ക്രയോജനിക് എൻജിൻ
അറിയാം റോക്കറ്റുകളിലെ ക്രയോജനിക് എൻജിനും നമ്മുടെ വികാസും
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
????ക്രയോജനിക്സ്
⭕വളരെ താഴ്ന്നതോ ഉയർന്നതോ ആയ ഊഷ്മാവിൽ വസ്തുക്കളുടെ സ്വഭാവം വ്യത്യസ്തമാണ്. മൈനസ് 100ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് മുതൽ മൈനസ് 273ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ്(0 കെൽവിൻ) വരെയുള്ള വളരെ താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ ദ്രവ്യത്തിന്റെ ഗുണങ്ങളെ കുറിച്ചുള്ള പഠനശാഖയെ ക്രയോജനിക്സ് എന്ന് പറയുന്നത്.
⭕ പ്രൊപ്പലന്റ് (ഇന്ധനവും ഒക്സികാരിയും) ജ്വലന ചേംബെറിലെത്തിക്കാനുള്ള ബൂസ്റ്റെർ പമ്പുകളും ടർബോ പമ്പുകളും അതിനു വേണ്ട കുഴലുകളും ജ്വലന ചേംബറും നോസിലും അടങ്ങിയതാണ് ഒരു റോക്കറ്റ് എൻജിൻ. പ്രൊപ്പലന്റ് ടാങ്കുകളും എൻജിനും ചേർന്നാൽ ഒരു റോക്കറ്റ് സ്റ്റേജ് ആകുന്നു. ഓരോ സ്റ്റേജും ഒരു ചെറിയ റോക്കറ്റ് ആണ്.
⭕ പ്രൊപ്പലന്റ് ജ്വലിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന ചൂടും മർദ്ദവുമേറിയ വാതകങ്ങൾ റോക്കറ്റിന്റെ അടിഭാഗത്തുള്ള നോസിൽ വഴി പുറത്തേക്ക് പോകുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന തള്ളലിലാണ് റോക്കറ്റ് മുകളിലേക് കുതിക്കുന്നത്. ഇ തള്ളലിനെ ത്രസ്റ്റ്‌ എന്ന് പറയുന്നു. നല്ല ത്രസ്റ്റ്‌ നൽകുന്ന പ്രൊപ്പലന്റുകളാണ് റോക്കറ്റിൽ ഉപയോഗിക്കേണ്ടത്. ഖര ഇന്ധനങ്ങൾ നല്ല ത്രസ്റ്റ്‌ തരുമെങ്കിലും ഒരിക്കൽ ജ്വലിച്ചു കഴിഞ്ഞാൽ അവയെ കേടുത്താനോ നിയന്തിക്കാനോ കഴിയില്ല. ഇന്ത്യൻ നിർമ്മിത റോക്കറ്റുകളായ പി.എസ്.എൽ.വിയിലും ജി.എസ്.എൽ.വിയിലും ഉപയോഗിച്ച ഖര ഇന്ധനമാണ് എച്ച്.ടി.പി.ബി. ദ്രവ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ജ്വലനം നിയന്ത്രിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്. അവയെ കെടുത്തുകയും വീണ്ടും ജ്വലിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യാം. ദ്രാവക പ്രൊപ്പലന്റ്കൾ പല ചേരുവകളിലും ഉണ്ട്. മണ്ണെണ്ണയും ദ്രവ ഓക്സിജനും ഒരു ചേരുവയാണ്. സോവിയറ്റ്‌/റഷ്യൻ റോക്കറ്റുകളിൽ ഇവ ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.
⭕ISRO യുടെ PSLV, GSLV, LMV വിക്ഷേപണ വാഹനങ്ങളുടെ Lower Stage കളിൽ ദ്രവ ഇന്ധനത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നവ ആണ് Vikas Engine കൾ. വിക്രം അംഭലാൽ സരഭായ് എന്ന സാക്ഷാൽ വിക്രം സരഭായ് യുടെ പേരിൽ നാമകരണം ചെയ്യപ്പെട്ടത് ആണ് Vik a s Engine.
⭕Hydrazine ഉം Nitrogen Tetroxide ഉം ആണ് ഈ Engine ൽ യഥാക്രമം ഇന്ധനവും Oridizer ഉം ആയി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നത്. N2O4 വളരെ അധികം reactive ഉം corrosive ഉം ആയത് കൊണ്ട് വളരെ അധികം സൂക്ഷ്മതയോടെ കൈകാര്യം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. Hydrazine ഉം ആരോഗ്യ പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുന്ന ദ്രാവകം ആണ്. ഇവ രണ്ടും വിഷദ്രവാകങ്ങൾ ആണെന്ന് പറയേണ്ടിവരും.
⭕സാധാരണ താപനിലയിൽ തന്നെ ദ്രവവസ്ഥയിൽ ഉള്ള ഈ രസവസ്തുക്കൾ തമ്മിൽ കൂടി ചേർന്നാൽ തന്നെ ഭീകരമായ reaction നടക്കും എന്നത് തന്നെ ആണ് ആദ്യകാലങ്ങളിൽ ഇവയെ liquid fuelled rocket engine കളിൽ ഉപയോഗത്തിനായി തിരഞ്ഞെടുക്കാൻ കാരണം. Rocket കളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇത്തരം രാസ combination കളെ Hypergolic Propellents എന്നാണ് പറയുക.Combustion chamber ൽ എത്തുന്ന ഇവയെ കത്തിക്കാൻ igniter കളുടെ ആവശ്യം ഇല്ല എന്നതിനാൽ rocket start ആകില്ല എന്ന പേടി വേണ്ട.ഉയർന്ന reliability പ്രധാനം ചെയ്യുന്നവ ആണ് ഇത്തരം ഇന്ധനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന engine കൾ.(ചന്ദ്രനിൽ നിന്നും തിരികെ പറന്നുയർന്ന Apollo പേടകങ്ങളിൽ ഇതേ ഇന്ധനം ആണ് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. കാരണം മറ്റൊന്നുമല്ല reliability തന്നെ. ഏത് നിമിഷവും വിക്ഷേപണത്തിന് തയ്യാറായി Store ചെയ്ത് വച്ചിരിക്കുന്ന ചില Russian ഭൂഘണ്ടാന്തര Missile കളിലും ഇതേ ഇന്ധനം ആണ് നിറചിരിക്കുന്നത്).
⭕Vikas Engine നെ പോലെ ഉള്ള, Payload Orbit എത്തിക്കാൻ പ്രാപ്തമായ Rocket Engine കളിൽ, tank കളിൽ നിന്നും combustion chamber ൽ എത്തുന്ന propellents അവിടെ വച്ച് ഉയർന്ന താപനിലയിൽ കത്തിജ്വലിക്കുന്നത് മൂലം ഉണ്ടാകുന്ന വാതകങ്ങൾ second ൽ 3 kilometer കളിൽ അധികം വേഗതയിൽ ആണ് പുറന്തള്ളപ്പെടുന്നത്. ഇങ്ങനെ പുറം തള്ളപ്പെടുന്ന വാതകങ്ങൾ ആണ് rocket നെ മുന്നോട്ട് ചലിപ്പിക്കുന്നത്.ഇത്തരം engine കളിൽ tank കളിൽ ഉള്ള propellents നെ combustion chamber എത്തിക്കുക എന്നത് pump കളുടെ ജോലി ആണ്.
❓എങ്ങനെ ആണ് ഇത്തരം pump കൾ പ്രവർത്തിക്കുക എന്ന് അറിയുമോ?.
⭕Pump കളെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നതിനായി അൽപ്പം ഇന്ദനവും അൽപ്പം oxidizer ഉം മറ്റൊരു ചെറിയ combustion chamber ൽ കത്തിക്കുന്നു. അതിനെ preburner എന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. Gas generator എന്നും അതിനെ വിളിക്കാറുണ്ട്. Pre burner ൽ നിന്നുള്ള ചൂട് വാതകങ്ങൾ ഒരു turbine നെ കറക്കുകയും ആ turbine മായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന pump propellents നെ combustion chamber ലേക്ക് ഉയർന്ന മർദ്ധത്തിൽ pump ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. Combustion chamber ൽ ഉള്ള മർദ്ദത്തെക്കാൾ ഉയർന്ന മർദ്ധത്തിൽ propellents pump ചെയ്തെങ്കിൽ മാത്രമേ combustion chamber ൽ അവയെ എത്തിക്കാൻ കഴിയു. Vikas Engine Gas Generator Cycle ൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു engine ആണ്. Gas Generator cycle നെ Open Cycle എന്നും വിളിക്കാറുണ്ട്. എന്ത് കൊണ്ടാണ് Open Cycle എന്ന് വിളിക്കുന്നത് എന്ന് നോക്കാം.
⭕Pre burner ൽ നിന്നുള്ള exhaust പാഴായി പോകുക ആണ് open cycle engine കളിൽ ചെയ്യുക. Vikas Engine ന്റെ ചിത്രം പരിശോദിച്ചാൽ ഒരു ചെറു കുഴൽ Main Nozzle ന്റെ വശത്തായി കാണാൻ കഴിയും. ഈ കുഴലിൽ കൂടി, gas generator ൽ നിന്നും വരുന്ന preburner exhaust പുറത്തേക്കു പോകുന്നു. ഫലത്തിൽ ഇതൊരു നഷ്ടമാണ്. Pump പ്രവർത്തിപ്പിക്കാൻ ചിലവായ propellent മറ്റ് ഗുണങ്ങൾ ഒന്നുമില്ലാതെ പാഴായി പോകുന്നു.ഇതിൽ നിന്നും thrust ലഭിക്കാതെ പാഴാക്കുന്നതിനാൽ മറ്റ് ചില engine design കളെ അപേക്ഷിച്ച് Gas Generator Cycle engine കൾക്ക് efficiency ഉം കരുത്തും കുറവ് ആയിരിക്കും. എങ്കിലും താരതമ്യേനെ complexity കുറവ് ആയിരിക്കും open cycle engine കൾക്ക്. Hypergolic Propellents ഉപയോഗിക്കുക വഴി gas generator cycle engine കളുടെ reliability യും മെച്ചപ്പെട്ടതാകുന്നു.
⭕മലിനികരണവും, Chemical Hazard കളും കാരണം Hypergolic propellent കളിൽ നിന്നും മാറി നിൽക്കുക ആണ് പുതിയ rocket കളുടെയും engine ന്റെയും designers. കൂടുതൽ efficiency ക്കും thrust to weight ratio ക്കും വേണ്ടി closed loop engine കൾ ഉപയോഗിക്കുക ആണ് പോംവഴി.
⭕1970 കളിൽ France ൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത Viking Engine reverse engineer ചെയ്താണ് ISRO Vikas engine നിർമിച്ചത്. ആദ്യകാലങ്ങളിൽ വിദേശ നിർമ്മിത parts engine ൽ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു എങ്കിലും ഇപ്പോൾ അവ എല്ലാം പൂർണ്ണമായും ഇന്ത്യയിൽ ആണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്.
