เครื่องยนต์จรวดไวคิง ขุมพลังของตระกูลอาริแอน

เครื่องยนต์จรวดไวคิง (Viking) เป็นชุดเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวแบบสองส่วนประกอบ (Bipropellant) ที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในขั้นที่หนึ่งและขั้นที่สองของจรวดส่งดาวเทียมเชิงพาณิชย์ตระกูล Ariane 1 จนถึง Ariane 4 ของยุโรป โดยใช้เชื้อเพลิงประเภทไฮเพอร์โกลิก (Hypergolic propellants) ซึ่งสามารถเก็บรักษาได้ในระยะยาวและจุดระเบิดได้เองเมื่อสารสองชนิดผสมกัน

เชื้อเพลิงและส่วนประกอบทางเคมี

เครื่องยนต์ไวคิงใช้ดinitrogen tetroxide (N₂O₄) เป็นตัวออกซิไดซ์ และใช้ UH 25 เป็นเชื้อเพลิง ซึ่ง UH 25 คือส่วนผสมระหว่าง UDMH (Unsymmetrical Dimethylhydrazine) 75% และไฮดราซีน (Hydrazine) 25% โดยในระยะแรกเริ่มมีการใช้ UDMH เพียงอย่างเดียวเป็นเชื้อเพลิง

วิวัฒนาการและสมรรถนะ

การพัฒนาเครื่องยนต์ไวคิงเริ่มต้นขึ้นในปี ค.ศ. 1965 โดยรุ่นแรก ๆ มีแรงขับที่ระดับน้ำทะเลประมาณ 190 กิโลนิวตัน (kN) ต่อมาในปี ค.ศ. 1971 แรงขับได้เพิ่มขึ้นเป็น 540 กิโลนิวตัน และถูกตั้งชื่อว่า Viking 1 ซึ่งถูกนำมาใช้ในโครงการ Ariane

สำหรับจรวด Ariane 1 ที่ปล่อยตัวครั้งแรกในปี ค.ศ. 1979 ได้ใช้เครื่องยนต์รุ่น Viking 2 ซึ่งมีแรงขับเพิ่มขึ้นเป็น 611 กิโลนิวตัน และในรุ่นที่ใช้กับขั้นที่หนึ่งของจรวด Ariane 4 ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์แบบกลุ่ม 4 เครื่อง จะมีแรงขับเครื่องละ 667 กิโลนิวตัน ในขณะที่ขั้นที่สองของจรวด Ariane จะใช้เครื่องยนต์ไวคิงเพียงเครื่องเดียว

ความน่าเชื่อถือและสถิติการใช้งาน

เครื่องยนต์ไวคิงได้รับการยอมรับว่ามีความน่าเชื่อถือสูงมาก โดยมีการผลิตออกมามากกว่า 1,000 เครื่อง จากการใช้งานในจรวด Ariane 1 ถึง 4 จำนวน 144 ลำ มีการใช้เครื่องยนต์ไวคิงรวมทั้งสิ้น 958 เครื่อง และพบความล้มเหลวเพียง 2 ครั้งเท่านั้น:

• ครั้งที่ 1 (23 พฤษภาคม ค.ศ. 1980): เกิดจากความไม่เสถียรของการเผาไหม้ในห้องเผาไหม้ (Chamber combustion instability) ส่งผลให้จรวดสูญเสียการควบคุมทิศทางและแตกตัวในที่สุด เหตุการณ์นี้ทำให้มีการปรับปรุงหัวฉีดและเปลี่ยนเชื้อเพลิงจาก UDMH เป็น UH 25
• ครั้งที่ 2 (22 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1990): เกิดจากความผิดพลาดของมนุษย์ โดยมีการทิ้งเศษผ้าไว้ในท่อน้ำหล่อเย็นระหว่างการติดตั้ง ส่งผลให้แรงขับลดลงและจรวดแตกตัวเนื่องจากแรงขับไม่อยู่ในแนวศูนย์กลาง

ด้วยความเชื่อมั่นในคุณภาพการผลิต ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1998 เป็นต้นมา วิศวกรได้อนุญาตให้ใช้เครื่องยนต์ที่ไม่ได้ผ่านการทดสอบรายเครื่องติดตั้งบนจรวดได้ทันที โดยจะใช้วิธีสุ่มตรวจทดสอบเพียงปีละหนึ่งเครื่องจากโรงงานประกอบ ซึ่งเป็นระดับความเชื่อมั่นที่หาได้ยากในอุตสาหกรรมเครื่องยนต์จรวด

ลักษณะทางเทคนิคที่โดดเด่น

คุณลักษณะพิเศษของเครื่องยนต์ไวคิงคือการมีถังน้ำและปั๊มน้ำติดตั้งอยู่ด้วย เพื่อใช้สำหรับหล่อเย็นก๊าซเสียจากเครื่องกำเนิดก๊าซ (Gas generator) โดยก๊าซเสียที่มีอุณหภูมิสูงจะถูกฉีดน้ำเพื่อลดอุณหภูมิลงเหลือ 620 องศาเซลเซียส ก่อนจะนำไปขับเคลื่อนปั๊มสามตัวที่ทำงานร่วมกัน (ปั๊มน้ำ, ปั๊มเชื้อเพลิง และปั๊มตัวออกซิไดซ์) และใช้ในการสร้างแรงดันในถังเชื้อเพลิง นอกจากนี้ น้ำยังถูกนำมาใช้เป็นของเหลวไฮดรอลิกเพื่อควบคุมการทำงานของวาล์วต่าง ๆ อีกด้วย