රොකට් තාක්ෂණයේ මූලධර්ම (Principles of Rocket Technology)

රොකට් යානාවක් සරලවම, පීඩනය යටතේ වායුවක් සිර කරන ලද කුටියක් ලෙස හැඳින්විය හැකිය. කුටිරේ එක් කෙලවරක ඇති විවරයක් වායුව ගැලවී යාමට ඉඩ සලසමින් රොකට්ටුව ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට තල්ලු කිරීමට තෙරපුමක් සපයයි. මේ සඳහා හොඳම උදාහරණයක් ලෙස බැලූනයක් ගත හැකිය. බැලූනයක් තුළ ඇති වාතය එහි රබර් බිත්ති මඟින් සම්පීඩනය කරයි. එක් එක් පැත්තේ බලයන්ව සමතුලිත වන පරිදි වාතය පසුපසට තල්ලු කරයි. බැලූනයේ විවරය මුදා හරින විට, වාතය එය හරහා පිටතට යන අතර බැලූනය ප්‍රතිිරුද්ධ දිශාවට තල්ලු වේ.

අභ්‍යවකාශ රොකට් යානා වල පිටාර වායුව නිපදවනුයේ ඉන්ධන දහනය මඟිනි. මෙම ඉන්ධන ඝන හෝ ද්‍රව ස්වරූපයෙන් හෝ මෙම දෙකෙහි සංයෝජනයක් හෝ විය හැකිය.

 රොකට්ටුවක චලිතය නිවුටන්ගේ චලිත නියම තුන ඇසුරෙන් පහත පරිදි දැක්විය හැකිය

1. නිවුටන්ගේ පලමු නියමය

බාහිර අසමතුලිත බලයක් නොයෙදෙන තාක් කල් නිශ්චිත වස්තුවක් නිශ්චලතාවයේම පවතින අතර චලිත වන වස්තුවක් ඒකාකාර ප්‍රවේගයෙන් චලනය වෙමින් පවතී.

රොකට්ටුවක් වැනි නම් එය මත ඇති බලයන් සමතුලිත වේ. බලයන් අසමතුලිත කර චලනය කිරීමට අමතර බලයක් අවශ්‍ය වේ. දැනටමත් චලනය වෙමින් පවතින පවතී නම් එය නැවැත්වීමට, සරල රේඛා පථයකින් දිශාව වෙනස් කිරීම හෝ එහි වේගය වෙනස් කිරීමට, එය අසමතුලිත බලයක් ලබා ගනී.

රොකට් පියාසැරි වලදී සැමවිටම සමතුලිත හා අසමතුලිත බලයන් දැකිය හැක. දියත් කිරීමේ පැඩලය (launchpad) මත ඇති රොකොට්ටුවක බලයන් සමතුලිත වේ. ගුරුත්වාකර්ෂණය මගින් රොකට්ටු පහළට ඇද ගැනීමට උත්සාහ කරන විට පෑඩයේ මතු පිට රොකට්ටුව ඉහලට තල්ලු කරයි. එන්ජිම ජ්වලනය වන විට රොකට්ටුවක් මගින් ඇති කරන තෙරපුම මඟින් බලයන් අසමතුලිත කරන අතර රොකට්ටුව ඉහලට ගමන් කරයි. පසුව රොකට්ටුව ඉන්ධනවලින් තොරව ගමන් කිරීමේ දී එය මන්දගාමී වේ පියාසර කරන ඉහළම ස්ථානයේ නතර වී නැවත පෘතුවියට වැටේ.

2. නිව්ටන්ගේ දෙවැනි නියමය

යම් වස්තුවක ගම්‍යතාවය වෙනස් වීමේ සීඝ්‍රතාවය, ඒ මත යෙදෙන බලයට අනුලෝම ව සමානුපාතික වේ.

මෙම චලිත නියමය ගණිතමය සමීකරණයක් ඇසුරෙන් ප්‍රකාශ කළ හැකිය. එම සමීකරණයහි කොටස් තුන වන්නේ ස්කන්ධය (m), ත්වරණය(a) සහ බලය(F) වේ එය පහත පරිදි දැක්විය හැකිය

F= ma

මෙම නියමය රොකට් තාක්ෂණ සමග සම්බන්ධ කරගනිමු. රොකට්ටුවේ එන්ජිම තුල සිදුවන පාලිත ජ්වලනය මගින් ඇතිවන පීඩනය, තෙරපුම ලෙස හැඳින්වේ. එම පීඩනය එක් පසකින් වායුවත්, අනික් පසින් රොකට්ටුවත් ත්වරණය කරයි.

රොකට්ටුව සඳහා ක්‍රියාත්මක වන මෙම තෙරපුම එහි එන්ජිම දහනය වන තෙක් පවතී. මක්නිසාද යත් පියාසැරියේදී ඉන්ධන දහනය වීම නිසා රොකට්ටුවේ ස්කන්ධය වෙනස් වේ. එහෙත් එහි ස්කන්ධය යනු රොකට්ටුවේ සියලු කොටස්වල ස්කන්ධයන්ගේ එකතුවයි ( එන්ජිම, payload, පාලන පද්ධතිය, ඉන්ධන ටැංකි හා ඉන්ධන ඇතුළුව). බොහෝ දුරට රොකට්ටුවක ස්කන්ධයේ විශාලතම කොටස වන්නේ ඉන්ධනයි. නමුත් මෙම ස්කන්ධය නිරන්තරයෙන් වෙනස් වන්නේ භාවිතා කළ පිටාර ඉන්ධන එන්ජිම මගින් බැහැර කරන බැවිනි.මේ අනුව පියාසැරියේදී එම ස්කන්ධය ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. ඒ අනුව ඉහත සමීකරණයහි දකුණු පස සහ වම් පස සමතුලිතව තබා ගැනීමට එහි ත්වරණය වැඩි විය යුතුය. රොකට්ටුවක් ආරම්භයේ දී සෙමින් චලනය වී අභ්‍යවකාශ‍ය කරා ගමන් කිරීමේදී ක්‍රමක්‍රමයෙන් වේගවත් වන්නේ එබැවිනි.

කාර්යක්ශම රොකට්ටු නිර්මාණය කිරීමේ දී නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය විශේෂයෙන් ප්‍රයෝජනවත් වේ. පහළ පෘථිවි කක්ෂයට ඇතුළු වීමට ගමන් කරන රොකට්ටුව සදහා පැයට කිලෝමීටර් 28,000 ක වේගයක් ළඟා කරගත යුතුවේ. පැයට කිලෝමීටර් 45,270 ඉක්මවන වේගය, වියෝග ප්‍රවේගය ලෙස හැඳින්විය හැකි අතර රොකට්ටුව පෘථිවියෙන් නික්මී ගැඹුරු අභ්‍යවකාශයට ඇතුළු වීම සඳහා ගමන් කිරීමට හැකිවේ. අභ්‍යවකාශ පියාසර වේගය ලඟා කර ගැනීම සදහා රොකට් එන්ජිමක් කෙටිම කාලයක් තුළ තුල ලබාගත හැකි උපරිම තෙරපුම ලබා ගත යුතුය. එන්ජිම විශාල ඉන්ධන ස්කන්ධයක් දහනය කළ යුතු අතර එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන පිටාර වායු හැකි ඉක්මනින් එන්ජිමෙන් පිටතට තල්ලු කළ යුතුය. ඉන්ධන වල ස්කන්ධය වැඩිවෙන තරමට මෙන්ම නිපදවන පිටාර වායුව වේගයෙන් පිටවන තරමට, රොකට්ටුව වඩා හොඳින් ඉහලට තල්ලු වේ.

3. නිවුටන්ගේ තෙවන නියමය

සෑම ක්‍රියාවකට ම විශාලත්වයෙන් සමාන වූ ද දිශාවෙන් ප්‍රතිවිරුද්ධ වූ ද ප්‍රතික්‍රියාවක් ඇත.

රොකට් යානාවකට දියත් කිරීමේ පැඩලයෙන් ඉහළට එස විය හැක්කේ එහි එන්ජිමෙන් පිටාර වායුව නැසින්න හරහා පිටතට යැව්වොත් පමණි. රොකට්ටුව වාසිය මත තල්ලුවක් යොදන අතර වාතය රොකට්ටුව මතට තල්ලුවක් යොදයි. රොකොට්ටුවක් සැලකීමේදී එහි ක්‍රියාව වනුයේ එන්ජිමෙන් දහන වායුව පිටවීමයි, ප්‍රතික්‍රියාව වනුයේ ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට රොකට්ටුව ගමන් කිරීමයි. රොකට්ටුවක්, දියත් කිරීමේ පෑඩයෙන් ඉහලට එසවීමට හැකි වීමට එන්ජිම මගින් ඇති කරනු ලබන ක්‍රියාව හෝ තෙරපුම රොකට්ටුවෙහි ස්කන්ධයට වඩා විශාල විය යුතුය. කෙසේ වුවත් අභ්‍යවකාශයේදී ඉතා කුඩා තෙරපුමක් පවා රොකට්ටුවේ දිශාව වෙනස් කිරීමට හේතු වේ.

ඉහත නියමයන් මගින් විස්තර කරන ලද රොකට්ටුවක චලිතය පහත පරිදි කෙටියෙන් දැක්විය හැකිය. දියත් කිරීමේ දොරටුවකින් රොකට්ටුවක් ඔසවා තැබීමට හෝ වේගය හෝ දිශාව වෙනස් කිරීම සඳහා අසමතුලිත බලයක් යෙදිය යුතු වේ (පළමු නියමය). රොකට් එන්ජිමකින් නිපදවන තෙරපුම තීරණය වන්නේ දැවෙන රොකට් ඉන්ධන ස්කන්ධය සහ පිටාර වායුව රොකට්ටුවෙන් කොතරම් වේගයෙන් පිටවී යනවාද යන්න මතය (දෙවන නියමය). රොකට්ටුවෙහි ප්‍රතික්‍රියාව/චලිතය එන්ජිමෙන් ලැබෙන ක්‍රියාවට/තෙරපුමට සමාන හා ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට වේ (තෙවන නියමය).