تحلیل موتور استرلینگ برای تأمین سوخت فضاپیماها

به گزارش تاسیسات نیوز به نقل از روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF)، «تحلیل و بررسی یک موتور استرلینگ نوع دینامیکی با استفاده از روش‌های محاسبات نرم و اختلالات» عنوان طرح پسادکتری شهریار زارع است که با راهنمایی فتح‌الله پورفیاض و حمایت بنیاد ملی علم ایران این طرح به پایان رسیده است.

شهریار زارع عضو هیئت‌علمی گروه مکانیک سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران درباره این طرح توضیح داد:دو نوع موتور‌ استرلینگ داریم که به آن‌ها موتور‌های کینماتیکی و دینامیکی می‌گویند.

وی ادامه داد: موتور‌های کینماتیکی به سه بخش الفا، بتا و گاما تقسیم می‌شوند که موتور‌های استرلینگ قدیمی هستند و قدمت ۱۵۰ ساله دارد.

زارع اضافه کرد: موتور‌های استرلینگ نوع کینماتیکی دارای میل‌لنگ، شاتون و فلای‌ویل بوده و از نظر فرآیند ساخت و هزینه مانند بقیه موتور‌ها هستند؛ اما در موتور‌های استرلینگ نوع دینامیکی میل‌لنگ، شاتون و پیستتون‌ها حذف شده و باعث می‌شود تا هزینه ساخت، اصطکاک و فرآیند ساخت به‌شدت کاهش یابد؛ در عوض بازده افزایش یابد. از سوی دیگر این نوع موتور‌ها به تعمیر و نگهداری اساسی تا سال‌ها نیازی ندارند و در عین حال طول عمر موتور هم ارتقا می‌یابد.

زارع افزود: این ویژگی باعث شده است که راه‌اندازی موتور‌های استرلینگ دینامیکی به‌دلیل حذف میل‌لنگ، شاتون و فلایل‌ویل در ساختارشان چالش‌زا باشد؛ زیرا در موتور جدید استرلینگ دینامیکی، موتور به نوسانگر تبدیل می‌شود بنابراین راه‌اندازی آن به‌شدت سخت و چالش برانگیز است.

وی اظهار کرد: برای ساخت این نوع از موتور باید از علوم اکوستیک، مکانیک جامدات و کنترل برق بهره برد و به این علوم مسلط بود تا بتوان چنین نوع موتور یا همان ژنراتور را ساخت.

این محقق گفت: به عبارتی ساخت موتوری با علم بین‌رشته‌ای بسیار دشوار است، چون احتمال دارد این نوع موتور ساخته شود و در لحظه آخر کار نکند؛ بنابراین ریسک ساخت آن بسیار بالاست و ما بعد از ۸ بار ساخت به این موتور دست یافتیم ازاین‌رو اکنون به سومین کشوری که به این دانش دست یافته است، تبدیل شده‌ایم.

به گفته این پژوهشگر، ساخت موتور ترم‌اکوستیک استرلینگ برای اولین بار در سازمان لاس الاموس زیرمجموعه ناسا در سال ۲۰۰۰ ساخته و در معتبرترین مجله‌های دنیا منتشر شد. کشور چین دومین کشوری است که به این دانش دست یافته است.

زارع درباره کاربرد‌های این نوع موتور گفت: هدف اول از ساخت و ارزیابی این نوع موتور برای استفاده از تأمین سوخت فضاپیما‌ها با سوخت هسته‌ای است. فضاپیما‌ها به تولید برق و ذخیره آن نیاز دارند.

وی افزود: این موتور می‌تواند جایگزین تأمین برق و گرما از صفحات خورشیدی شود. این نوع موتور منبع گرم را به وسیله یک دیش حرارتی که به وسیله خورشید کانونی گرم می‌شود، گرما را به منبع اصلی موتور وصل می‌کند و آن موتور راه‌اندازی شده و برق تولید می‌کند.

به گفته او این موتور می‌تواند با هر منبع گرمی کار کند که در کمبود برق خیلی خوب و کاربردی است و می‌تواند برق را بدون نیاز به نیروگاه تأمین کند؛ ازاین‌رو به این موتور نیروگاه کوچک هم گفته می‌شود.

این محقق بیان کرد: صفحات خورشیدی به فضای زیادی نیاز دارد و از سوی دیگر این صفحات در بهترین حالت (نسل ۵) ۱۸ تا ۱۹ درصد است که بعد از ۵ سال هم به ۵ درصد تقلیل می‌یابد؛ اما این موتور ساخته شده به فضای بسیار کمی نیاز دارد و بازدهی آن در فضای آزمایشگاهی ۳۰ تا ۳۵ درصد است.

وی گفت: تأمین برق و گرمای آن نسبت به صفحات خورشیدی بسیار بالاست از سوی دیگر هزینه راه‌اندازی آن از صفحات خورشیدی بسیار پایین‌تر است. نیاز به تعمیر و نگهداری ندارد و تا چندین سال بازدهی دارد.

زارع اظهار کرد: این موتور اگر با حمایت‌ها صنعتی شود می‌توانیم بگوییم اولین کشوری هستیم که این مدل را صنعتی‌سازی کرده است (البته اگر ناسا هم آن را صنعتی کرده باشد هنوز اطلاعاتی را در این باره منتشر نکرده است) به طوری که می‌توان با این ژنراتور یک مجتمع آپارتمان را با قرار دادن روی پشت بام و اضافه کردن یک دیش با استفاده از انرژی خورشیدی برق و گرما تولید کرد.

وی با بیان اینکه این نوع موتور کاربرد نظامی هم دارد، گفت: می‌توان در پدافند‌ها و سایت‌های موشکی از این موتور استفاده کرد

زارع با بیان اینکه معمولاً برق سایت‌ها با باتری تأمین شده که بعد از مدتی هم باتری آن خراب می‌شود و این قطعه هم بسیار گران است، گفت: ازاین‌رو هزینه این دسته از تجهیزات را بسیار بالا می‌برد، درصورتی که از این موتور جدید استفاده شود به‌راحتی می‌توان با هزینه کمتر نور خورشید را در سایت‌هایی که در نقاط دورأفتاده است به برق تبدیل کرد.

به گفته این محقق با صنعتی‌سازی این موتور می‌توان در نقاط دورأفتاده هم برق و گرما تولید کرد.

وی خاطر نشان کرد:البته برای صنعتی شدن نیاز به ۷ مرحله است و اگر این اتفاق بیفتد و با سرمایه‌گذاری ریسک‌پذیر حمایت شویم می‌توانیم صادرکننده این نوع موتور باشیم.

این محقق در پایان گفت: ۷ مرحله باید فازبندی شود تا به مرحله صنعتی برسیم و اگر صنعتی شود و اولین کشور باشیم، امکان صادرات آن وجود دارد. بسیاری از کشور‌ها به برقی که از نور خورشید تهیه می‌شود، نیاز دارند از این رو این موتور قابلیت صادرات به دنیا را دارد.