توسعه برنامه های موشکی

به نظر می رسد که منشاء فن آوری پیشران موشک در دوره سال های 1200-1300 میلادی در آسیا باشد، جایی که اولین پیشران (مخلوطی از نمک نیترات پتاسیم، گوگرد و زغال چوب به نام باروت) برای حدود 1000 سال برای اهداف دیگر مورد استفاده قرار گرفته است. . همانطور که اغلب در مورد توسعه فناوری اتفاق می افتد، استفاده های اولیه در درجه اول نظامی بودند. راکت‌ها با استفاده از خمپاره‌های باروتی، به عنوان سلاح بمباران عمل می‌کردند و با موشک‌های Congreve (که به نام ویلیام کنگرو، افسر بریتانیایی که در توسعه آنها نقش داشت) در اوایل دهه 1800 به اوج رسیدند. عملکرد این موشک های اولیه با استانداردهای مدرن ضعیف بود زیرا تنها پیشران موجود باروت بود که برای رانش ایده آل نیست. استفاده نظامی از راکت ها از سال 1815 تا 1936 به دلیل عملکرد برتر سایر اسلحه ها کاهش یافت.
 
در طول دوره 1880-1930، ایده استفاده از موشک برای سفرهای فضایی مورد توجه عموم قرار گرفت. کنستانتین ای. تسیولکوفسکی، دانشمند روسی، با توجه به تصورات نویسندگان داستانی مانند ژول ورن، روی مسائل نظری طراحی سیستم پیشرانه و حرکت موشک و مفهوم موشک های چند مرحله ای کار کرد. شاید کمک های رابرت اچ. گدارد، دانشمند و مخترع آمریکایی که از سال 1908 تا 1945 طیف وسیعی از آزمایش های موشکی را انجام داد، به طور گسترده تر شناخته شده باشد. او به طور مستقل ایده هایی مشابه ایده های تسیولکوفسکی در مورد پروازهای فضایی و نیروی محرکه ایجاد کرد و آنها را با ساخت موشک های سوخت مایع و جامد اجرا کرد. کار توسعه‌ای او شامل آزمایش‌های اولین موشک پیشران مایع جهان در سال 1926 بود. کمک‌های فراوان گدارد به نظریه و طراحی موشک‌ها، عنوان پدر موشک مدرن را برای او به ارمغان آورد. سومین پیشگام، هرمان اوبرت آلمانی، بسیاری از نظریه های مدرن را برای موشک و پرواز فضایی مستقل از تسیولکوفسکی و گودارد توسعه داد. او نه تنها الهام بخش رؤیاپردازان پرواز فضایی بود، بلکه نقشی اساسی در پیشبرد کاربرد عملی پیشرانه موشکی که منجر به توسعه موشک ها در آلمان در طول دهه 1930 شد، ایفا کرد.
با توجه به کار این پیشگامان اولیه و انبوهی از آزمایش‌کنندگان موشک، پتانسیل پیشران موشک قبل از جنگ جهانی دوم حداقل به طور مبهم شناخته شده بود، اما موانع فنی زیادی وجود داشت. توسعه در اواخر دهه 1930 و به ویژه در طول سال های جنگ تسریع شد. برجسته ترین دستاوردهای پیشران موشک در این دوره، موشک V-2 آلمانی پیشران مایع و هواپیمای راکتی Me-163 بود. (تحولات مشابهی در کشورهای دیگر در حال انجام بود، اما در طول جنگ شاهد خدمتی نبودیم.) تعداد بی شماری از سلاح های موشکی سوخت جامد نیز تولید شد و ده ها میلیون مورد در طی عملیات جنگی توسط نیروهای آلمانی، بریتانیایی و ایالات متحده شلیک شد. پیشرفت‌های اصلی در پیشرانه‌ای که در فن‌آوری زمان جنگ دخیل بودند، توسعه پمپ‌ها، انژکتورها و سیستم‌های خنک‌کننده برای موتورهای سوخت مایع و پیشرانه‌های جامد پر انرژی بود که می‌توانستند به قطعات بزرگ با ویژگی‌های احتراق ایمن تبدیل شوند.
 
از سال 1945 تا 1955 توسعه نیروی محرکه هنوز عمدتاً توسط کاربردهای نظامی تعیین می شد. موتورهای پیشران مایع برای استفاده در هواپیماهای تحقیقاتی مافوق صوت، موشک‌های بالستیک قاره‌پیما (ICBM) و موشک‌های تحقیقاتی در ارتفاع بالا پالایش شدند. به طور مشابه، پیشرفت‌ها در موتورهای سوخت جامد در زمینه کاربردهای موشکی تاکتیکی نظامی و تحقیقات در ارتفاع بالا بود. راکت های بمباران، رهگیرهای هواپیما، سلاح های ضد تانک و راکت های پرتاب هوا برای اهداف هوایی و سطحی از جمله کاربردهای تاکتیکی اولیه بودند. پیشرفت‌های تکنولوژیکی در پیشرانه شامل تکمیل روش‌های ریخته‌گری بارهای سوخت جامد، توسعه پیشرانه‌های جامد پرانرژی، معرفی مواد ساختاری و عایق جدید در سیستم‌های مایع و جامد، روش‌های ساخت برای موتورها و موتورهای بزرگ‌تر، و بهبود در سخت‌افزار محیطی است. (به عنوان مثال، پمپ ها، سوپاپ ها، سیستم های خنک کننده موتور و کنترل های جهت). تا سال 1955 اکثر مأموریت ها به نوعی هدایت نیاز داشتند و موشک های بزرگتر معمولاً از دو مرحله استفاده می کردند. در حالی که پتانسیل پروازهای فضایی در آن زمان وجود داشت و در نظر گرفته می شد، منابع مالی عمدتاً به سمت کاربردهای نظامی هدایت می شد.
دهه بعد شاهد توسعه موتورهای راکت سوخت جامد بزرگ برای استفاده در موشک های قاره پیما ICBM ها بود. این مورد منجر به تلاشی گسترده برای بهبود قابلیت‌های ساخت موتورهای بزرگ، جعبه‌های سبک وزن، پیشرانه‌های پرانرژی، مواد عایق‌هایی که می‌توانند در زمان‌های عملیاتی طولانی دوام بیاورند و کنترل جهت رانش انجام شد. افزایش این قابلیت ها منجر به نقش فزاینده موتورهای موشک جامد در پروازهای فضایی شد. بین سال‌های 1955 و 1965، چشم‌انداز پیشگامان اولیه با دستیابی به ماهواره‌های مدار زمین و پروازهای فضایی سرنشین دار محقق شد. ماموریت های اولیه با سیستم های پیشران مایع اقتباس شده از راکت های نظامی انجام شد. اولین سیستم موفق "تمام غیرنظامی" وسیله پرتاب زحل برای برنامه فرود آپولو در ماه بود که در مرحله اول از پنج موتور پیشران مایع 7740 کیلونیوتونی (1.7 میلیون پوندی) استفاده کرد. از آن زمان، سیستم‌های مایع توسط اکثر کشورها برای کاربردهای پرواز فضایی به کار گرفته شده‌اند، اگرچه تقویت‌کننده‌های جامد با موتورهای مایع در مراحل مختلف پرتاب‌کننده‌های ایالات متحده (آنهایی که تیتان 34D، دلتا و شاتل فضایی هستند) و موتورهای موشک جامد ترکیب شده‌اند. برای چندین سیستم برای انتقال از مدار پایین زمین به مدار ژئوسنکرون استفاده شده است. در چنین سیستم هایی، عملکرد کمتر موتورهای سوخت جامد در ازای سادگی عملیاتی که ارائه می دهد پذیرفته می شود.
از سال 1965، مأموریت‌ها بر پایه فناوری روزافزون و با استفاده از پیشرانه‌ها، مواد ساختاری و طرح‌های بهبودیافته طراحی شده‌اند. ماموریت های امروزی ممکن است شامل ترکیبی از چندین نوع موتور باشد که هر کدام بر اساس عملکرد خود انتخاب می شوند. به دلیل مزایای عملکردی پیشرانه‌های پرانرژی و جرم ساختاری کم، سیستم‌های پیشرانه در نزدیکی محدوده‌های ایمن خود کار می‌کنند و یکی از چالش‌های اصلی دستیابی به قابلیت اطمینان متناسب با ارزش بار (گاهی اوقات انسان) است. سازگاری با محیط زیست به یک نگرانی مهم تبدیل شده است.