בקטנה:
בחלקים הקודמים ראינו איך פועל מנוע רקטי, ודנו בסוגים שונים של מנועים רקטים. בפרט, ראינו כי ישנם מנועים הנעזרים בהודף נוזלי ליצירת דחף, ואילו אחרים נעזרים בהודף מוצק. למרות שמנועים אלו נפוצים מאוד, הם אינם סוגי המנועים היחידים. בפרק הזה נדבר על סוגים נוספים של מנועים רקטיים.
מאת ויקטור צ'רנוב
מנועים רקטיים אינם מוגבלים רק להנעה באמצעות הודף מוצק ונוזלי. ישנם סוגים רבים נוספים של הודפים. כדוגמה ראשונה, נדון במנוע כלאיים (היברידי). מנוע כלאיים הוא מנוע המשלב הודף מוצק ומנוע עם הודף נוזלי. לרוב, מדובר בגרעין של דלק מוצק, עליו מזרימים מחמצן נוזלי. נזכיר כי בעירה דורשת חמצן. הזרמת המחמצן מאפשרת להודף במנוע הטיל לבעור ולייצר דחף, גם בתנאים סביבתיים של חוסר בחמצן.

כפי שהסברנו בפוסטים הקודמים, אחד מיתרונותיו של מנוע בעל הודף נוזלי הוא היכולת להפריד בין הדלק לחמצן ובאופן זה לשלוט בעוצמת הבעירה ובדחף שהמנוע יוצר. לעומתו, מנוע בעל הודף מוצק הוא פשוט יותר ובעל מספר נמוך של חלקים נעים, אך המחיר הוא חוסר השליטה בדחף. מנוע הכלאיים משלב בין יתרונות מנועים אלו ומאפשר הפרדה בין הדלק למחמצן ושליטה בדחף , זאת תוך שימוש במספר קטן של חלקים נעים עבור מערכת הזרמת המחמצן. אולם דבר איננו מושלם - המחיר של יתרונות אלו הוא ביצועים חלשים יחסית .
מנועי כלאיים אינם נפוצים, באופן יחסי. המפורסם שבהם הוא המנוע של החללית 2 ,SpaceShipTwo [1],  של חברת וירג'ין גלאקטיק Virgin Galactic) ) שפועלת לאפשר טיסה מסחרית לגבול החלל, בגובה של כ-100 ק"מ. החללית מועלית לגובה של 15 ק"מ בעזרת מטוס, שם היא משוחררת ומפעילה את מנוע הכלאיים שלה. הדלק במנוע הוא HTPB (עליו דיברנו בפוסט הקודם) והמחמצן הוא גז צחוק (N2O,  כן, כן, אותו גז שרופאי שיניים משתמשים בו). חברת וירג'ין מתכננת להתחיל לטוס ב-2018.
 
מנועים נוספים הנפוצים בשימוש בחלל הם מנועים חשמליים. עיקרון הפעולה של מנוע רקטי חשמלי דומה למה שהכרנו קודם – הוא זורק אחורה גז במהירות גבוהה. אבל הפעם אנחנו לא שורפים את הגז, אלא מייננים אותו ומאיצים אותו בעזרת שדה חשמלי ו/או מגנטי.
יש מגוון רחב של סוגי מנועים חשמליים. אחד הנפוצים שבהם הוא "מאיץ יוני רשתי" שפותח במערב. במאיץ זה משתמשים בדרך כלל בגז קסנון כהודף. בתחילה, מייננים את הגז בעזרת הפצצה שלו באלקטרונים. לאחר מכן, עובר הגז המיונן בין רשתות שיש ביניהן הבדל פוטנציאלים חשמלי. הבדל הפוטנציאלים מאיץ את הגז למהירויות גבוהות ובכך מתקבל דחף [3].
מנועי הול (Hall) פועלים באופן דומה למנועי יוניים רשתיים [4]. ההבדל העיקרי בין שני המנועים הוא שבשביל להאיץ את הגז המיונן, לא משתמשים ברשת בעלת מטען שלילי אלא בפלזמה של אלקטרונים, המונעת בעזרת שדה מגנטי (זרימת הול  [5]). בעוד שעיקרון הפעולה של שני המנועים דומה, מנועי הול הם בעלי ממדים קטנים יותר ממנועים רשתיים.
מנועי הול הם המנועים החשמליים הפופולריים ביותר כיום. היתרון הגדול שלהם הוא שהם יעילים יותר באופן משמעותי ממנועים כימיים; התקיפה הסגולית שלהם היא פי עשר ויותר ממנועים כימיים. חסרונם הגדול של מנועים אלו הוא שהם מספקים כמות מאוד קטנה של דחף –עד פי מיליון פחות ממנועים כימיים. כדי לספק את הדחף החזק ביותר שהתקבל עד היום ממנוע חשמלי, היה נדרש לספק לו מתח של 20.5 קילו ואט; בערך רבע מהמתח החשמלי שדורשת תחנת החלל הבינלאומית [6]. הדחף הנמוך של מנועים אלו לא מאפשר להמריא עמם מכדור הארץ ולתמרן ביעילות בחלל.
מנועים אלו מצוינים לחיסכון במסת הלווין, אך מוגבלים בכל הקשור לזמן ההגעה. דוגמה מצוינת לכך היא החללית האירופאית SMART-1 שטסה בעזרת מנוע חשמלי לירח [7]. המסע ארך 16 חודשים, בזמן שחלליות עם מנועים כימיים הגיעו לשם בתוך שלושה ימים.
מה צופן העתיד? כיצד ניתן להשתמש במנועים רקטיים לתנועה בחלל? על כך נדבר בפוסט הבא (והאחרון בסדרה)

 
לפוסט הבא >>
מקורות
[1] על חברת גלקטיק והחללית spaceship two
 https://goo.gl/AF6nnY
[2] על תאונה של כלי טיס של חברת גלקטיק
https://goo.gl/5NKXVC
[3] על מנוע איון רשתי
https://goo.gl/VzRoj2
[4] על מנועי הול
https://goo.gl/s9sv2a
[5] על אפקט הול
https://goo.gl/fQmjbj
[6] על הדחף של מנועי הול
https://goo.gl/2qJgzK
[7] על החללית Smart 1
https://goo.gl/xrqWhd
[8] על הלווין של בואינג
https://goo.gl/gSdji4
[9] על מסלול גאו- סינכרוני
https://goo.gl/MA7FsV