เครื่องยนต์อะโปจีเหลว ( LAE ) หรือเครื่องยนต์อะโปจี หมายถึง เครื่องยนต์จรวดเคมีชนิดหนึ่งที่มักใช้เป็นเครื่องยนต์หลักในยานอวกาศ

ชื่อเครื่องยนต์อะโปจี (Apogee Engine)มาจากประเภทของการเคลื่อนที่ที่มักใช้เครื่องยนต์นี้ กล่าวคือการเปลี่ยนแปลง เดลต้า- วี ( delta -v) ในอวกาศที่จุด สูงสุดของวงโคจรวงรีเพื่อทำให้เป็นวงกลม สำหรับดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geostationary Satellites) การเคลื่อนที่ในวงโคจรประเภทนี้จะดำเนินการเพื่อเปลี่ยนจากวงโคจรถ่ายโอนค้างฟ้า (Geostationary Transfer Orbit ) และวางดาวเทียมไว้ในวงโคจรค้างฟ้า แบบวงกลม แม้จะมีชื่อเช่นนั้น แต่เครื่องยนต์อะโปจีสามารถใช้สำหรับการเคลื่อนที่อื่นๆ ได้หลากหลาย เช่น การลดระดับวงโคจรเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน^{[ 1 ]}การหลุดพ้นจากวงโคจรโลก การเข้าสู่วงโคจรดาวเคราะห์^{[ 2 ] [ 3 ]}และการลงจอด/ขึ้นสู่ดาวเคราะห์^{[ 4 ]}

ในบางส่วนของอุตสาหกรรมอวกาศ LAE ยังถูกเรียกว่ามอเตอร์ขับเคลื่อนจุดสูงสุดแบบเหลว (LAM) เครื่องยนต์ขับเคลื่อนจุดสูงสุดแบบเหลว (LAT) และขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิง อาจเรียกว่าเครื่องยนต์ขับเคลื่อนจุดสูงสุดแบบเหลวสองโหมด (DMLAT) แม้จะมีความกำกวมเกี่ยวกับการใช้คำว่าเครื่องยนต์และมอเตอร์ในชื่อเหล่านี้ แต่ทั้งหมดก็ใช้เชื้อเพลิงเหลว อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ขับเคลื่อนจุดสูงสุด (AKM) หรือมอเตอร์เร่งความเร็วจุดสูงสุด (ABM) เช่นWaxwingใช้เชื้อเพลิงแข็ง^{[ 5 ]}รุ่นที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งเหล่านี้ไม่ได้ใช้ในดาวเทียมรุ่นใหม่^{[ 5 ] [ 6 ]}

เครื่องยนต์ Apogee มีต้นกำเนิดมาจากช่วงต้นทศวรรษ 1960 เมื่อบริษัทต่างๆ เช่นAerojet , Rocketdyne , Reaction Motors , Bell Aerosystems , TRW Inc.และ The Marquardt Company ต่างก็มีส่วนร่วมในการพัฒนาเครื่องยนต์สำหรับดาวเทียมและยานอวกาศต่างๆ^{[ 7 ]}

อนุพันธ์ของเครื่องยนต์ดั้งเดิมเหล่านี้ยังคงถูกนำมาใช้ในปัจจุบันและได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}และปรับให้เข้ากับการใช้งานใหม่ๆ^{[ 11 ]}

แผนผังเครื่องยนต์ apogee ของเหลวทั่วไปสามารถกำหนดได้^{[ 12 ]}ว่าเป็นเครื่องยนต์ที่มี:

• ระบบป้อนเชื้อเพลิงเหลวไฮเปอร์โกไลต์แบบควบคุมความดัน
• วาล์วโซลินอยด์หรือมอเตอร์แรงบิดที่แยกความร้อนออกจากกัน
• ชุดหัวฉีดประกอบด้วย (ขึ้นอยู่กับหัวฉีดแต่ละชนิด) ช่องจ่ายสารออกซิไดซ์ตรงกลางและช่องจ่ายเชื้อเพลิงด้านนอก
• ห้องเผาไหม้แบบระบายความร้อนด้วยรังสีและฟิล์ม
• ความเร็วลักษณะเฉพาะถูกจำกัดโดยความสามารถทางความร้อนของวัสดุในห้องเผาไหม้
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงขับถูกจำกัดโดยอัตราส่วนพื้นที่เหนือเสียงของหัวฉีดขยายตัว

เพื่อป้องกันยานอวกาศจากความร้อนแผ่รังสีของห้องเผาไหม้ โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์เหล่านี้จึงติดตั้งร่วมกับ แผ่น กัน ความร้อน

โดยทั่วไปเครื่องยนต์ Apogee จะใช้เชื้อเพลิงหนึ่งชนิดและสารออกซิไดเซอร์หนึ่งชนิด เชื้อเพลิงชนิดนี้มักจะเป็นส่วนผสม ไฮเปอร์โกไลต์แต่ไม่จำกัดเฉพาะ^{[ 7 ]}เช่น:

• เอ็นชม(ไฮดราซีน)/ Nโอ(ไนโตรเจนเตตระออกไซด์)
• เอ็มเอช / เอ็นโอ,
• UDMH / Nโอ.

สารขับเคลื่อนแบบไฮเปอร์โกไลต์จะจุดติดไฟเมื่อสัมผัสกันภายในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ และให้ความน่าเชื่อถือในการจุดระเบิดสูงมาก รวมถึงความสามารถในการจุดติดไฟซ้ำได้อีกด้วย

ในหลายกรณีออกไซด์ผสมของไนโตรเจน (MON) เช่น MON-3 (ไนโตรเจนเตตรอกไซด์ที่มีไนตริกออกไซด์ 3% โดยน้ำหนัก ) ถูกใช้เป็นสารทดแทนไนโตรเจนเตตรอกไซด์บริสุทธิ์^{[ 13 ]}

การใช้ไฮดราซีนกำลังตกอยู่ในความเสี่ยงในยุโรปเนื่องจาก กฎระเบียบ REACHในปี 2554 กรอบกฎหมาย REACH ได้เพิ่มไฮดราซีนลงในรายการสารที่มีความเสี่ยงสูงมากขั้นตอนนี้เพิ่มความเสี่ยงที่การใช้ไฮดราซีนจะถูกห้ามหรือจำกัดในระยะสั้นถึงระยะกลาง^{[ 14 ] [ 15 ]}

กำลังมีการขอข้อยกเว้นเพื่อให้สามารถใช้ไฮดราซีนสำหรับการใช้งานในอวกาศได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อลดความเสี่ยงนี้ บริษัทต่างๆ กำลังตรวจสอบเชื้อเพลิงทางเลือกและการออกแบบเครื่องยนต์^{[ 16 ]}การเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงทางเลือกเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย และปัญหาต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความเข้ากันได้ (เช่น ระบบขับเคลื่อนดาวเทียมและโครงสร้างพื้นฐานของสถานที่ปล่อยจรวด) จำเป็นต้องมีการตรวจสอบ^{[ 15 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ Apogee จะถูกระบุในแง่ของแรงขับจำเพาะ ในสุญญากาศ และแรงขับในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ยังมีรายละเอียดอื่นๆ อีกมากมายที่มีผลต่อประสิทธิภาพ:

• ความเร็วลักษณะเฉพาะได้รับอิทธิพลจากรายละเอียดการออกแบบ เช่น ส่วนผสมของเชื้อเพลิง แรงดันการป้อนเชื้อเพลิง อุณหภูมิของเชื้อเพลิง และอัตราส่วนการผสมเชื้อเพลิง
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงขับได้รับอิทธิพลหลักจากอัตราส่วนพื้นที่ความเร็วเหนือเสียงของหัวฉีด

เครื่องยนต์ไฮเปอร์โกไลต์เหลวอะโพจีระดับ 500 N ทั่วไปมีแรงขับจำเพาะในสุญญากาศอยู่ในช่วงประมาณ 320 วินาที^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}โดยขีดจำกัดในทางปฏิบัติคาดว่าจะอยู่ใกล้ 335 วินาที^{[ 7 ]}

แม้ว่าจะทำการตลาดเพื่อส่งมอบแรงขับและแรงดลจำเพาะตามที่ระบุไว้ภายใต้สภาวะการป้อนเชื้อเพลิงตามที่ระบุไว้ แต่เครื่องยนต์เหล่านี้ต้องผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวด โดยมีการวัดประสิทธิภาพในช่วงสภาวะการทำงานต่างๆ ก่อนที่จะถือว่าผ่านการรับรองสำหรับการบินซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์ที่ผลิตขึ้นและผ่านการรับรองสำหรับการบินสามารถปรับแต่ง (ในขอบเขตที่เหมาะสม) โดยผู้ผลิตเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดภารกิจเฉพาะ เช่น แรงขับที่สูงขึ้น^{[ 21 ]}

เครื่องยนต์อะโปจีส่วนใหญ่ทำงานในลักษณะเปิด-ปิดที่ระดับแรงขับคงที่ เนื่องจากวาล์วที่ใช้มีเพียงสองตำแหน่ง คือ เปิดหรือปิด^{[ 22 ]}

ระยะเวลาที่เครื่องยนต์ทำงาน ซึ่งบางครั้งเรียกว่าระยะเวลาการเผาไหม้ขึ้นอยู่กับทั้งการเคลื่อนที่และความสามารถของเครื่องยนต์ เครื่องยนต์แต่ละรุ่นได้รับการรับรองสำหรับระยะเวลาการเผาไหม้ต่อครั้งขั้นต่ำและสูงสุดที่กำหนดไว้

เครื่องยนต์ยังได้รับการรับรองให้ส่งมอบระยะเวลาการเผาไหม้สะสมสูงสุด ซึ่งบางครั้งเรียกว่าปริมาณเชื้อเพลิงสะสมอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ที่ระดับประสิทธิภาพเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานของวัสดุที่ใช้ในการสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่ใช้สำหรับห้องเผาไหม้^{[ 12 ]}

สามารถแบ่งเครื่องยนต์ที่ใช้ในภารกิจการสื่อสารและภารกิจสำรวจอวกาศอย่างง่ายๆ ได้ดังนี้:

1. แพลตฟอร์มยานอวกาศโทรคมนาคมในปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะได้รับประโยชน์จากแรงขับจำเพาะสูงมากกว่าแรงขับสูง^{[ 23 ]}ยิ่งใช้เชื้อเพลิงน้อยลงในการขึ้นสู่วงโคจร ก็ยิ่งมีเชื้อเพลิงเหลือสำหรับการรักษาวงโคจรเมื่ออยู่ในวงโคจรมากขึ้น การเพิ่มขึ้นของเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่นี้สามารถแปลโดยตรงเป็นการเพิ่มอายุการใช้งานของดาวเทียม ซึ่งจะเพิ่มผลตอบแทนทางการเงินสำหรับภารกิจเหล่านี้
2. ยานอวกาศสำรวจดาวเคราะห์ โดยเฉพาะยานขนาดใหญ่ มักจะได้รับประโยชน์จากแรงขับสูงมากกว่าแรงขับจำเพาะสูง^{[ 24 ]}ยิ่งสามารถทำการเคลื่อนที่ด้วย delta- v สูงได้เร็วเท่าไร ประสิทธิภาพของการเคลื่อนที่นี้ก็จะยิ่งสูงขึ้น และจะใช้เชื้อเพลิงน้อยลงเท่านั้น การลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการนี้สามารถแปลงโดยตรงเป็นการเพิ่มมวลของตัวยานและน้ำหนักบรรทุก (ในขั้นตอนการออกแบบ) ทำให้สามารถได้ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ดีขึ้นในภารกิจเหล่านี้^{[ 12 ] [ 23 ]}

การเลือกใช้เครื่องยนต์ที่เหมาะสมสำหรับภารกิจนั้นขึ้นอยู่กับรายละเอียดทางเทคนิคของภารกิจนั้นๆ นอกจากนี้ ปัจจัยอื่นๆ ที่สำคัญ เช่น ต้นทุน ระยะเวลานำส่ง และข้อจำกัดในการส่งออก (เช่นITAR ) ก็มีส่วนในการตัดสินใจด้วย

• เครื่องยนต์จรวด