एयरोस्पाइक इंजन

एयरोस्पाइक इंजन एक प्रकार का रॉकेट इंजन है जो ऊंचाई की एक विस्तृत श्रृंखला में अपनी वायुगतिकीय दक्षता बनाए रखता है। यह ऊंचाई की भरपाई करने वाले नोजल इंजन के वर्ग से संबंधित है। एयरोस्पाइक इंजनों का अध्ययन कई वर्षों से किया जा रहा है और ये कई एकल चरण- दोहरा कार्यक्षेत्र (एसएसटीओ) डिजाइनों के लिए बेसलाइन इंजन हैं और स्पेस शटल के मुख्य इंजन के प्रबल दावेदार भी थे। चूंकि, ऐसा कोई भी इंजन व्यावसायिक उत्पादन में नहीं है, चूंकि कुछ बड़े पैमाने के एरोस्पाइक परीक्षण चरणों में हैं। इस विषय के आस-पास के साहित्य में शब्दावली कुछ हद तक भ्रमित करने वाली है- एयरोस्पाइक शब्द मूल रूप से एक छोटे प्लग नोजल के लिए उपयोग किया गया था जो प्लग की अनुपस्थिति को बनाने में मदद करने के लिएएयर स्पाइक बनाता है। चूंकि, अधिकांशतः एक पूर्ण-लंबाई वाले प्लग नोज़ल को अब एरोस्पाइक कहा जाता है।

सिद्धांत
किसी भी इंजन की घंटी का उद्देश्य रॉकेट इंजन के निकास को एक दिशा में निर्देशित करना है, जिससे विपरीत दिशा में जोर उत्पन्न होता है। निकास, गैसों का एक उच्च तापमान मिश्रण, प्रभावी ढंग से यादृच्छिक गति वितरण होता है (अर्थात, निकास किसी भी दिशा में इसे प्रेरित कर सकता है)। यदि निकास को इस रूप में बाहर निकलने की अनुमति दी जाती है, तो प्रवाह का केवल एक छोटा सा हिस्सा सही दिशा में आगे बढ़ेगा और इस प्रकार आगे बढ़ने में योगदान देगा। घंटी गलत दिशा में जाने वाले निकास को पुनर्निर्देशित करती है ताकि यह सही दिशा में जोर उत्पन्न करे। परिवेश वायु दाब भी निकास के खिलाफ एक छोटा दबाव प्रदान करता है, जिससे इंजन से बाहर निकलने पर इसे सही दिशा में आगे बढ़ने में मदद मिलती है। जैसे-जैसे वाहन वायुमंडल के माध्यम से ऊपर की ओर जाता है, परिवेशी वायु दाब कम हो जाता है। इससे थ्रस्ट उत्पन्न करने वाला निकास घंटी के किनारे के बाहर विस्तार करना शुरू कर देता है। चूंकि यह निकास गलत दिशा में यात्रा करना शुरू कर देता है (यानी, मुख्य निकास पंख से बाहर), इंजन की दक्षता कम हो जाती है क्योंकि रॉकेट यात्रा करता है क्योंकि यह निकास निकास अब इंजन के जोर में योगदान नहीं दे रहा है। एक एयरोस्पाइक रॉकेट इंजन दक्षता के इस नुकसान को खत्म करना चाहता है।

एक घंटी के बीच में एक छोटे से छेद से निकास को फायर करने के बजाय, एक एयरोस्पाइक इंजन एक पच्चर के आकार के फलाव, स्पाइक के बाहरी किनारे पर फायरिंग करके इस यादृच्छिक वितरण से बचता है, जो एक पारंपरिक इंजन घंटी के समान कार्य करता है।. स्पाइक आभासी घंटी के एक तरफ का निर्माण करता है, जबकि दूसरी तरफ बाहरी हवा द्वारा बनाई जाती है।

एयरोस्पाइक डिजाइन के पीछे विचार यह है कि कम ऊंचाई पर परिवेशी दबाव स्पाइक के खिलाफ निकास को संकुचित करता है। स्पाइक के बेस ज़ोन में एग्जॉस्ट रीसर्क्युलेशन उस ज़ोन में दबाव को लगभग परिवेश तक बढ़ा सकता है। चूंकि वाहन के सामने दबाव परिवेशी है, इसका मतलब है कि स्पाइक के आधार पर निकास वाहन द्वारा अनुभव किए गए ड्रैग के साथ लगभग संतुलित हो जाता है। यह कोई समग्र जोर नहीं देता है, लेकिन नोजल का यह हिस्सा आंशिक वैक्यूम बनाने से जोर नहीं खोता है। नोज़ल के आधार भाग पर जोर कम ऊंचाई पर अनदेखा किया जा सकता है।

जैसे ही वाहन अधिक ऊंचाई पर चढ़ता है, स्पाइक के खिलाफ निकास को पकड़ने वाला वायु दबाव कम हो जाता है, जैसा कि वाहन के सामने ड्रैग होता है। स्पाइक के आधार पर पुनरावर्तन क्षेत्र उस क्षेत्र में दबाव को 1 बार (इकाई) के एक अंश तक बनाए रखता है, जो वाहन के सामने निकट-निर्वात से अधिक होता है, इस प्रकार ऊंचाई बढ़ने पर अतिरिक्त जोर देता है। यह प्रभावी रूप से एक ऊंचाई कम्पेसाटर की तरह व्यवहार करता है जिसमें हवा का दबाव गिरने पर घंटी का आकार स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति करता है।

स्पाइक के लिए एरोस्पिक्स के नुकसान अतिरिक्त वजन प्रतीत होते हैं। इसके अलावा, बड़ा ठंडा क्षेत्र नोज़ल के दबाव को कम करके सैद्धांतिक स्तर से नीचे के प्रदर्शन को कम कर सकता है। एयरोस्पाइक मैक संख्या 1-3 के बीच अपेक्षाकृत खराब तरीके से काम करते हैं, जहां वाहन के चारों ओर वायु प्रवाह ने दबाव कम कर दिया है, इस प्रकार जोर कम हो गया है।

विविधताएं
डिज़ाइन के कई संस्करण मौजूद हैं, जो उनके आकार से अलग हैं। टॉरॉयडल एयरोस्पाइक में स्पाइक कटोरे के आकार का होता है जिसमें निकास बाहरी रिम के चारों ओर एक रिंग में निकलता है। सिद्धांत रूप में इसके लिए सर्वोत्तम दक्षता के लिए असीम रूप से लंबे स्पाइक की आवश्यकता होती है, लेकिन एक छोटे से कटे हुए स्पाइक के केंद्र से गैस की एक छोटी मात्रा को उड़ाकर (जैसे आर्टिलरी शेल में बेस ब्लीड), कुछ समान प्राप्त किया जा सकता है।

रैखिक एयरोस्पाइक में स्पाइक में एक पतला कील के आकार की प्लेट होती है, जिसके मोटे सिरे पर दोनों तरफ निकास होता है। इस डिज़ाइन में स्टैकेबल होने का लाभ है, जिससे कई छोटे इंजनों को एक बड़ा इंजन बनाने के लिए एक पंक्ति में रखा जा सकता है, जबकि व्यक्तिगत इंजन थ्रॉटल नियंत्रण के उपयोग के साथ स्टीयरिंग प्रदर्शन को बढ़ाया जा सकता है।

प्रदर्शन
Rocketdyne ने 1960 के दशक में विभिन्न डिजाइनों पर परीक्षणों की एक लंबी श्रृंखला आयोजित की। इन इंजनों के बाद के मॉडल उनके अत्यधिक विश्वसनीय J-2 (रॉकेट इंजन) | J-2 इंजन मशीनरी पर आधारित थे और पारंपरिक इंजनों के समान ही थ्रस्ट स्तर प्रदान करते थे; J-2T-200k में 200,000 पाउंड-बल (890 न्यूटन (इकाई)), और J-2T-250k में 250,000 lbf (1.1 MN) (T टॉरॉयडल दहन कक्ष को संदर्भित करता है)। तीस साल बाद नासा के एक्स -33 प्रोजेक्ट में उपयोग के लिए उनके काम को पुनर्जीवित किया गया। इस मामले में रॉकेटडाइन XRS-2200|XRS-2200 बनाने के लिए थोड़ा उन्नत J-2S इंजन मशीनरी का उपयोग रैखिक स्पाइक के साथ किया गया था। अधिक विकास और काफी परीक्षण के बाद, इस परियोजना को रद्द कर दिया गया जब X-33 के समग्र ईंधन टैंक बार-बार विफल हो गए। तीन XRS-2200 इंजन X-33 कार्यक्रम के दौरान बनाए गए थे और नासा के जॉन सी. स्टेनिस स्पेस सेंटर में परीक्षण किए गए थे। एकल-इंजन परीक्षण सफल रहे, लेकिन दो-इंजन सेटअप के लिए परीक्षण पूरा होने से पहले कार्यक्रम को रोक दिया गया। XRS-2200 पैदा करता है 204420 lbf एक विशिष्ट आवेग के साथ जोर|Ispसमुद्र तल पर 339 सेकंड की, और 266230 lbf I के साथ जोरsp निर्वात में 436.5 सेकंड।

RS-2200 रैखिक एयरोस्पाइक इंजन XRS-2200 से प्राप्त किया गया था। RS-2200 को वेंचरस्टार सिंगल-स्टेज-टू-ऑर्बिट वाहन को शक्ति प्रदान करनी थी। नवीनतम डिजाइन में, सात रुपये-2200 उत्पादन कर रहे हैं 542000 lbf प्रत्येक वेंचरस्टार को निम्न पृथ्वी की कक्षा में बढ़ावा देगा। RS-2200 के विकास को औपचारिक रूप से 2001 की शुरुआत में रोक दिया गया था जब X-33 प्रोग्राम को अंतरिक्ष प्रक्षेपण पहल फंडिंग नहीं मिली थी। लॉकहीड मार्टिन ने नासा से किसी भी वित्तीय सहायता के बिना वेंचरस्टार कार्यक्रम को जारी नहीं रखने का फैसला किया। हंट्सविले अलबामा में नासा मार्शल स्पेस फ्लाइट सेंटर के मैदान में इस प्रकार का एक इंजन बाहरी प्रदर्शन पर है।

लॉकहीड मार्टिन X-33#रद्दीकरण|2001 में संघीय सरकार द्वारा लॉकहीड मार्टिन X-33 को रद्द करने से धन की उपलब्धता में कमी आई, लेकिन एयरोस्पाइक इंजन सक्रिय अनुसंधान का एक क्षेत्र बना रहा। उदाहरण के लिए, एक मील का पत्थर हासिल किया गया था जब कैलिफ़ोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी, लॉन्ग बीच (सीएसयूएलबी) और गार्वे अंतरिक्ष यान निगम की एक संयुक्त अकादमिक/उद्योग टीम ने 20 सितंबर, 2003 को मोजावे रेगिस्तान में एक तरल-प्रणोदक संचालित एयरोस्पाइक इंजन का सफलतापूर्वक उड़ान परीक्षण किया था। सीएसयूएलबी के छात्रों ने 1,000 पौंड का उपयोग करके अपना प्रॉस्पेक्टर 2 (पी-2) रॉकेट विकसित किया थाf (4.4 kN) LOX/इथेनॉल एयरोस्पाइक इंजन। एयरोस्पाइक इंजनों पर यह कार्य जारी है; प्रॉस्पेक्टर -10, एक दस-कक्षीय एरोस्पाइक इंजन, का परीक्षण 25 जून, 2008 को किया गया था।

आगे की प्रगति मार्च 2004 में हुई जब दो सफल परीक्षणों को नासा ड्राइडन फ्लाइट रिसर्च सेंटर द्वारा प्रायोजित किया गया था, जो कार्ल्सबाड, कैलिफ़ोर्निया में स्थित ब्लैकस्की कॉर्पोरेशन द्वारा निर्मित उच्च-शक्ति रॉकेट का उपयोग कर रहे थे। एयरोस्पाइक नोज़ल और सॉलिड रॉकेट मोटर्स को टोरंटो, ओंटारियो के उत्तर में Cesaroni प्रौद्योगिकी शामिल के रॉकेट मोटर डिवीजन द्वारा विकसित और निर्मित किया गया था। दो रॉकेट ठोस-ईंधन संचालित थे और गैर-छंटनी वाले टॉरॉयडल एयरोस्पाइक नोजल से सुसज्जित थे। पेकोस काउंटी एयरोस्पेस डेवलपमेंट सेंटर, फोर्ट स्टॉकटन, टेक्सास में उड़ाए गए रॉकेटों ने 26000 ft और मैक संख्या 1.5 की गति।

प्रतिक्रिया अनुसंधान सोसायटी के सदस्यों द्वारा हाइब्रिड रॉकेट प्रोपेलेंट कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके छोटे पैमाने पर एयरोस्पाइक इंजन का विकास जारी है।

2020 में TU ड्रेसडेन और फ्राउनहोफर IWS ने योगात्मक रूप से निर्मित एयरोस्पाइक-इंजनों पर शोध के लिए अपना CFDμSAT-प्रोजेक्ट शुरू किया। टीयू ड्रेसडेन इंस्टीट्यूट ऑफ एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में एक परीक्षण सेल में एक प्रोटोटाइप का परीक्षण पहले ही किया जा चुका है जलने का समय 30 सेकंड।

जुगनू एयरोस्पेस
जुलाई 2014 में जुगनू एयरोस्पेस ने अपने नियोजित अल्फा लांचर की घोषणा की जो अपने पहले चरण के लिए एक एयरोस्पाइक इंजन का उपयोग करता है। छोटे उपग्रह प्रक्षेपण बाजार के उद्देश्य से, इसे 8-9 मिलियन अमेरिकी डॉलर की कीमत पर निम्न-पृथ्वी की कक्षा (LEO) में उपग्रहों को लॉन्च करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पारंपरिक लॉन्चरों की तुलना में बहुत कम है। Firefly Alpha 1.0 को 400 kg. यह कार्बन मिश्रित सामग्री का उपयोग करता है और दोनों चरणों के लिए समान मूल डिजाइन का उपयोग करता है। प्लग-क्लस्टर एयरोस्पाइक इंजन बाहर निकलता है 90000 lbf जोर का। इंजन में एक घंटी के आकार का नोजल होता है जिसे आधा काट दिया जाता है, फिर एक अंगूठी बनाने के लिए फैलाया जाता है, जिसमें आधा नोजल अब एक प्लग का प्रोफाइल बनाता है।

यह रॉकेट डिज़ाइन कभी लॉन्च नहीं किया गया था। जुगनू स्पेस सिस्टम्स के दिवालिया होने के बाद डिजाइन को छोड़ दिया गया था। एक नई कंपनी, जुगनू एयरोस्पेस, ने अल्फा 2.0 डिजाइन में एयरोस्पाइक इंजन को एक पारंपरिक इंजन के साथ बदल दिया है। हालांकि, कंपनी ने एयरोस्पाइक इंजन के साथ आंशिक रूप से पुन: प्रयोज्य अंतरिक्षयान जुगनू गामा का प्रस्ताव दिया है।

एआरसीए स्पेस
मार्च 2017 में एआरसीए अंतरिक्ष निगम ने रैखिक एयरोस्पाइक इंजन का उपयोग करते हुए हास 2सीए नामक एकल-चरण-टू-ऑर्बिट रॉकेट (एसएसटीओ) बनाने की अपनी मंशा की घोषणा की। रॉकेट को प्रति लॉन्च US$1 मिलियन की कीमत पर पृथ्वी की निचली कक्षा में 100 किलोग्राम तक भेजने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने बाद में घोषणा की कि उनका एक्ज़ीक्यूटर एयरोस्पाइक इंजन उत्पादन करेगा 50500 lbf समुद्र तल पर जोर और 73800 lbf निर्वात में जोर का। जून 2017 में, एआरसीए ने घोषणा की कि वे अपने डेमोनस्ट्रेटर3 रॉकेट को अंतरिक्ष में उड़ाएंगे, वह भी एक रैखिक एयरोस्पाइक इंजन का उपयोग करके। इस रॉकेट को कम लागत पर उनके हास 2सीए के कई घटकों का परीक्षण करने के लिए डिजाइन किया गया था। उन्होंने अगस्त 2017 के लिए उड़ान की घोषणा की। सितंबर 2017 में, ARCA ने घोषणा की कि देरी होने के बाद, उनका रैखिक एयरोस्पाइक इंजन एक डेमोनस्ट्रेटर3 रॉकेट पर जमीनी परीक्षण और उड़ान परीक्षण करने के लिए तैयार था।

20 दिसंबर, 2019 को ARCA ने लॉन्च असिस्ट सिस्टम के लिए LAS 25DA एयरोस्पाइक स्टीम रॉकेट इंजन का परीक्षण किया।

केएसएफ स्पेस और इंटरस्टेलर स्पेस
KSF स्पेस और लॉस एंजिल्स में इंटरस्टेलर स्पेस द्वारा एक और स्पाइक इंजन अवधारणा मॉडल, SATORI नामक कक्षीय वाहन के लिए डिज़ाइन किया गया था। धन की कमी के कारण, अवधारणा अभी भी अविकसित है।

रॉकेटस्टार
रॉकेटस्टार ने फरवरी 2019 में अपने 3डी-मुद्रित एयरोस्पाइक रॉकेट को 50 मील की ऊंचाई पर लॉन्च करने की योजना बनाई थी, लेकिन सुरक्षा चिंताओं का हवाला देते हुए लिफ्टऑफ से तीन दिन पहले मिशन को रद्द कर दिया। वे वर्तमान में दूसरे लॉन्च प्रयास पर काम कर रहे हैं।

पैंजिया एयरोस्पेस
नवंबर 2021 में, स्पेन स्थित पैंजिया एयरोस्पेस ने अपने छोटे पैमाने के प्रदर्शन मीथेन-ऑक्सीजन एरोस्पाइक इंजन DemoP1 का गर्म-अग्नि परीक्षण शुरू किया। प्रदर्शक DemoP1 का सफलतापूर्वक परीक्षण करने के बाद, पैंजिया ने 300kN ARCOS इंजन को अप-स्केल करने की योजना बनाई है।

यह भी देखें

 * नोजल का विस्तार
 * विस्तार विक्षेपण नोक
 * विस्तार विक्षेपण नोक
 * विस्तार विक्षेपण नोक
 * विस्तार विक्षेपण नोक

बाहरी कड़ियाँ

 * Aerospike Engine
 * Advanced Engines planned for uprated Saturn and Nova boosters — includes the J-2T
 * Linear Aerospike Engine — Propulsion for the X-33 Vehicle
 * Dryden Flight Research Center
 * Aerospike Engine Control System Features And Performance
 * X-33 Attitude Control Using The XRS-2200 Linear Aerospike Engine
 * Are Aerospikes Better Than Bell Nozzles?
 * Are Aerospikes Better Than Bell Nozzles?