রকেট ইঞ্জিন তৈরির প্রকৌশলবিদ্যা
থ্রাস্ট জেনারেশন ও মেকানিক্স
থ্রাস্ট কীভাবে তৈরি হয়
রকেট ইঞ্জিন বিপুল পরিমাণ গরম গ্যাস প্রচণ্ড গতিতে পেছনের দিকে নির্গত করে। নিউটনের তৃতীয় সূত্র অনুসারে, প্রতিটি ক্রিয়ারই একটি সমান ও বিপরীত প্রতিক্রিয়া আছে। গ্যাস পেছনের দিকে যে বলে বেরিয়ে যায়, ঠিক সেই পরিমাণ বল রকেটকে সামনের দিকে এগিয়ে নিয়ে যায়। এই ধাক্কা বা বলটিই হলো থ্রাস্ট।
তবে শুধু গ্যাসের গতির ওপরই থ্রাস্ট নির্ভর করে না। এর পেছনে আরও কিছু জটিল কারণ রয়েছে। রকেটের পারফরম্যান্স নির্ভুলভাবে পরিমাপ করার জন্য একটি নির্দিষ্ট সমীকরণ ব্যবহার করা হয়, যা থ্রাস্ট ইকুয়েশন নামে পরিচিত।
থ্রাস্ট ইকুয়েশন
থ্রাস্টের পরিমাণ গণনা করার জন্য প্রকৌশলীরা একটি মূল সমীকরণ ব্যবহার করেন। এটি রকেট সায়েন্সের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ সূত্র।
আসুন, সমীকরণের প্রতিটি অংশ ভেঙে দেখি:
- (উচ্চারণ: এম-ডট) হলো (mass flow rate)। অর্থাৎ, প্রতি সেকেন্ডে কত কেজি জ্বালানি পুড়ে গ্যাস আকারে নির্গত হচ্ছে।
- হলো নির্গমন বেগ (exhaust velocity), অর্থাৎ গ্যাসগুলো কত দ্রুততায় নজল থেকে বেরিয়ে যাচ্ছে।
- হলো নজলের শেষ প্রান্তের গ্যাসের চাপ (exit pressure)।
- হলো পারিপার্শ্বিক বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (ambient pressure)। মহাকাশে এর মান প্রায় শূন্য।
- হলো নজলের শেষ প্রান্তের ক্ষেত্রফল (nozzle exit area)।
সুতরাং, থ্রাস্ট মূলত দুটি জিনিসের যোগফল: নির্গত গ্যাসের ভরবেগ এবং নজলের মুখের চাপের পার্থক্য থেকে তৈরি বল।
মোমেন্টাম থ্রাস্ট আসে গ্যাসের বেগের কারণে, আর প্রেসার থ্রাস্ট আসে চাপের পার্থক্যের কারণে।
পারফরম্যান্স পরিমাপ
একটি রকেট ইঞ্জিন কতটা কার্যকর, তা বোঝার জন্য দুটি প্রধান প্যারামিটার ব্যবহার করা হয়: স্পেসিফিক ইমপালস এবং নির্গমন চাপের অপ্টিমাইজেশন।
স্পেসিফিক ইমপালস
noun
নির্দিষ্ট পরিমাণ জ্বালানি ব্যবহার করে একটি ইঞ্জিন কতক্ষণ ধরে থ্রাস্ট তৈরি করতে পারে, তার পরিমাপ। এটি ইঞ্জিনের কার্যকারিতা বা দক্ষতার নির্দেশক।
(Isp) কে প্রায়শই ইঞ্জিনের "মাইলেজ" হিসেবে ভাবা হয়। এর মান যত বেশি, ইঞ্জিন তত বেশি দক্ষ। অর্থাৎ, একই পরিমাণ জ্বালানি ব্যবহার করে এটি বেশি ধাক্কা তৈরি করতে পারে বা বেশিক্ষণ চলতে পারে। স্পেসিফিক ইমপালস সরাসরি নির্গমন বেগের () ওপর নির্ভরশীল।
এখন প্রেসার থ্রাস্টের দিকে নজর দেওয়া যাক। থ্রাস্ট ইকুয়েশন থেকে আমরা জানি, প্রেসার থ্রাস্টের পরিমাণ এর সমান। সর্বোচ্চ থ্রাস্ট পাওয়ার জন্য, রকেটের নজল থেকে নির্গত গ্যাসের চাপ () বাইরের বায়ুমণ্ডলের চাপের () সমান হওয়া উচিত। এই অবস্থাকে বলা হয় "পারফেক্ট এক্সপ্যানশন"। এক্ষেত্রে এর মান শূন্য হয়ে যায় এবং প্রেসার থ্রাস্টের কোনো অপচয় হয় না।
| অবস্থা | শর্ত | ফলাফল |
|---|---|---|
| আন্ডার-এক্সপ্যানশন | গ্যাস নজল থেকে বেরোনোর পর আরও প্রসারিত হয়, যা কিছুটা কার্যকারিতা নষ্ট করে। | |
| ওভার-এক্সপ্যানশন | বাইরের উচ্চ চাপ গ্যাস প্রবাহকে সংকুচিত করে, যা অস্থিতিশীলতা তৈরি করতে পারে এবং থ্রাস্ট কমিয়ে দেয়। | |
| পারফেক্ট এক্সপ্যানশন | সর্বোচ্চ কার্যকারিতা অর্জিত হয়। |
সুতরাং, একটি রকেটের থ্রাস্ট কেবল গ্যাস নির্গমনের ফল নয়, এটি ভর প্রবাহের হার, গ্যাসের বেগ এবং চাপের এক জটিল সমন্বয়। এই প্যারামিটারগুলো সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করার মাধ্যমেই একটি রকেট সফলভাবে মহাকাশে পাড়ি জমায়।
রকেট ইঞ্জিন কোন নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে?
থ্রাস্ট সমীকরণে, অংশটি কী নির্দেশ করে?
এখন আপনি জানেন কীভাবে একটি রকেট ইঞ্জিন তার প্রচণ্ড শক্তি তৈরি করে এবং প্রকৌশলীরা কীভাবে এর কার্যকারিতা পরিমাপ ও উন্নত করে।