Basic But Easy Rocket Science 2023

Basic Rocket Science বেসিক রকেট ইঞ্জিনিয়ারিং বইটি লিখেছেন মইনুল ইসলাম বাপ্পি

লেখকের দু’টি কথা

অক্টোবর ২০২০ থেকে ‘বেসিক রকেট ইঞ্জিনিয়ারিং‘ বইটি প্রণয়নের কাজ শুরু হয় এবং মহান আল্লাহর মেহেরবাণীতে ২০২১ জুলাই বইটির কাজ সম্পন্ন হয়। ‘Basic Rocket Sciennce‘ বইটি লেখার মূল উদ্দেশ্য বিশ্বের উন্নত দেশের সাথে তাল মিলিয়ে যাতে আমাদের দেশও রকেট গবেষণায় এগিয়ে যেতে পারে তারই প্রেক্ষাপটে রকেটের যান্ত্রিক ও কার্যপদ্ধতি সম্পর্কে ধারনা টপিক আকারে তুলে ধরা হয়েছে।

এতে যেকোনো আগ্রহী ব্যক্তি তার পচ্ছন্দ মতো টপিক নিয়ে বিভিন্ন জার্নাল থেকে বিস্তারিত জ্ঞান অর্জন করতে পারবেন। বইটির শব্দ সংশোধন এবং পরিমার্জনে সহায়তা করেছেন- ডীনু ত্রিপুরা। Rocket Science বিষয়ক কোনো সুস্পষ্ট বই ও জার্নাল না থাকায় বইটি রচনায় বেশ কিছু প্রতিবন্ধকতা ছিলো তাই সবার কাছে বিশেষ অনুরোধ কোনো সংজ্ঞার অর্থ পরিবর্তন ও ভুল শনাক্ত হলে আমাদের রকেট টিম BSRA তে উক্ত বিষয়ে প্রয়োজনীয় সুপারিশ প্রদান করবেন। বইটি বহুল প্রচারে সহযোগিতা করার জন্য সবাইকে অনুরোধ জানাচ্ছি।

মইনুল ইসলাম বাপ্পি

প্রকাশনায়- SCIENCE BEE

Rocket Science এর মৌলিক বিষয় সমূহ হলোঃ-

• Rocket Motion
• Stability And Control
• combustion engine
• Thrust
• Weight
• Aerodynamic Force

Rocket Science এর মৌলিক বিষয় সমূহ হলোঃ-

• Science Fundamental’s
• Math Fundamental’s
• Planetary Information
• Fluid Dynamic’s
• Static Gases
• Thermodynamics

কৃতজ্ঞতা স্বীকার:

বইটি প্রনয়নে বিদেশী রেফারেন্স বই, জার্নাল, ইন্টারনেটের সাহায্য নেওয়া হয়েছে। এই তথ্য প্রনেতা ও প্রকাশকগনের প্রতি কৃতজ্ঞতা জ্ঞাপন করছি।

Acknowledgment of gratitude:

The book has been prepared with the help of foreign reference books, journals, and the internet. I am grateful to the authors and

publishers of this information.

কভার ডিজাইন ও পরিমার্জন- মবিন সিকদার

সূচীপত্র

১. রকেট কী?

২. রকেট কখন আবিষ্কার হয়?

৩. বিভিন্ন রকমের রকেট

৪. রকেটের কাঠামো

৫. রকেটের জ্বালানী

৬. রকেট ইঞ্জিন

৭. রকেট ইগনিশন

৮. রকেট স্টেজ

৯. রকেট নজেল

10. Fuel Injector

11. Gimbaled Nozzle ১২. রকেটের স্থিতিশীলতা

১৩. Cold Gas Thruster

১৪. রকেট লঞ্চ প্যাড

15. Launch Control Centre

১৭. রকেট ও মিসাইলের মধ্যে পার্থক্য

১৮. জেনে রাখি

১৯. বাংলাদেশের প্রথম বুস্টার রকেট

What is Rocket? রকেট কী?

সাধারণত রকেটর নাম শুনলেই মানুষ ভাবে এটি এমন এক বাহন যা, দ্বারা মহাকাশ যাত্রা করা হয়। কিন্তু “রকেট শব্দটি দুটি অর্থ বহন করে। প্রথমত রকেট হলো একটি ইন্জিন এর বৈশিষ্ট্য। দ্বিতীয়ত যে, বাহন রকেট ইঞ্জিন ব্যবহার করে তাকে রকেট বলে। সুতরাং রকেট এর সংঙ্গা দাঁড়ায়ঃ- যে, বাহন রকেট ইঞ্জিন ব্যবহার করে মহাকাশে যাত্রা করে তাকে রকেট বলে।

When is Rocket Invented? রকেট কখন আবিষ্কার হয়?

বিভিন্ন জায়গা থেকে জানা যায় ১২০০ এর দশকে চীন সর্বোপ্রথম আতোশবাজি হিসেবে রকেট ব্যবহার করেছিলো। এরপর ১৩০০ দশকে যুদ্ধের জন্য সেনাবাহিনীরা রকেট বা, আতোশবাজি কে অস্ত্র হিসেবে ব্যবহার করে। পরবর্তী ৬০০ বছরে মানবজাতি আরো উন্নত মানের রকেটের বিকাশ করেছিলো। ১৯০৩ সালে, একজন রাশিয়ান শিক্ষক কন্সট্যানটিন তিসিওলকোভিস্ক (Konstantin Tsiolkovsky) সর্বোপ্রথম তরল-জ্বালানী রকেটের ধারনা দিয়েছিলেন।

এবং ১৯২৬ সালে আমেরিকান বিজ্ঞানী রবার্ট গডার্ড (Robert Goddard) প্রথম তরল-জ্বালানী রকেট টি উড়িয়েছিলেন পরবর্তীতে হারমান ওবর্থের নেতৃত্বে জার্মান বিজ্ঞানীরা তরল জ্বালানীরকেটের উন্নতি করেছিলেন।

১৯৫৭ সালে সোভিয়েত ইউনিয়ন পৃথিবীতে প্রথম কৃত্রিম উপগ্রহ উৎক্ষেপনের জন্য রকেট ব্যবহার করেছিলো। ১৯৬১ সালে সোভিয়েত মহাকাশচারী ইউরি গ্যাগারিন রকেটে চরে প্রথম মহাকাশে যাত্রা করেন। এবং ১৯৬৯ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র সেটার্ন-ভি রকেট ব্যবহার করে নভোচারী নীল আর্মস্ট্রং, বাজ অলড্রিন ও মাইকেল কলিন্স কে চাঁদে পাঠায়।

1) Solid fueled rocket

2) Liquid fueled rocket

3) Ramjet rocket

4) Ducted rocket

বিভিন্ন রকমের রকেট

5) Nuclear electric rocket 6 ) Nuclear rocket

7) Solar Heated rocket

8) Photon rocket রকেটের কাঠামো

রকেটের কাঠামোর মূল উপাদান Aluminum এবং Titanium যা, খুবই হালকা কিন্তু তুলনামূলক ভাবে অন্য লোহার চেয়ে অনেক মজবুদ। রকেটের বডির প্রথম স্তর Aluminum ও দ্বিতীয় স্তর Titanium এবং তার উপর থার্মাল প্রোটেকশন সিস্টেম ব্যবহার করা হয় যা, বাতাসের ঘর্ষনে সৃষ্ট অতিরিক্ত গরম থেকে রকেট কে রক্ষা করে।

Chemistry of Rocket Fuel রকেটের জ্বালানী Rocket Science

রকেটের জ্বালানীর বিক্রিয়া করার বৈশিষ্ট্য অনুযায়ী এদেরকে দুই ভাগে ভাগ করা হয়।

Hypergolic:- যে, জ্বালানী বর্হিঃগত কোনো তাপ বা, আগুনের শিখা ছাড়া বিক্রিয়া শুরু করতে পারে তাকে Hypergolic বলে।

Non-Hypergolic:- যে, জ্বালানীর বিক্রিয়া শুরু করতে বর্হিঃগত তাপ বা, আগুনের শিখার প্রয়োজন হয় তাকে Non-Hypergolic বলে। ভিন্ন ভিন্ন রকেটের বিভিন্ন রকম জ্বালানী হয়। তবে Solid ও Liquid (Non-Hypergolic) জ্বালানী সবচেয়ে বেশি প্রচলিত। তাই আমরা শুধু Solid ও Liquid জ্বালানী নিয়ে আলোচনা করবো।

Solid Fuel:-

এই ধরনের রকেটের প্রধান জ্বালানী Potassium Nitrate (পটাশিয়াম নাইট্রেট) ও Sugar (চিনি)। এ কারনে একে Sugar Rocket ও বলা হয়। পটাশিয়াম নাইট্রেট এর রাসায়নিক সংকেত KNO3। KNO3 খুবই দাহ্য একটি পদার্থ কিন্তু এটি জারক ব্যাতীত জ্বলতে পারে না। সুতরাং KNO3 কে দাহ্য করার জন্য জারক হিসেবে চিনি ব্যবহার করা হয়। চিনির আরো একটি উপকারিতা হলো KNO3 এর সাথে চিনি গরম করার ফলে জ্বালানি পাউডার থেকে আঠালো রূপ নেয় যার ফলে KNO3 কে রকেটের জ্বালানি ট্যাংকে স্থাপন করা যায়। এক্ষেত্রে পটাশিয়াম নাইট্রেট ও চিনির আদর্শ পরিমান (KNO3-70% ) (SUGAR30%)

Liquid Fuel:-

উচ্চ গতি সম্পন্ন ও দূরবর্তী যাত্রার জন্য তরল জ্বালানী রকেট ব্যবহার করা হয়। তরল জ্বালানী হিসেবে হাইড্রোজেন, কেরোসিন ও ইথানল ব্যবহার করা হয়। ইথানলের ক্ষেত্রে জ্বালানী খরচ কমাতে 25% পানি মিশ্রিত করে ব্যবহার করা হয় এবং জারক হিসেবে তরল অক্সিজেন ব্যবহার করা হয়।

Rocket Engine (Rocket Science) রকেট ইন্জিন

রকেট ইঞ্জিন দ্বারা পর্যাপ্ত গতিশক্তি সৃষ্টি করার জন্য প্রতি সেকেন্ডে প্রায় ৩০০ কেজি (সর্বোনিম্ন এবং সর্বোচ্চ ১২০০ কেজি) জ্বালানী কম্বাশন চেম্বারে পাঠাতে হয়। আর এই কাজ করার জন্য প্রয়োজন উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন বিশাল আকৃতির পাম্প। কিন্তু এত বড় পাম্প রকেটে ব্যবহার করলে রকেটের ওজন শত শত টন বেড়ে যাবে। তাই ১৯৪৯ সালে বিজ্ঞানীরা জ্বালানী পাম্পের জন্য বিশেষ এক পদ্ধতি আবিষ্কার করেন।

একে Staged Combustion Cycle বা, Preburner Cycle বলে। এই Preburner মূলত রকেট ইঞ্জিনের ন্যায় কাজ করে। Preburner এর কাজ জ্বালানী পুরিয়ে থ্রাস্ট সৃষ্টি করে একটি Turbine ঘুড়িয়ে মেইন পাম্প চালু করা। কিন্তু প্রশ্ন হচ্ছে Preburner চালু করার জন্য প্রয়োজনীয় জ্বালানী সরবারহ কে করে? আর এর উত্তর হলো Compressed Air Pressure ব্যবহার করে জ্বালানী ট্যাঙ্ক এ চাপ সৃষ্টি করে Preburner এ জ্বালানী পাঠানো হয়। এবং এই জ্বালানী পুরিয়ে Preburner যে, থ্রাস্ট সৃষ্টি করে তা দিয়ে একটি Turbine ঘুরানো হয়। সেই Turbine এর সাথে একটি Shaft যুক্ত থাকে যা সরাসরি মেইন পাম্প এর Turbine সজোরে ঘোরায়। এভাবেই Preburner প্রতিনিয়ত পাম্পকে ঘুরিয়ে কম্বাশন চেম্বারে জ্বালানী পাঠাতে থাকে।

Preburner Cycle ৩ রকমঃ- (Rocket Science)

1) Open Cycle

2) Closed Cycle এবং closed cycle আবার ২ প্রাকার * Oxidizer rich * Fuel rich

3) Full Flow

Rocket Science- Open cycle: –

Preburner আবিষ্কারের প্রথম দিকে Open cycle পদ্ধতি ব্যবহার করা হতো। এ পদ্ধতিতে Preburner Exhaust Pipe দিয়ে গরম গ্যাসের ন্যায় প্রচুর জ্বালানী বের হয়ে যেতো। বিজ্ঞানীরা লক্ষ্য করলেন এই পদ্ধতিতে প্রচুর পরিমান জ্বালানী নষ্ট হয়। তাই বিজ্ঞানীরা Closed cycle পদ্ধতি উন্মোচন করেন।

Rocket Science- Closed cycle:-

এই পক্রিয়ায় Preburner এ সর্বাধিক মাত্রায় জ্বালানী কিংবা সর্বাধিক মাত্রায় জারক যথাক্রমে স্বল্প পরিমান জারক কিংবা স্বল্প পরিমান জ্বালানীর সাথে Preburner এ পুড়িয়ে Exhaust Pipe থেকে অধিক পরিমান জ্বালানী বা জারক সরাসরি কম্বাশন চেম্বারে পাঠানো হয় । এক্ষেত্রে Open Cycle পদ্ধতিতে Exhaust Pipe উন্মুক্ত থাকে কিন্তু Closed Cycle পদ্ধতিতে Exhaust Pipe সরাসরি কম্বাশন চেম্বারের সাথে যুক্ত থাকে। যার ফলে জ্বালানী নষ্ট হয় না। Closed cycle Oxidizer rich : – Closed cycle preburner এ যখন স্বল্প পরিমান জ্বালানী ও অধিক পরিমান জারক বিক্রিয়া করিয়ে অধিক পরিমান Hot Oxidizer কম্বাশন চেম্বারে পাঠানো হয় তাকে Closed cycle oxidizer rich বলে।

Rocket Science- Closed Cycle Fuel Rich: –

Closed cycle Preburner এ যখন স্বল্প পরিমান জারক ও অধিক পরিমান জ্বালানী বিক্রিয়া করিয়ে অধিক পরিমান Hot fuel কম্বাশন চেম্বারে পাঠানো হয় তাকে Closed cycle fuel rich বলে।

Rocket Science- Full flow:-

যে, পদ্ধতিতে দুটি Preburner থাকে এবং আলাদা আলাদা ভাবে একটি দ্বারা Oxidizer rich ও আরেকটি দ্বারা Fuel rich করে কম্বাশন চেম্বারে পাঠানো হয় তাকে Full flow বলে।

রকেট ইগনিশন Rocket Science

Liquid Fuel রকেটের ক্ষেত্রে ৩ ভাবে ইগনিশন করা হয়:-

Spark plug ignition system:- রকেট ইগনিশনের জন্য বহুপূর্ব থেকেই স্পার্ক প্লাগ ব্যবহার করা হচ্ছে।স্পার্ক প্লাগ বিদ্যুৎ চালিত এক ধরনের ডিভাইস যা, Step up কয়েলের মতো কাজ করে এবং স্বল্প বিদ্যুৎ প্রবাহ থেকে ২৫০০০ থেকে ৪৫০০০ ভোল্টে সৃষ্টি করে। যেহেতু স্পার্ক প্লাগের অগ্রভাগ বা টিপ অনেক সংকুচিত তাই প্রচুর পরিমান বিদ্যুৎ এই সংকুচিত টিপ থেকে Discharge হওয়ার সময় স্পার্কের সৃষ্টি করে যা, জ্বালানীতে আগুন ধরিয়ে দেয়। একটি স্পার্ক প্লাগ ৪০০ বার স্পার্ক করতে পারে এ কারনেই স্পার্ক প্লাগ বহু প্রচলিত ইগনিশন সিস্টেম।

• Spark plug
• hydrogen
• oxygen

Laser heat ignition system:- Rocket Science

২য় প্রচলিত মাধ্যম হলো লেসার ছিট ইগনিশন। এই পদ্ধতিতে উচ্চ Watt বিশিষ্ট্য লেসার ব্যবহার করে কম্বাশন চেম্বারের জ্বালানীতে আগুন লাগানো হয়। বর্তমানে Fiber Laser এ যতটুকু বিদ্যুৎ দেয়া হবে তার চেয়ে 10% বেশি তাপ এটি উৎপন্ন করতে পারে।এই লেসার সর্বোচ্চ তাপশক্তি উৎপন্ন করতে পারে। যেমনঃ-1000 watt এর একটি Fiber Laser 1100 watt তাপ সৃষ্টি করতে পারে।

Chemical Reaction Ignition:- Rocket Science

Triethylborane (TEB) একে Triethylboron ও বলা হয়। এর রাসায়নিক গঠন (C2H5)3B এটি একটি Hypergolic chemical যা সম্পর্কে আমরা প্রথমেই জেনেছি। রকেট লঞ্চের পূর্বে জ্বালানীর সাথে এই (TEB) ১০-১৫% হারে মেশানো হয়। SpaceX Falcon9 রকেটে এই পদ্ধতিতে ইগনিশন করা হয়। Solid Fuel রকেটের ক্ষেত্রে বেশিরভাগই ১ টি পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়ঃ-

Igniter Wire Fire:- Rocket Science

পটাশিয়াম নাইট্রেট জ্বালানী পরিচালিত রকেট ইগনিশনের জন্য বিশেষ এক ধরনের Igniter wire ব্যবহার করা হয় যাকে Nichrome wire বলে। এই পদ্ধতি ও বিদ্যুৎ পরিচালিত অর্থৎ স্বল্প পরিমান বিদ্যুৎ এই তারের মধ্যে চালনা করলেই সর্বোচ্চ ১২০০ ডিগ্রি পর্যন্ত তাপ উৎপন্ন করতে পারে।

Rocket Science রকেট স্টেজ

রকেট স্টেজিং হলো পর পর কয়েকটি রকেট লম্বালম্বিভাবে সংযুক্তকরণ।যা, নির্দিষ্ট ক্রমে বিচ্ছিন্ন হয় ও পুনরায় ইগনাইট হয়। রকেট স্টেজিং এর পেছনে মূল কারন টি হলো যেকোনো বাহন বায়ুমন্ডলের উপরে উঠতে একটি নির্দিষ্ট পরিমান জোর দরকার। তারপর পৃথিবীর চারদিকে কক্ষপথে অবস্থান করার জন্য আরো দ্রুত গতিতে গতি বাড়ানোর জন্য (৫ মাইল প্রতি সেকেন্ডে) আরো জোর দরকার।

BSLTAX Job Circular 2023: Opportunities Await in Bangladesh of Taxation

এক্ষেত্রে পূর্ববর্তীতে জ্বালানী পোড়ানোর পর খালি প্রোপেল্যান্ট ট্যাঙ্ক মূল রকেট থেকে বিচ্ছিন্ন করতে পারলে ওজন কমবে ও কক্ষপথের গতিতে পৌঁছানো আরও সহজ হবে। সুতরাং রকেটের যে, অংশের জ্বালানী ব্যবহার করা হয়ে যায় তখন সেই অংশ বিচ্ছিন্ন করার জন্যই মূলত রকেট এর প্রোপেল্যান্ট ট্যাঙ্ক গুলো আলাদা আলাদা টুকরো করে মূল রকেটের সাথে স্থাপন করা হয়। কেন্দ্রীয় মূল রকেটের সাথে ছোট ছোট রকেট যুক্ত থাকে যাকে বুস্টার রকেট বলা হয়। এই পদ্ধতিকে রকেট স্টেজিং বলা হয়। রকেট স্টেজিং দু ভাবে করা হয়ঃ- ক্রমাগত উপর নিচে ও সমান্তরালে পাশাপাশি।

Serial Staging:- Rocket Science

এ ক্ষেত্রে কেন্দ্রীয় রকেট টি একাধিক ভাগে বিভক্ত যার প্রত্যেকটি ভাগ একেকটি বুস্টার রকেট যা, মূল রকেটের নিচে যুক্ত থাকে।

Parallel Staging:- সমান্তরাল ভাবে ছোট ছোট রকেট কেন্দ্রীয় মূল রকেটের সাথে পাশাপাশি যুক্ত থাকে। Space Shuttle এর মত ভাড়ী রকেটে parallel staging ব্যবহার করা হয়।

রকেট নজেল Rocket Science

রকেট উড্ডয়নের মূলতন্ত্র হলো থ্রাস্ট। আর এই থ্রাস্ট বা উত্তোলন ক্ষমতা ত্বরান্বিত করতে রকেটের নিচে সরু অগ্রভাগ ব্যবহার করা হয়। এই অগ্রভাগের নাম হলো ‘রকেট নজেল’। রকেট নজেল Graphite, Tungsten ও Aluminum দ্বারা তৈরি করা হয়।

রকেট ইঞ্জিন নিউটনের গতি সূত্রের তৃতীয় বিধিতে বর্ণিত থ্রাস্ট উৎপাদনের জন্য উত্তোলন ত্বরান্বিত করতে একটি অগ্রভাগ ব্যবহার করে। ইঞ্জিন দ্বারা উৎপাদিত শক্তির পরিমাণ নির্ভর করে ইঞ্জিনের মাধ্যমে ভর প্রবাহের হার, প্রবাহের প্রস্থানের বেগ, এবং ইঞ্জিন থেকে শক্তি প্রবাহের সময় চাপের উপর। এই তিনটি প্রবাহই অগ্রভাগের নকশার উপর নির্ভর করে।