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 का आवरण 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-टू-ऑर्बिट (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 इंजन 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 लिए एयर स्पाइक बनाता है। चूंकि, अधिकांशतः एक पूर्ण-लंबाई वाले प्लग नोज़ल को अब एरोस्पाइक इंजन कहा जाता है।

सिद्धांत
किसी भी इंजन के वृत्त का उद्देश्य रॉकेट इंजन के मार्ग 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। वृत्त गलत दिशा में जाने वाले निकास को पुनर्निर्देशित करती है ताकि यह सही दिशा में बल उत्पन्न करे। परिवेश वायु दाब भी निकास के विरुद्ध 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 बल उत्पन्न करने वाले निकास वृत्त के किनारे के बाहर विस्तार करना शुरू कर देता है। चूंकि यह मार्ग गलत दिशा में जाता है (अर्थात, मुख्य निकास पंख से बाहर), इंजन की दक्षता कम हो जाती है चूंकि रॉकेट इंजन निकास बल में योगदान नहीं दे रहा है। परंतु एक एयरोस्पाइक रॉकेट इंजन दक्षता के इस क्षति को खत्म करना चाहता है।

एक वृत्त के बीच में एक छोटे से छेद से निकास को फायर करने के अतिरिक्त, एक एयरोस्पाइक इंजन एक पच्चर के आकार के प्रलंबन, शूल के बाहरी किनारे पर फायरिंग करके इस यादृच्छिक वितरण से बचता है, जो एक पारंपरिक इंजन वृत्त के समान कार्य करता है। शूल आभासी वृत्त 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 शूल के खिलाफ मार्ग को संकुचित करता है। शूल के बेस ज़ोन में एग्जॉस्ट पुनःपरिसंचरण उस ज़ोन में दबाव को लगभग परिवेश तक बढ़ा सकता है। चूंकि वाहन के सामने दबाव परिवेशी है, इसका मतलब है कि शूल के आधार पर निकास वाहन द्वारा अनुभव किए गए ड्रैग के साथ लगभग संतुलित हो जाता है। परंतु यह नोजल आंशिक वैक्यूम बनाने में बल नहीं देता है। नोज़ल के आधार भाग पर बल को कम ऊंचाई पर अनदेखा किया जा सकता है।

जैसे ही वाहन अधिक ऊंचाई पर चढ़ता है, शूल के खिलाफ निकास को पकड़ने वाला वायु दबाव कम हो जाता है, जैसा कि वाहन के सामने ड्रैग होता है। शूल 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 बल देता है। यह प्रभावी रूप से एक ऊंचाई क्षतिपूरक की तरह व्यवहार करता है जिसमें हवा का दबाव गिरने पर वृत्त का आकार स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति करता है।

शूल के लिए अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के नुकसान अतिरिक्त वजन प्रतीत होते हैं। इसके अतिरिक्त, 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 बल कम हो गया है।

विविधताएं
डिज़ाइन के कई संस्करण मौजूद हैं, जो उनके आकार से अलग हैं। टॉरॉयडल एयरोस्पाइक में शूल 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 शूल की आवश्यकता होती है, परंतु एक छोटे से कटे हुए शूल के केंद्र से गैस की एक छोटी मात्रा को उड़ाकर (जैसे आर्टिलरी शेल में बेस ब्लीड), कुछ समान प्राप्त किये जा सकते है।

रैखिक एयरोस्पाइक में शूल में एक पतला पच्चर के आकार की प्लेट होती है, जिसमें निकास मोटी छोर पर दोनों तरफ से निकलता 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 त्वरित्र नियंत्रण के उपयोग के साथ परिचालन प्रदर्शन को बढ़ाया जा सकता है।

प्रदर्शन
रॉकेटडाइन 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) | मशीनरी पर आधारित थे और पारंपरिक इंजनों के समान ही बल 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 स्थिति में थोड़ा उन्नत J-2S इंजन मशीनरी का उपयोग रैखिक शूल के साथ किया गया, जिससे XRS-2200 का निर्माण हुआ। 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, परंतु दो-इंजन सेटअप के लिए परीक्षण पूरा होने से पहले कार्यक्रम को रोक दिया गया। XRS-2200 समुद्र तल पर 339 सेकंड के Isp के साथ 204,420 lbf (909,300 N) थ्रस्ट और निर्वात में 436.5 सेकंड के Isp के साथ 266,230 lbf (1,184,300 N) थ्रस्ट पैदा करता है।

RS-2200 रैखिक एयरोस्पाइक इंजन XRS-2200 से प्राप्त किया गया था। RS-2200 को वेंचरस्टार एकल-चरण-टू-ऑर्बिट वाहन को शक्ति प्रदान करनी थी। नवीनतम डिजाइन में, 542000 lbf का उत्पादन करने वाले सात RS-2200 वेंचरस्टार को पृथ्वी की निचली कक्षा को बढ़ावा देंते है। 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।

2001 में संघीय सरकार द्वारा लॉकहीड मार्टिन X-33 को रद्द करने से धन की उपलब्धता में कमी आई, परंतु 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 था। 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 सेसरोनी 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 की ऊंचाई और लगभग 1.5 मैक संख्या की गति हासिल की।

प्रतिक्रिया अनुसंधान सोसायटी के सदस्यों द्वारा हाइब्रिड रॉकेट प्रोपेलेंट समाकृति 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 जो 30 सेकंड का बर्न टाइम प्राप्त करता है।

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 पृथ्वी की निम्न-कक्षा (LEO) में उपग्रहों को लॉन्च करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पारंपरिक लॉन्चरों की तुलना में बहुत कम है। जुगनू अल्फा 1.0 को 400 kg. तक के पेलोड ले जाने के लिए डिजाइन किया गया था। यह कार्बन मिश्रित सामग्री का उपयोग करता है और दोनों चरणों के लिए समान मूल डिजाइन का उपयोग करता है। प्लग-क्लस्टर एयरोस्पाइक इंजन 90000 lbf जोर लगाता है। 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 एक प्लग को आकर्षक 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। चूंकि, 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 निष्पादक एयरोस्पाइक इंजन समुद्र तल पर 50500 lbf और निर्वात में 73800 lbf बल उत्पन्न करेगा। 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, सटोरी 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, परंतु सुरक्षा चिंताओं का संकेत देते हुए उत्तोलक 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?