توربوماشین چیست؟

«توربوماشین» (Turbomachine) به هر دستگاهی گفته می‌شود که انرژی را میان یک شافت چرخان و یک سیال (هوا، آب، بخار، گاز و …) مبادله می‌کند. در این ماشین‌ها، توربین، کمپرسور، پمپ و فن رایج‌ترین نمونه‌ها هستند.

به عبارت دیگر، توربوماشین‌ها دستگاه‌هایی با اجزای چرخان (روتور) هستند که هنگام کار، سیال از میان پره‌های چرخان عبور می‌کند و تغییر فشار، سرعت یا انرژی در آن ایجاد می‌شود.

این انتقال انرژی می‌تواند از شافت (محور) به سیال یا از سیال به شافت باشد.

انواع توربوماشین

۱- موتور گونه (توربین‌ها)

در این حالت سیال به شافت انرژی می‌دهد. به عنوان نمونه:

• توربین گاز
• توربین بخار
• توربین باد
• توربین آبی (پلتون، فرانسیس، کاپلان)

۲- ماشین‌های پمپاژگونه (کمپرسورها و پمپ‌ها)

در این حالت شافت به سیال انرژی می‌دهد. به عنوان نمونه:

• کمپرسورهای سانتریفیوژ و محوری
• پمپ‌های گریز از مرکز
• فن‌ها و دمنده‌ها.

نقش محوری توربوماشین‌ها در صنعت فضایی

توربوماشین‌ها نقش مهمی در صنعت فضایی ایفا می‌کنند. این ماشین‌ها نیروبخش فضاپیماها و تسهیل‌کننده عملیات حیاتی در محیط خشن فضا هستند. از وسایل نقلیه پرتاب گرفته تا سیستم‌های محرکه در فضا، توربوماشین‌ها یک جزء ضروری در پیشبرد اکتشاف و بهره‌برداری بشر از مرز نهایی است.

در اینجا برخی از نقش‌های کلیدی توربوماشین در صنعت فضایی آورده شده است:

وسایل نقلیه پرتابی

توربوپمپ‌ها، نوعی توربوماشین، در موتورهای موشکی با سوخت مایع برای پمپاژ پیشرانه‌هایی مانند اکسیژن مایع و نفت سفید به داخل محفظه احتراق استفاده می‌شوند. توربین‌های پرسرعتی که این پمپ‌ها را تغذیه می‌کنند، فشار لازم را برای تغذیه پیشرانه‌ها با سرعت جریان مناسب برای احتراق کارآمد ایجاد می‌کنند.

پیشرانه در فضا

وقتی فضاپیماها وارد فضا می‌شوند، برای پیشرانش، مانور و حفظ موقعیت مداری خود به توربوماشین‌ها متکی هستند. سیستم‌های نیروی محرکه الکتریکی، مانند رانشگرهای یونی و پیشرانه‌های اثر هال، از توربوماشین برای تولید و شتاب دادن به پیشرانه استفاده می‌کنند که در مقایسه با پیشرانه‌های شیمیایی سنتی کارآمدتر هستند.

تولید برق

ماشین‌های توربوماشین به شکل توربین‌های گازی یا توربو آلترناتورها می‌توانند برای تولید نیروی الکتریکی برای فضاپیماها مورد استفاده قرار گیرند و از عملکرد مداوم سیستم‌ها و ابزارهای داخل هواپیما اطمینان حاصل کنند.

سیستم‌های پشتیبانی حیات

اجزای توربوماشین‌ها مانند کمپرسورها و پمپ‌ها در سیستم‌های کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی فضاپیماهای سرنشین‌دار استفاده می‌شوند تا سطح فشار، دما و رطوبت هوا را در محفظه‌های قابل سکونت حفظ کنند.

تولید مبتنی بر فضا

همانطور که صنعت فضایی به سمت بهره‌برداری منبع درجا (ISRU) پیش می‌رود، توربوماشین‌ها نقش حیاتی در پردازش و پالایش مواد خام استخراج‌شده از اجرام آسمانی مانند ماه یا مریخ ایفا خواهند کرد.

توضیح: بهره‌برداری منبع درجا (انگلیسی: In-Situ Resource Utilization) یا «(ISRU)» در اکتشافات فضایی، استفاده از منابع درجا روشی است برای گردآوری، پردازش، ذخیره‌سازی و استفاده از موادی که در دیگر اجرام آسمانی؛ (ماه، مریخ، سیارک‌ها و غیره) یافت شده یا تولید شده‌اند و جایگزین موادی می‌شوند که در غیر این صورت لازم است که از زمین آورده می‌شوند.

جمع‌بندی

توربوماشین‌ها برای صنعت فضایی، نیرو‌بخشی به وسایل نقلیه پرتاب، تسهیل پیش‌رانش در فضا، تولید برق، پشتیبانی از سیستم‌های پشتیبانی حیات، و امکان ساخت فضایی ضروری هستند. با ادامه رشد و تکامل صنعت فضایی، اهمیت توربوماشین‌ها آشکارتر می‌شود و به جاه‌طلبی بشر برای کشف و استعمار کیهان دامن می‌زند.