Ammonium perchlorate composite propellant
امونیم پرکلوریٹ کمپوزٹ پروپیلنٹ (اے پی سی پی) ایک ٹھوس پروپیلنٹ راکٹ ایندھن ہے۔ یہ بہت سے روایتی ٹھوس راکٹ پروپیلنٹس جیسے بلیک پاؤڈر یا زنک سلفر سے مختلف ہے، نہ صرف کیمیائی ساخت اور مجموعی کارکردگی میں بلکہ اس کی پروسیسنگ کی نوعیت سے بھی۔ اے پی سی پی کو شکل میں ڈالا جاتا ہے، جیسا کہ سیاہ پاؤڈر کے ساتھ پاؤڈر دبانے کے برخلاف ہوتا ہے۔ یہ مینوفیکچرنگ کو باقاعدگی اور تکرار فراہم کرتا ہے، جو ایرو اسپیس انڈسٹری میں استعمال کے لیے ضروری تقاضے ہیں۔ استعمال امونیم پرکلوریٹ مرکب پروپیلنٹ عام طور پر ایرو اسپیس راکٹ پروپلشن کے لیے ہوتا ہے جہاں سادگی اور وشوسنییتا مطلوب ہوتی ہے اور اس کے مخصوص محرکات (ساخت اور آپریٹنگ دباؤ پر منحصر) کافی ہوتے ہیں۔ کارکردگی کی ان صفات کی وجہ سے، اے پی سی پی کو خلائی شٹل سالڈ راکٹ بوسٹرز، ہوائی جہاز کے اخراج کی نشستوں، اور خاص خلائی ایکسپلوریشن ایپلی کیشنز جیسے ناسا کے مارس ایکسپلوریشن روور ڈیسنٹ اسٹیج ریٹرروکیٹس میں استعمال کیا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، ہائی پاور راکٹری کمیونٹی باقاعدگی سے اے پی سی پی کو تجارتی طور پر دستیاب پروپیلنٹ "ریلوڈز" کے ساتھ ساتھ سنگل یوز موٹروں کی شکل میں استعمال کرتی ہے۔ تجربہ کار تجرباتی اور شوقیہ راکٹ باز بھی اکثر اے پی سی پی کے ساتھ کام کرتے ہیں، خود اے پی سی پی کو پروسیس کرتے ہیں۔ مرکب کا جائزہ امونیم پرکلوریٹ مرکب پروپیلنٹ ایک جامع پروپیلنٹ ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس میں ایندھن اور آکسیڈائزر دونوں کو ایک یکساں مرکب میں ملایا جاتا ہے، اس صورت میں ایندھن کے حصے کے طور پر ربڑ کے بائنڈر کے ساتھ۔ پروپیلنٹ اکثر امونیم پرکلوریٹ (اے پی)، ایک ایلسٹومر بائنڈر جیسے ہائیڈروکسیل-ٹرمینیٹڈ پولی بیوٹاڈین (ایچ ٹی پی بی) یا پولی بیوٹاڈین ایکریلک ایسڈ ایکریلونیٹریل پری پولیمر (پی بی اے این)، پاؤڈر دھات (عام طور پر ایلومینیم)، اور مختلف جلنے کی شرح اتپریرک پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، کیورنگ ایڈیٹیوز استعمال سے پہلے پروپیلنٹ کو مضبوط کرنے کے لیے ایلسٹومر بائنڈر کراس لنکنگ کو فروغ دیتے ہیں۔ پرکلوریٹ آکسیڈائزر کے طور پر کام کرتا ہے، جبکہ بائنڈر اور ایلومینیم ایندھن کے طور پر کام کرتے ہیں۔ جلنے کی شرح اتپریرک اس بات کا تعین کرتے ہیں کہ مرکب کتنی جلدی جلتا ہے۔ نتیجے میں علاج شدہ پروپیلنٹ کافی لچکدار (ربڑ) ہوتا ہے، جو جمع شدہ نقصان (جیسے شپنگ، انسٹال کرنے، کاٹنے) اور ہائی ایکسلریشن ایپلی کیشنز جیسے شوق یا فوجی راکٹری کے دوران فریکچر کو محدود کرنے میں بھی مدد کرتا ہے۔ اس میں خلائی شٹل مشن شامل ہیں، جن میں اے پی سی پی کو دو ایس آر بی کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ اے پی سی پی کی ساخت ایپلی کیشن، مطلوبہ جلنے کی خصوصیات، اور رکاوٹوں جیسے نوزل تھرمل حدود یا مخصوص امپلس (آئی ایس پی) کے لحاظ سے نمایاں طور پر مختلف ہو سکتی ہے۔ کھردری بڑے پیمانے پر تناسب (اعلی کارکردگی کی ترتیبات میں) تقریبا 70/15/15 AP/HTPB/Al ہوتا ہے، حالانکہ کافی زیادہ کارکردگی والے "کم تمباکو نوشی" میں تقریبا 80/18/2 AP/HTPB/Al کی ترکیبیں ہو سکتی ہیں۔ اگرچہ اے پی سی پی میں دھات کے ایندھن کی ضرورت نہیں ہے، لیکن زیادہ تر فارمولیشن میں کم از کم چند فیصد دہن اسٹیبلائزر، پروپیلنٹ اوپیسیفائر (ضرورت سے زیادہ اورکت پروپیلنٹ کو پہلے سے گرم کرنے کو محدود کرنے کے لیے)، اور دہن گیسوں کے درجہ حرارت میں اضافہ (آئی ایس پی میں اضافہ) شامل ہوتے ہیں۔ عام پرجاتیوں کے آکسیڈائزر: بنیادی آکسیڈائزر کے طور پر امونیم پرکلوریٹ تھرمائٹ آکسیڈائزر کے طور پر دھاتی آکسائڈ اتپریرک اعلی توانائی کے ایندھن: ایلومینیم (اعلی کارکردگی، سب سے عام) میگنیشیم (درمیانی کارکردگی) زنک (کم کارکردگی) کم توانائی کے ایندھن بائنڈر کے طور پر کام کرتے ہیں: ہائیڈروکسیل سے ختم ہونے والے پولی بیوٹاڈین (ایچ ٹی پی بی) کاربوکسیل سے ختم ہونے والے پولی بیوٹاڈین (سی ٹی پی بی) پولی بیوٹاڈین ایکریلونیٹریل (پی بی اے این) خصوصی تحفظات اگرچہ دھات کے ایندھن کے آکسیڈائزر کے تناسب کو اسٹیوچیومیٹرک پوائنٹ تک بڑھانا دہن کے درجہ حرارت میں اضافہ کرتا ہے، دھات کے آکسائڈ، خاص طور پر ایلومینیم آکسائڈ (اے ایل 2) کے مولر حصے کی موجودگی اس کے علاوہ، گیسوں کی کیمیائی ساخت میں تبدیلی آتی ہے، جس سے گیس کی موثر حرارت کی صلاحیت میں تبدیلی آتی ہے۔ ان مظاہر کی وجہ سے، بڑے پیمانے پر تقریبا 16 ٪ کے آئی ایس پی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ایک بہترین غیر اسٹیوچیومیٹرک ساخت موجود ہے، یہ فرض کرتے ہوئے کہ دہن چیمبر کے اندر دہن کا رد عمل مکمل ہو جاتا ہے۔ گرم دہن گیس میں ایلومینیم کے ذرات کا دہن کا وقت ایلومینیم کے ذرات کے سائز اور شکل کے لحاظ سے مختلف ہوتا ہے۔ اعلی ایلومینیم مواد والی چھوٹی اے پی سی پی موٹروں میں، دہن گیسوں کا رہائشی وقت ایلومینیم کے مکمل دہن کی اجازت نہیں دیتا ہے اور اس طرح ایلومینیم کا کافی حصہ دہن چیمبر کے باہر جلا دیا جاتا ہے، جس کی وجہ سے کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس اثر کو اکثر ایلومینیم کے ذرات کے سائز کو کم کرکے، ہنگامہ آرائی کو جنم دے کر (اور اس وجہ سے ایک طویل خصوصیت والے راستے کی لمبائی اور رہائش کا وقت)، اور/یا ایلومینیم کے مواد کو کم کرکے کم کیا جاتا ہے تاکہ زیادہ خالص آکسیڈائزنگ صلاحیت کے ساتھ دہن کے ماحول کو یقینی بنایا جا سکے، جس سے ایلومینیم کے زیادہ مکمل دہن کو یقینی بنایا جا سکے۔ موٹر کے اندر ایلومینیم دہن شرح کو محدود کرنے والا راستہ ہے کیونکہ مائع ایلومینیم کی بوندیں (یہاں تک کہ 3000 K درجہ حرارت پر اب بھی مائع) ایک متنوع گلوبول انٹرفیس پر رد عمل کو محدود کرتی ہیں، جس سے سطح کے رقبے سے حجم کا تناسب دہن کے رہائشی وقت اور دہن چیمبر کے مطلوبہ سائز/لمبائی کا تعین کرنے میں ایک اہم عنصر بنتا ہے۔ ذرہ سائز پروپیلنٹ ذرہ سائز کی تقسیم کا اے پی سی پی راکٹ موٹر کی کارکردگی پر گہرا اثر پڑتا ہے۔ چھوٹے اے پی اور اے ایل ذرات زیادہ دہن کی کارکردگی کا باعث بنتے ہیں لیکن لکیری جلنے کی شرح میں بھی اضافہ کرتے ہیں۔ جلنے کی شرح اوسط اے پی ذرہ سائز پر بہت زیادہ منحصر ہے کیونکہ اے پی ایندھن کے اجزاء کو آکسائڈائز کرنے سے پہلے گرمی کو گیس میں گلنے کے لیے جذب کرتا ہے۔ یہ عمل اے پی سی پی کی مجموعی دہن کی شرح میں شرح کو محدود کرنے والا قدم ہو سکتا ہے۔ اس رجحان کی وضاحت حرارت کے بہاؤ سے بڑے پیمانے کے تناسب پر غور کرکے کی جا سکتی ہے: جیسے جیسے ذرہ رداس میں اضافہ ہوتا ہے حجم (اور اس لیے، کمیت اور حرارت کی صلاحیت) رداس کے مکعب کے طور پر بڑھتا ہے۔ تاہم، سطح کا رقبہ رداس کے مربع کے طور پر بڑھتا ہے، جو ذرہ میں حرارت کے بہاؤ کے تقریبا متناسب ہوتا ہے۔ لہذا، جب ذرہ کا سائز کم سے کم کیا جاتا ہے تو ذرہ کے درجہ حرارت میں اضافے کی شرح زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے۔ عام اے پی سی پی فارمولیشن میں 30-400 ایم یو اے پی ذرات (اکثر کروی) کے ساتھ ساتھ 2-50 ایم یو اے ایل ذرات (اکثر کروی) کا مطالبہ کیا جاتا ہے۔ اے پی اور اے ایل کے درمیان سائز کے فرق کی وجہ سے، اے ایل اکثر اے پی ذرات کے فرضی جالی میں ایک انٹرسٹیشیل پوزیشن لے گا۔ خصوصیات جیومیٹرک اے پی سی پی دہن چیمبر میں بے نقاب پروپیلنٹ کی سطح سے خارج ہوتا ہے۔ اس انداز میں راکٹ موٹر کے اندر پروپیلنٹ کی جیومیٹری موٹر کی مجموعی کارکردگی میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ جیسے جیسے پروپیلنٹ کی سطح جلتی ہے، شکل تیار ہوتی ہے (اندرونی بیلسٹک میں مطالعہ کا موضوع)، اکثر دہن گیسوں کے سامنے آنے والے پروپیلنٹ کی سطح کے رقبے کو تبدیل کرتی ہے۔ پیدا ہونے والی دہن گیسوں کا بڑے پیمانے پر بہاؤ (کلوگرام/سیکنڈ) [اور اس وجہ سے دباؤ] فوری سطح کے رقبے (ایم 2)، پروپیلنٹ کثافت (کلوگرام/میٹر 3)، اور لکیری جلنے کی شرح (ایم/سیکنڈ) کا ایک فعل ہے: متعدد ہندسی ترتیبات اکثر اطلاق اور مطلوبہ تھرسٹ وکر کے لحاظ سے استعمال کی جاتی ہیں: سرکلر بور: اگر بیٹس ترتیب میں، ترقی پسند-رجعت پسند تھرسٹ وکر پیدا کرتا ہے۔ اینڈ برنر: پروپیلنٹ ایک محوری سرے سے دوسرے محوری سرے تک جلتا ہے جس سے مستقل لمبی جلن پیدا ہوتی ہے، حالانکہ اس میں تھرمل مشکلات ہوتی ہیں، سی جی شفٹ۔ سی سلاٹ: طرف سے کٹے ہوئے بڑے پچر کے ساتھ پروپیلنٹ (محوری سمت کے ساتھ)، کافی لمبا رجعت پسند زور پیدا کرتا ہے، حالانکہ اس میں تھرمل مشکلات اور غیر متناسب سی جی خصوصیات ہوتی ہیں۔ مون برنر: آف سینٹر سرکلر بور ترقی پسند-رجعت پسند طویل جلن پیدا کرتا ہے حالانکہ اس میں معمولی غیر متناسب سی جی خصوصیات ہوتی ہیں۔ فینوسل: عام طور پر 5 یا 6 ٹانگوں والے ستارے جیسی شکل جو سطح کے رقبے میں اضافے کی وجہ سے سرکلر بور کے مقابلے میں قدرے تیز جلنے کے ساتھ بہت سطح کا زور پیدا کر سکتی ہے۔ اگرچہ سطح کے رقبے کو پروپیلنٹ کے محتاط ہندسی ڈیزائن کے ذریعے آسانی سے تیار کیا جا سکتا ہے، لیکن جلنے کی شرح کا انحصار کئی لطیف عوامل پر ہوتا ہے: پروپیلنٹ کیمیائی ساخت۔ اے پی، اے ایل، اضافی ذرہ سائز۔ دہن کا دباؤ۔ حرارت کی منتقلی کی خصوصیات۔ کٹاؤ جلانا (تیز رفتار بہاؤ پروپیلنٹ سے گزرتا ہے)۔ پروپیلنٹ کا ابتدائی درجہ حرارت۔ خلاصہ یہ ہے کہ، تاہم، زیادہ تر فارمولیشن میں ایس ٹی پی پر 1-3 ملی میٹر/سیکنڈ اور 68 اے ٹی ایم پر 6-12 ملی میٹر/سیکنڈ کے درمیان جلنے کی شرح ہوتی ہے۔ جلنے کی خصوصیات (جیسے لکیری برن ریٹ) کا تعین اکثر راکٹ موٹر فائر کرنے سے پہلے اسٹرینڈ برنر ٹیسٹ کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ یہ ٹیسٹ اے پی سی پی بنانے والے کو دباؤ کی تقریب کے طور پر جلنے کی شرح کو نمایاں کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ تجرباتی طور پر، اے پی سی پی مندرجہ ذیل پاور فنکشن ماڈل پر کافی اچھی طرح عمل کرتا ہے: یہ بات قابل غور ہے کہ عام طور پر اے پی سی پی کے لیے، این 0.3-0.5 ہے جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ اے پی سی پی ذیلی اہم دباؤ حساس ہے۔ یعنی، اگر جلنے کے دوران سطح کے رقبے کو مستقل رکھا جائے تو دہن کا رد عمل (نظریاتی طور پر) لامحدود تک نہیں جائے گا کیونکہ دباؤ اندرونی توازن تک پہنچ جائے گا۔ اس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ اے پی سی پی دھماکے کا سبب نہیں بن سکتا، صرف یہ کہ یہ پھٹ نہیں سکتا۔ اس طرح، کوئی بھی دھماکہ کنٹینر (راکٹ موٹر) کے پھٹنے کے دباؤ سے زیادہ دباؤ کی وجہ سے ہوگا۔ ماڈل/ہائی پاور راکٹری ایپلی کیشنز تجارتی اے پی سی پی راکٹ انجن عام طور پر دوبارہ لوڈ ہونے والے موٹر سسٹمز (آر ایم ایس) اور مکمل طور پر جمع شدہ سنگل یوز راکٹ موٹروں کی شکل میں آتے ہیں۔ آر ایم ایس کے لیے، اے پی سی پی "اناج" (پروپیلنٹ کے سلنڈر) کو دوبارہ قابل استعمال موٹر کیسنگ میں موصلیت ڈسک اور او-رنگز اور ایک (گریفائٹ یا شیشے سے بھرے فینولک رال) نوزل کے ساتھ لوڈ کیا جاتا ہے۔ موٹر کیسنگ اور کلوزر عام طور پر موٹر بنانے والے سے الگ خریدے جاتے ہیں اور اکثر ایلومینیم سے صحت سے متعلق مشینیں ہوتی ہیں۔ جمع شدہ آر ایم ایس میں دوبارہ استعمال کے قابل (عام طور پر دھات) اور ڈسپوزایبل اجزاء دونوں ہوتے ہیں۔ شوق کے استعمال کے لیے بڑے اے پی سی پی سپلائرز یہ ہیں: ایروٹیک کنزیومر ایرو اسپیس سیزرونی ٹیکنالوجی لوکی ریسرچ گوریلہ راکٹ موٹرز مختلف بصری اثرات اور پرواز کی خصوصیات کو حاصل کرنے کے لیے، شوق اے پی سی پی سپلائرز مختلف قسم کے خصوصیت والے پروپیلنٹ کی اقسام پیش کرتے ہیں۔ یہ تھوڑے سے دھوئیں اور نیلے شعلے کے ساتھ تیزی سے جلنے سے لے کر کلاسیکی سفید دھواں اور سفید شعلہ تک ہو سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، سرخ، سبز، نیلے اور یہاں تک کہ سیاہ دھوئیں کو ظاہر کرنے کے لیے رنگین فارمولیشن دستیاب ہیں۔ درمیانے اور اعلی طاقت والے راکٹ ایپلی کیشنز میں، اے پی سی پی نے بڑی حد تک راکٹ پروپیلنٹ کے طور پر سیاہ پاؤڈر کی جگہ لے لی ہے۔ کمپیکٹڈ بلیک پاؤڈر سلگ بڑے ایپلی کیشنز میں فریکچر کا شکار ہو جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں راکٹ گاڑیوں میں تباہ کن ناکامی ہو سکتی ہے۔ اے پی سی پی کی لچکدار مواد کی خصوصیات اسے حادثاتی صدمے یا تیز رفتار پروازوں سے فریکچر کا کم خطرہ بناتی ہیں۔ ان صفات کی وجہ سے، شوق میں اے پی سی پی اور متعلقہ پروپیلنٹ کی اقسام کو بڑے پیمانے پر اپنانے سے راکٹ کی حفاظت میں نمایاں اضافہ ہوا ہے۔ ماحولیاتی اور دیگر خدشات اے پی سی پی ٹھوس راکٹ موٹروں سے نکلنے والے اخراج میں زیادہ تر پانی، کاربن ڈائی آکسائیڈ، ہائیڈروجن کلورائیڈ، اور ایک دھاتی آکسائیڈ (عام طور پر ایلومینیم آکسائیڈ) ہوتا ہے۔ ہائیڈروجن کلورایڈ آسانی سے پانی میں تحلیل ہو سکتا ہے اور تباہ کن ہائیڈروکلورک ایسڈ پیدا کر سکتا ہے۔ ہائیڈروجن کلورائد کی ماحولیاتی قسمت اچھی طرح سے دستاویزی نہیں ہے۔ اے پی سی پی کے اخراج کا ہائیڈروکلورک ایسڈ جزو پلم میں ماحولیاتی نمی کے ارتکاز کا باعث بنتا ہے اور اس سے کانٹرائل کے مرئی نشان میں اضافہ ہوتا ہے۔ یہ نظر آنے والا دستخط، دیگر وجوہات کے علاوہ، صاف جلنے والے پروپیلنٹس میں تحقیق کا باعث بنا جس میں کوئی نظر آنے والے دستخط نہیں تھے۔ کم سے کم دستخطی پروپیلنٹس میں بنیادی طور پر نائٹروجن سے بھرپور نامیاتی مالیکیولز ہوتے ہیں (مثال کے طور پر، امونیم ڈینیٹرامائڈ) اور ان کے آکسیڈائزر کے منبع پر منحصر ہونا اے پی سی پی جامع پروپیلنٹس کے مقابلے میں زیادہ گرم ہو سکتا ہے۔ ضابطے اور قانونی حیثیت ریاستہائے متحدہ میں، شوق کے استعمال کے لیے اے پی سی پی کو بالواسطہ طور پر دو غیر سرکاری ایجنسیوں کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے: نیشنل ایسوسی ایشن آف راکٹری (این اے آر)، اور طرابلس راکٹری ایسوسی ایشن (ٹی آر اے)۔ دونوں ایجنسیاں راکٹ موٹروں کی امپلس درجہ بندی اور بعض امپلس (سائز) موٹروں کی خریداری کے لیے راکٹ چلانے والوں کے لیے درکار تصدیق کی سطح کے حوالے سے قواعد طے کرتی ہیں۔ این اے آر اور ٹی آر اے موٹر مینوفیکچررز سے مطالبہ کرتے ہیں کہ وہ دکانداروں اور بالآخر شوق رکھنے والوں کو تقسیم کرنے کے لیے اپنی موٹروں کی تصدیق کریں۔ فروخت کنندہ پر یہ ذمہ داری عائد کی جاتی ہے (این اے آر اور ٹی آر اے کے ذریعے) کہ وہ فروخت سے پہلے شوق رکھنے والوں کو ہائی پاور راکٹ سرٹیفیکیشن کے لیے چیک کرے۔ اے پی سی پی کی وہ مقدار جو خریدی جا سکتی ہے (راکٹ موٹر ریلوڈ کی شکل میں) امپلس کی درجہ بندی سے متعلق ہے، اور اس لیے کسی شوقین (کسی بھی واحد ریلوڈ کٹ میں) کے ذریعے خریدی جانے والی اے پی سی پی کی مقدار کو این اے آر اور ٹی آر اے کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے۔ راکٹ موٹروں میں اے پی سی پی کے نفاذ سے متعلق وسیع قانونی حیثیت این ایف پی اے 1125 میں بیان کی گئی ہے۔ شوق کے استعمال سے باہر اے پی سی پی کا استعمال ریاستی اور میونسپل فائر کوڈز کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے۔ 16 مارچ 2009 کو یہ فیصلہ دیا گیا کہ اے پی سی پی دھماکہ خیز مواد نہیں ہے اور اے پی سی پی کی تیاری اور استعمال کے لیے اب اے ٹی ایف سے لائسنس یا اجازت نامے کی ضرورت نہیں ہے۔ فوٹ نوٹ حوالہ جات راکٹ پروپلشن عناصر۔ سوٹن، جارج پی۔ امیچر تجرباتی ٹھوس پروپیلنٹس بذریعہ رچرڈ نکا سالڈ پروپیلنٹ برن ریٹ بذریعہ رچرڈ نکا انٹرو ٹو سالڈ پروپلشن بذریعہ گراہم اور، ہاروی مڈ کالج تجرباتی انجینئرنگ بی اے ٹی ایف ای قانونی چارہ جوئی دستاویزات، 2002-موجودہ، طرابلس راکٹری ایسوسی ایشن راکٹری ماڈل راکٹری راکٹ پروپیلنٹس ٹھوس ایندھن