม่ทั้งหมดที่ใช้เครื่องยนต์จรวด, บางอย่างก็ใช้เครื่องยนต์แบบอื่น ๆ เช่น เครื่องยนต์ไอพ่น) หรือเป็นแค่ จรวด (อาวุธ) ธรรมดา ๆ ถ้ามันไม่ถูกนำวิถี ขีปนาวุธต่อต้านรถถังและขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน (anti-aircraft missile) ใช้เครื่องยนต์จรวดที่จะเป็นตัวขับเคลื่อนขีปนาวุธเพื่อให้พุ่งเข้าหาเป้าหมายที่อัตราเร็วสูงในช่วงระยะห่างหลาย ๆ ไมล์ได้, ในขณะที่ขีปนาวุธข้ามทวีปก็สามารถใช้ในการบรรทุกหัวรบนิวเคลียร์ (multiple nuclear warhead) ได้เป็นจำนวนหลายหัวรบจากระยะทางหลายพันไมล์ได้, และขีปนาวุธต่อต้านขีปนาวุธข้ามทวีป (anti-ballistic missile) ก็พยายามที่จะหยุดยั้งยิงสกัดกั้นการเคลื่อนเข้าสู่เป้าหมายในการนี้เอาไว้ให้จงได้ จรวดยังได้ถูกนำไปใช้ในการทดสอบสำหรับการลาดตระเวณ, เช่น จรวดปิงปอง (Ping-Pong rocket), ซึ่งจะถูกยิงปล่อยออกมาเพื่อค้นหาตรวจตราเป้าหมายศัตรู, อย่างไรก็ดี, จรวดรีคอน (recon rocket) ก็ไม่เคยได้ถูกนำเข้ามาใช้อย่างกว้างขวางในทางทหารแต่อย่างใด
วิทยาศาสตร์และการวิจัย
จรวดหยั่งอวกาศ “บั๊มเปอร์” (กันชน) (Bumper)
ดูเพิ่มเติมที่: ยานสำรวจอวกาศ (Space probe)
จรวดหยั่งอวกาศ (Sounding rocket) [74] โดยทั่วไปแล้วมักใช้ในการบรรทุกเอาเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้ทำการอ่านค่าจากระยะความสูงจาก 50 กิโลเมตร (31 ไมล์) ถึง 1,500 กิโลเมตร (930 ไมล์) เหนือพื้นผิวของโลกติดขึ้นไปกับจรวดด้วย [75]
เครื่องยนต์จรวดยังใช้ในการขับเคลื่อนเลื่อนจรวด (rocket sled) ไปตามรางรถไฟด้วยอัตราเร็วที่สูงมาก บันทึกสถิติโลก คือ ที่อัตราเร็ว มัค 8.5 [76]
การบินอวกาศ (spaceflight)
ดูบทความหลักที่: การบินอวกาศ
จรวดขนาดใหญ่ปกติจะมีการยิงปล่อยได้จากฐานยิงจรวดที่ให้การรองรับสนับสนุนด้วยความมีเสถียรภาพตราบจนกระทั่งถึงไม่กี่วินาทีหลังจากการจุดระเบิดเผาไหม้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จรวด เนื่องจากความเร็วไอเสียของจรวดมีค่าสูงที่ประมาณ 2,500 ถึง 4,500 เมตร ต่อ วินาที (9,000 ถึง 16,200 กิโลเมตร ต่อ ชั่วโมง; 5,600 ถึง 10,100 ไมล์ต่อชั่วโมง) -จรวดจะมีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการอัตราเร็วที่สูงมาก เช่น ความเร็ววงโคจรที่ประมาณ 7,800 เมตร ต่อ วินาที (28,000 กิโลเมตร ต่อ ชั่วโมง; 17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ยานอวกาศที่ถูกส่งเข้ามาในวิถีวงโคจรได้กลายมาเป็นดาวเทียม (artificial satellites), ซึ่งจะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในเชิงพาณิชย์เป็นจำนวนมาก อันที่จริงแล้ว, จรวดยังคงเป็นวิธีเดียวที่จะนำส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรและอาจจะไปไกลได้เกินกว่านั้น [77] จรวดยังถูกใช้ในการเร่งความเร็วยานอวกาศเมื่อต้องการเปลี่ยนวงโคจรหรือออกจากวงโคจรสำหรับการการลงจอด (landing) ของยานอวกาศ นอกจากนี้, จรวดอาจถูกใช้เพื่อการชะลอตัวลงแทนการใช้ร่มชูชีพที่กางออกได้ยากสำหรับในการลงจอดในทันทีก่อนที่จะมีการร่อนลงแตะพื้นดินของยานอวกาศ (ดู จรวดถอยหลัง (retrorocket))
