রকেট বিজ্ঞান

সুচনা

রকেট সমীকরণ (Rocket Equation)


১৯৫৭ সালে মানুষ একটি অসাধ্য সাধন করেছিল প্রথমবারের মত মহাশূন্যে পাড়ি জমিয়ে, সেটা ছিল রাশিয়ার তৈরি স্পুটনিক মহাকাশযান, তারপর আমেরিকা এবং রাশিয়া অনেক মহাকাশ মিশন পরিচালনা করে, ১৯৬৯ সালে নাসা চাঁদে সফলভাবে মানুষ পাঠাতে সক্ষ্যম হয়। এই সবকিছু সম্ভব হয়েছিল নিরাপদ রকেট প্রযুক্তির জন্য। তাই আজকে রকেটের মৌলিক তত্ত্ব নিয়ে কিছু আলোচনা হবে।  

[ নোটঃ  রকেট অনেক রকম হতে পারে এবং অনেক কারণে ব্যাবহার করা হয়, আলোচনা সহজ রাখার জন্য রকেট বলতে এখানে শুধুমাত্র লঞ্চ ভেহিকল (Launch Vehicle)  বুঝানো হয়েছে ]

রকেট সমীকরণ (Rocket Equation)

কিভাবে রকেট ছোটে? - উত্তরটি আসলে সহজ, নিউটনের তৃতীয় সূত্র। 

রকেট সমীকরণের কৃতিত্ব রাশিয়ার বিজ্ঞ্যানী কন্সটানটিন সিলকসভকি কে দিতে হয়, ১৯০৩ সালে তিনি এই সমিকরন প্রকাশ করেন।

 [ নোট ঃ  রকেট অনেক রকম হতে পারে এবং অনেক কারণে ব্যাবহার করা হয়, আলোচনা সহজ রাখার জন্য রকেট বলতে এখানে শুধুমাত্র লঞ্চ ভেহিকল (Launch Vehicle)  বুঝানো হয়েছে ]

Delta-V: The maximum change of velocity of the vehicle (গতির পরিবর্তন )

m0 = initial total mass (প্রাথমিক ভর)

mf = Final mass  (শেষ ভর) 

Ve = effective exhaust velocity 

ln = natural log or e-based Log 

 সমীকরণের দিকে দেখলে বুঝা যায়, প্রাথমিক ও শেষ ভরের অনুপাত খুব গুরুত্বপূর্ণ, এই অনুপাত দেখায় কতটুকু জ্বালানি ব্যাবহার করা হয়েছে রকেটে। আরেকটি বিষয় লক্ষ্য করা যায়, রকেট সমীকরণে, রকেটের গতি রকেটের ধরন, জ্বালানি পোড়ার সময়ের উপর নির্ভরশীল নয়। 

 Ve = Isp*g0

Isp = Specific impulse , একক ঃ সেকেন্ড , নির্ভর করে জ্বালানির ধরনের উপর 

g0 = পৃথিবীর অভিকর্ষ বল, 9.8 m/s2

রকেটের অংশ

রকেট একটি জটিল যন্ত্র, হাজারো যন্ত্রের সম্মিলনে তৈরি। বড় করে দেখলে একটি রকেটকে কয়েকটি অংশে ভাগ করা যায়, যা নিচে দেখানো হলো। তবে, রকেটের অংশ নির্ভর করে মিশনের উদ্দেশের উপর।  

  • কাঠামো (Structure)

  • গাইডেনস (Navigation and guidance)

  • পে-লোড (Payload)

  • প্র-পালসন (propulsion)

রকেট বল বা ঘাত

এখানে একটি সাধারণ সহজ রকেট ইঞ্জিনের নকশা দেখানো হলো।  সমীকরণের দিকে দেখলে বুঝা যায়, রকেটের বল বা ঘাত নির্ভর করে, নজোলের আকার, জ্বালানি প্রবাহের পরিমাণ, নজোলের ক্ষেত্রফল , চাপ এবং নিষ্কাশন গ্যাসের গতির উপর। 

জ্বালানি কমবাস্টন চেম্বারে দহনের পর, নজোলের সরু মুখ দিয়ে উত্তপ্ত বায়ু বাইরে নির্গত হয় এবং এভাবেই রকেট বল তৈরি করে। 

বহু পর্যায় রকেট (Multi-Stage rocket)

সাধারণত একটি রকেটের অধিকংশ ওজন শুধুমাত্র জ্বালানির এবং এই অতিরিক্ত জ্বালানি ব্যায়বহুল , জটিল। এই সমস্যা সমাধান হল , বহু পর্যায় রকেট , মানে ২ বা ৩ পর্যায়ে থাকবে, যখন একটি সিলিন্ডারের জ্বালানি শেষ হয়ে যাবে তখন সেই সিলিন্ডারটি মুল রকেট থেকে আলাদা করে দেওয়া হয়। এর ফলে মুল রকেট হালকা হয় এবং আরও গতিতে চলতে পারে। উদাহরণ,  Saturn V (যা চাঁদের অভিযানে ব্যাবহার করা হয়েছিল) তিন-পর্যায় রকেট। বহু পর্যায় রকেটের আরেকটি সুবিধা হল, বায়ুমণ্ডলের বিভিন্য পর্যায়ের জন্য আলাদা করে রকেটের নযোল নকশা করা যায়।


রকেটের প্রকারভেদ

জ্বালানির উপর ভিত্তি করে রকেট বিভিন্ন রকম হতে পারে

১। তরল জ্বালানি রকেট (যেমন, তরল অক্সিজেন, হাইড্রোজেন) 

২। রাসায়নিক রকেট (chemical rocket)

৩। কঠিন জ্বালানি বুস্টার (Solid Rocket Booster)

৪। ত্বরিত রকেট (Electric Propulsion)

  • আয়ন 

  • হল ইফেক্ট

  • রেডিও-তরঙ্গ 

৫। পারমানবিক জ্বালানি (Nuclear Propulsion)

Reference

[1] “Saturn V F-1 Engine Diagram | National Air and Space Museum,” Jun. 09, 2016. Available: https://airandspace.si.edu/multimedia-gallery/5118hjpg.

[2] “Liquid Rocket Engine.” Available: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lrockth.html.

[3] “Rocket Parts,” Glenn Research Center | NASA. Available: https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/rocket-parts/.

[4] T. Martin J.L. , Rocket and Spacecraft Propulsion: Principles , Practice and New Developments.