الفرق بين الطائرات النفاثة والصواريخ

تتبع كل من الطائرات والصواريخ قانون نيوتن الثالث للحركة، حيث يقومون بإخراج غازات العادم عالية السرعة للخلف لإنتاج قوة دفع في الاتجاه الأمامي أو للأعلى، ويعرف أيضًا باسم كل فعل له رد فعل مساوٍ ومعاكس ومع ذلك، تستخدم الطائرات الهواء من الغلاف الجوي لتوليد قوة الدفع، بينما تحمل الصواريخ الأكسجين.

الفرق بين الطائرات والصواريخ

بصرف النظر عن حقيقة أن كلا من الطائرات والصواريخ تطير ولديهما مبادئ عمل متشابهة، فقد تم صناعتهما لأداء وظائف مختلفة إلى حد كبير، بينما يمكن للطائرات النفاثة أن تعمل في الغلاف الجوي، فإن الصواريخ تُصنع أساسًا لتطلق في الفضاء للقيام بعمل أصعب، مثل إطلاق الأقمار الصناعية إلى مداراتها، وسنناقش بعض الاختلافات والوظائف بين الطائرات والصواريخ في هذا المقال.

يحتوي المحرك النفاث في الطائرات على مدخل وضاغط وغرفة احتراق وتوربينات وفوهة، كما تتكون بعض المحركات النفاثة أيضًا من مراوح تُعرف باسم المراوح التوربينية، حيث يُدخل المحرك النفاث الهواء عبر المدخل ويضغطه في الضاغط قبل حقنه بالوقود في غرفة الاحتراق، ثم يقوم خليط الهواء والوقود الساخن بتحريك التوربين، وتخرج غازات العادم عبر الفوهة التي تنتج قوة الدفع.

من ناحية أخرى، يتكون المحرك الصاروخي من وقود ومؤكسد ومضخات وغرفة احتراق وفوهة تنطلق منها غازات أسرع من الصوت، حيث يتم ربط المؤكسد والوقود باستخدام مضختين، وينتقل الأكسجين الموجود في المؤكسد والوقود إلى المضخات ويتم خلطهما قبل دفعهما إلى غرفة الاحتراق ويُشعل الخليط، وتنطلق غازات العادم من الفوهة.

تستخدم كل من الطائرات والصواريخ نفس المبدأ لإنتاج قوة الدفع، ولكن بينما تعتمد الطائرة النفاثة على الهواء في الغلاف الجوي لحرق الأكسجين، فإن محركات الصواريخ تحمل الأكسجين في المؤكسد، وذلك لأن الصواريخ تُستخدم أساسًا للعمل في الفضاء (الفراغ) بينما تبقى النفاثات في الغلاف الجوي للأرض.

الفرق الرئيسي الآخر بين الطائرات والصواريخ هو معدل احتراق الوقود، حيث تتمتع الطائرة بمعدل احتراق أطول، مثل طائرة بوينج 747 تحرق حوالي 48445 جالونًا من الوقود في 12 ساعة في المقابل، فإن صاروخًا مثل صاروخ ساتورن 5 يحرق 205400 جالون من الوقود الدافع في غضون 3 دقائق.

هل الطائرات أسرع من الصواريخ

العكس هو الصحيح: الصواريخ أسرع من الطائرات، حيث يمكن لمحرك نفاث نموذجي أن يطير بسرعة تصل إلى (0.25 كم/ثانية)، بينما يحتاج الصاروخ إلى تحقيق سرعة (8 كم/ثانية) للوصول إلى مدار منخفض حول الأرض.

وأسرع طائرة نفاثة تفوق سرعة الصوت هي (SR-71 Blackbird)، التي تطير بسرعة (3540 كم/ساعة) بسرعة ماخ 3.4 ومع ذلك، يمكن أن تصل سرعة مكوك الفضاء إلى (29000 كم/ساعة)، أي حوالي 18000 ميل في الساعة.

كما تتطلب الصواريخ سرعات أكبر للانفصال عن جاذبية الأرض، وتُعرف السرعة الدنيا اللازمة للابتعاد عن تأثيرات الجاذبية بسرعة الإفلات، أي تكون الطائرة النفاثة أبطأ من الصاروخ لأن الطائرة النفاثة تحتاج إلى ضغط الهواء الداخل قبل إرسالها إلى غرفة الاحتراق عند السرعات فوق الصوتية، أي ماخ 2.5 أو أعلى، ولا يعد ضغط الهواء عبر الضاغط مفيدًا.

ونظرًا لأن الصاروخ لا يتطلب أي هواء وارد ويحتوي بالفعل على أكسجين سائل في المؤكسد، فيمكنه السفر بشكل أسرع من الطائرات.

هل المحركات النفاثة أكثر كفاءة من محركات الصواريخ

هناك طريقتان لتحديد ما إذا كانت المحركات النفاثة أكثر كفاءة من محركات الصواريخ، المقياس الأول للمقارنة هو استهلاك الوقود الخاص بالدفع الذي يحدد مدى كفاءة تصميم المحرك في استهلاك الوقود، كما يعطي رقمًا يخبرنا عن مقدار الوقود المستهلك لكل وحدة دفع.

نحن نعلم أن الصاروخ يستهلك وقودًا أكثر بعشر مرات من المحرك النفاث لإنتاج نفس الدفع وفقًا لهذا المقياس، يعد المحرك النفاث أكثر كفاءة من محرك الصاروخ.

مقياس المقارنة الثاني هو الدافع المحدد (Specific Impulse) وهو يتناسب عكسًا مع استهلاك الوقود المحدد للدفع ويخبرنا بمدى كفاءة محرك كتلة رد الفعل في توليد الدفع، ويتم تعريف الدافع المحدد على أنه الدفع الناتج لكل وحدة.

كلما زاد الدافع المحدد، زاد استخدام كمية الوقود الدافع بكفاءة، حيث لا يتعين على المحركات النفاثة أن تحمل الأكسجين، لذلك يكون لها دافع محدد أعلى من المحركات الصاروخية، والصواريخ لها قيمة نبضة محددة تتراوح من 100 إلى 700 ثانية، بينما تمتلكها المحركات النفاثة بالآلاف وفقًا لهذا المقياس، تعد المحركات النفاثة أكثر كفاءة من الصواريخ.

هل الصواريخ أكثر أمانا من الطائرات

ينطوي السفر إلى الفضاء على مخاطر أكبر منه في السفر الجوي، وهناك درجة من القلق بشأن السفر الصاروخي، حيث سافر حوالي 530 شخصًا إلى الفضاء الذي لم يتمكن منه حوالي ثمانية عشر شخصًا من العودة، حيث حدثت وفيات مختلفة لأسباب مختلفة:

• في عام 1971، تسببت كبسولة غير مضغوطة في وفاة ثلاثة روس من الاختناق.

• في عام 1986، انفجر مكوك تشالنجر بعد 71 ثانية من بدء الرحلة مما أسفر عن مقتل سبعة أشخاص.

• في عام 2002، توفي سبعة أشخاص عندما كان مكوك كولومبيا في طريق عودته إلى الغلاف الجوي للأرض.

• حوالي ثلاثة بالمائة من 650 رائد فضاء لقوا حتفهم في الفضاء بسبب حادث أو لآخر، حيث يبلغ معدل الوفيات الإجمالي حوالي 4 ٪، مما يعني أن أربعة رواد فضاء يموتون مقابل كل 100.

يعد السفر عبر طائرة أكثر أمانًا نظرًا لأن معدل وفيات الطائرات التجارية يبلغ 0.035 لكل 100000 ميل يتم قطعها بمعنى آخر، معدل الوفيات فيها 0.0001٪ ، مما يجعلها أكثر أمانًا من الصواريخ.

وفقًا للبروفيسور سبيجلهلتر، الخبير في تحليل ودراسة المخاطر في جامعة كامبريدج يتعين على المرء السفر لمسافة تصل إلى 7500 ميل على متن طائرة تجارية قبل مواجهة حادث تحطم طائرة، كما أن هناك احتمال واحد في المليون للوفاة في حادث تحطم طائرة على متن طائرة تجارية مقارنة بطائرة خفيفة أو صاروخ.

لماذا لا توجد طائرات تعمل بالطاقة الصاروخية

من المؤكد أن استخدام محرك صاروخي بدلاً من محرك نفاث أو محرك صاروخي بالإضافة إلى محركات نفاثة على متن طائرة سيزيد من مقدار الدفع المتولد، وبالتالي سرعة الطائرة، ومع ذلك يستخدم الصاروخ الوقود والأكسجين المخزنين لديه بسرعة لتوفير كميات كبيرة من الدفع في الدقائق القليلة الأولى من الرحلة حتى يتمكن من إطلاقه في الفضاء.

وستعمل طائرة تعمل بالطاقة الصاروخية بنفس الطريقة، حيث سيتم السفر في البداية بسرعات عالية جدًا، وبعد ذلك سينتهي بها الأمر في انزلاق، وهو أمر غير فعال للغاية بالنسبة لطائرة تجارية يتعين عليها السفر لمسافات طويلة في وقت أقل، وهذا يعني الانزلاق أيضًا أن الطائرة التي تعمل بالطاقة الصاروخية ستحتاج إلى مدرج أطول أثناء الهبوط.

تستهلك طائرة تعمل بالطاقة الصاروخية أيضًا الكثير من الوقود وستكون ثقيلة جدًا لأنها تحمل الأكسجين الخاص بها، وفي هذه الحالة لن تكون قادرة على نقل العديد من الركاب كما تفعل الطائرات العادية، كما يختلف وقود الصواريخ أيضًا عن وقود الطائرات، حيث إنه مادة متفجرة ومحفوفة بالمخاطر عندما يكون لدينا عدد كبير من الركاب على متنها، على عكس الصواريخ.

هل تعمل المحركات النفاثة في الفضاء

يمكن للمحرك النفاث الطيران بسبب الهواء الموجود في الغلاف الجوي للأرض، حيث لا يتطلب الأمر فقط هواءً واردًا لإنتاج قوة الدفع، ولكن تحتاج الطائرة أيضًا إلى الهواء لإنتاج قوة الرفع، فالجزء العلوي من الجناح أكثر استدارة من الجزء السفلي وبهذه الطريقة، يكون للهواء الداخل مسافة أكبر للانتقال فوق الجناح مقارنةً بقاع الجناح، حيث أن هذا يزيد من سرعة الهواء في الأعلى وبالتالي يقلل الضغط.

في ديناميكيات الموائع، نطلق على هذه الظاهرة معادلة برنولي: تتناسب سرعة المائع عكسًا مع ضغطه، وينتج عن فرق الضغط قوة تصاعدية على الجناح تعرف باسم قوة الرفع ويتناقص الضغط مع الارتفاع، لذلك لا يمكن للطائرات النفاثة العمل بعد ارتفاع معين وإذا واصلنا الصعود إلى الأعلى، فإننا نصل إلى نقطة معينة لا يوجد فيها هواء، بل مجرد فراغ.

حيث لا يمكن أن تعمل الطائرات في الفراغ لأنه لا يوجد هواء لإنتاج الرفع من ناحية أخرى، لا يحتاج الصاروخ إلى الهواء لإنتاج قوة الرفع، حيث يحتاج فقط إلى توليد قدر كبير من الدفع في البداية للإقلاع بسرعة كبيرة بما يكفي للتحرر من الغلاف الجوي للأرض.