حتما تاکنون نام موشک را شنیده اید و نحوه بلند شدن آن از روی زمین را در تلویزیون دیده اید. موشکها برای اهداف نظامی، تحقیقاتی و فضایی مورد استفاده قرار می گیرند. در موشک از یک موتور درون سوز استفاده می شود. برای اینکه موشک بتواند از زمین بلند شود نیازمند سوخت است. سوخت موشک در دو نوع جامد و مایع وجود دارد. یکی از بهترین موادی که می توان به عنوان سوخت در موشک استفاده کرد نیتریک اسید است. در ادامه به معرفی، نحوه کاربرد و مزایا و معایب نیتریک اسید در سوخت موشک می پردازیم.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
نیتریک اسید چیست؟
نیتریک اسید (HNO3) یک اسید معدنی بسیار قوی است. ترکیب خالص این ماده بی رنگ است و با گذشت زمان اگر به اکسیدهای نیتروژن و آب تجزیه شود زرد رنگ می گردد. این اسید در دمای6/41- درجه سانتیگراد ذوب می شود و یک مایع بی رنگ تشکیل می دهد. حرارت و نور می تواند بر روی رنگ نیتریک اسید موثر باشد و سبب تغییر رنگ در آن شود. نیتریک اسید در صورت ترکیب با آب محترق می شود. محلول این ماده آزوتروپی با نقطه جوش 9/121 درجه سانتیگراد تشکیل می دهد که 7/68% وزنی آن اسید نیتریک است. استفاده از نیتریک اسید در سوخت موشک یکی از اصلی ترین کاربردهای این ماده می باشد. نیتریک اسید به عنوان پیشرانه در موشک مورد استفاده قرار می گیرد.
کاربرد نیتریک اسید در سوخت موشک
نیتریک اسید در سوخت موشکها مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه موشک بتواند از زمین بلند شود و نیروی لازم برای ورود به جو را داشته باشد، نیازمند یک سوخت بسیار قوی است که نیروی لازم جهت غلبه به نیروی جاذبه را به آن بدهد. نیتریک اسید به صورت مایع است. همان گونه که اشاره کردیم زمانی که نیتریک اسید تحت حرارت و نور قرار گیرد، تغییر رنگ می دهد و محدوده رنگی زرد تا قرمز پیدا می کند.
بهترین نوع نیتریک اسید در سوخت موشک اسید نیتریک دود قرمز (RFNA) است، چرا که این نوع از اسید نیتریک یک اکسیدکننده قابل ذخیره می باشد و میزان اسید نیتریک آن 86 درصد است. رنگ قرمز نیتریک اسید به دلیل تتروکسید دی نیتروژن در آن است. این ماده به میزان بسیار زیادی تجزیه می شود و دی اکسید نیتروژن را تشکیل می دهد. تتروکسید دی نیتروژن اشتعال پذیری مواد قابل احتراق را افزایش می دهد و در زمان واکنش با آب به شدت گرمازا است. RFNA محتوی 6/0 درصد HF است. این ماده یک عامل بازدارنده خوردگی است و از خوردگی وسایلی که با اسید نیتریک برخورد دارند جلوگیری می کند.
چرا از نیتریک اسید در سوخت موشک استفاده می شود؟
نیتریک اسید یک جزء اکسیدکننده در سیستم سوخت موشک است. برای اینکه مشتعل شود باید با هیدروکربنها مخلوط گردد که در اصطلاح به این واکنش هایپرگولینگ گفته می شود. با وجود اینکه نیتریک اسید یک ماده خورنده و سمی است اما ویژگیهایی دارد که آن را به عنوان سوخت موشک قابل استفاده می کند. دلایل استفاده ازاین محصول در سوخت موشک از این قرار است: قابلیت ذخیره سازی یکی از اصلی ترین دلایل استفاده از نیتریک اسید در سوخت موشک می باشد. می توان این ماده را در مخازن بارگیری کرد و برای مدت طولانی نگهداری نمود. در دمای اتاق مایع است و به مواد برودتی گران قیمت یا فشار بالا نیاز ندارد. می توان موتورهای دریچه گاز را بر خلاف تقویت کننده سوخت جامد طراحی کرد. برای اکسیداسیون نیازی به مخازن بزرگ و سنگین نیست و در مخازن سبک و کوچک هم واکنش انجام می شود. این ماده هایپرگولینگ است، یعنی خود به خود شعله ور می شود
مزایای استفاده از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک
آلمانیها برای اولین بار از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک استفاده کردند دلیل اصلی آن هم قابلیت ذخیره سازی این سوخت است. شاید با خود بگویید که نیتریک اسید یک ماده سمی و خورنده است اما چرا به عنوان سوخت موشک مورد استفاده قرار می گیرد. دلایل زیادی دارد اما اصلی ترین دلایل استفاده از این ماده در سوخت موشک عبارت اند از: قابلیت اشتعال خود به خودی، قابلیت نگهداری به مدت طولانی، قابلیت اکسیداسیون در ظرفهای سبک و کوچک، قیمت مناسب.
معایب استفاده از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک
در کنار مزایای زیادی که نیتریک اسید در سوخت موشک دارد معایبی هم دارد که عبارت است از: در صورت برخورد با مواد سوختنی، انواع الکل یا احیاکننده و ترکیبات قابل احتراق ممکن است گرمای زیادی تولید کرده و بسوزد یا منفجر شود، در صورت عدم رعایت موارد احتیاطی اگر حرارت بسیار زیاد شود گازهای خورنده و سمی تولید می کند، در صورت عبور از مجازی تنفسی و چشمها می تواند خطرآفرین باشد.
چه ترکیباتی می توانند جایگزین نیتریک اسید در سوخت موشک شوند؟
از آنجا که نیتریک اسید یک ماده سمی است و علاوه بر آسیبهایی که برای انسان دارد، سبب آسیب به محیط زیست نیز می شود، بنابراین محققان در تلاش اند تا همواره سوختی قوی تر و کم خطر تر بسازند. در ادامه به چند جایگزین مناسب برای این ماده اشاره می کنیم:
- هیدرازین: یک ماده سوختی است که به عنوان جایگزین نیتریک است و می تواند در سوخت موشک مورد استفاده قرار گیرد دارای ویژگیهایی است. این ماده دارای خطرات احتمالی است اما عملکرد بالایی دارد. قابلیت ذخیره سازی طولانی مدت دارد و به طور خود به خودی در تماس با یک عامل اکسیدکننده یا کاتالیزور مناسب مشتعل می شود
- تتروکسید دی نیتروژن: تتروکسید دی نیتروژن ماده دیگری است که می تواند جایگزین نیتریک اسید شود. خورندگی این ماده کمتر از نیتریک اسید است اما سمی و فرار می باشد.
- پراکسید هیدروژن: این ماده یک جایگزین امیدوارکننده برای نیتریک اسید است. خورندگی هیدروژن پراکسید نسبت به نیتریک اسید کمتر بوده و گازهای سمی کمتری را در دمای اتاق تولید می کند. در اثر تجزیه آن هم تنها آب و اکسیژن تولید می شود.
سوالات متداول نیتریک اسید در سوخت موشک
1- اسید نیتریک علاوه بر سوخت موشک چه کاربردهای دیگری دارد؟
تولید کودهای کشاورزی، جداسازی طلا از نقره، فرآوری فلز، معرف تحلیلی، نجاری و استفاده به عنوان اکسید کننده از جمله کاربردهای دیگر نیتریک اسید است.
2- اسید نیتریک دوددار چیست؟
اسید نیتریک در اصل یک ترکیب بی رنگ است. زمانی که غلظت آن به بیش از 86 درصد برسد به آن اسید نیتریک دوددار قرمز، اگر غلظتش به بیش از 96 درصد برسد اسید نیتریک دوددار سفید گویند.
3- چرا اسید نیتریک به تنهایی به عنوان پیشران مورد استفاده قرار نمی گیرد؟
با وجود اینکه اسید نیتریک می تواند به همراه آمینهای حل شده در آن به تنهایی به عنوان سوخت موشک مورد استفاده قرار گیرد، اما این کار را هرگز انجام نمی دهند زیرا به تنهایی ناکارآمد است و بازدهی لازم را ندارد.
4- منظور از salbei چیست؟
این سوخت مخلوطی از 96 درصد اسید نیتریک و 4 درصد کلرید آهن (به عنوان کاتالیزور)، 94 درصد اسید نیتریک و 6 درصد تتروکسید دیتروژن بود (دو مخلوط جداگانه هستند) که به نام salbei نام گذاری شده است. .
5- آیا تنها از RFNA به عنوان سوخت موشک استفاده می شود؟
خیر. RNFA که به رنگ قرمز است به اسید نیتریک دود کننده قرمز معروف است. علاوه بر این نوع از اسید نیتریک از اسید نیتریک دودکننده سفید و مخلوط با سولفوریک اسید هم به عنوان سوخت موشک استفاده می شود.
