En rakettoppskytning  i Kodiak i Alaska i 2011. Bildet er kun en illustrasjon.
En rakettoppskytning i Kodiak i Alaska i 2011. Bildet er kun en illustrasjon. (Foto: John F. Williams/US Navy/unntatt opphavsrett (PD))

Rakettmotor

Petter Smart-rakettmotor kan gi raketter uten drivstofftanker

Gir rakettmotorer med «gasspedal».

  • Romfart

Gjennom en glassrute i et lite lufttett rom på det ukrainske universitet Oles Honchar Dnipro, kunne ingeniører nylig se noe som rakettfolk har siklet etter i årevis. De så hvordan effekten til en rakettmotor med fast drivstoff kunne justeres opp og ned.

Populært sagt var de vitne til en rakettmotor med gasspedal.

Muligheten til å regulere «gassen» på rakettmotorer har ellers vært forbeholdt væskemotorer, som de kjente Sojus, Saturn og Falcon.

Men væskemotorer er kompliserte. De krever et nettverk av rør, ventiler, trykkstyring, tanker og lignende. De gir ingeniørene hodepine, og de ønsker seg derfor ofte enkelheten ved motorer med fast drivstoff, som grovt sagt virker omtrent som fyrverkeriraketter.

Man tenner på dem nederst, og så brenner de til de er tomme. Slik er det også med romfergens SRB-hjelpemotorer. Men som alle med fast drivstoff, kan de ikke slås av eller kontrolleres på en ordentlig måte.

Kanskje kan det hentes inspirasjon gjennom glassruta i det lille eksperiment på Oles Honchar Dnipro-universitetet. Det er beskrevet i tidsskriftet Journal of Spacecraft and Rockets. I laboratoriet brente nemlig en motor hvor kraften ble regulert alt etter hvor mye ingeniørene dyttet en sylinder av fast drivstoff inn i selve motoren.

Virket etter flere eksplosjoner

Oppsettet på Oles Honchar Dnipro-universitetet i Ukraina under testing.
Oppsettet på Oles Honchar Dnipro-universitetet i Ukraina under testing. Foto: University of Glasgow

Motoren består grovt sagt av tre deler: et forgassingskammer, et brennkammer og en stang med drivstoff.

Prinsippet i motoren er at man stikker drivstoffstangen inn i et konisk forgassingskammer som står i direkte forbindelse med brennkammeret.

Varmen i forgassingskammeret omdanner drivstoffet til gass, som strømmer inn i selve brennkammeret og blir antent.

For å få det hele til å virke optimalt, bruker ingeniørene både tennrør, ventiler og en justerbar dyse. Etterhvert har ingeniørene også fått masse erfaring med å bygge motoren, siden første punkt i rapporten deres under «Operationel difficulties» er «Explosive Failures».

Slik fungerer det

Men når den virker, foregår det på denne måten:

Brennkammeret blir først tilført propan, oksygen og nitrogen som blir antent med et tennrør. Det skjer for å varme opp brennkammeret.

Oppvarmingen skjer, mens drivstoffstangen sitter i forgassingskammeret, og etter 20 sekunder er kammertrykket 150 kilopascal (kPa), og drivstoffstangen begynner å bevege seg, som tegn på at det skjer en forgassing. Nå begynner gassene å bevege seg i kanaler inne i brennkammeret.

Etter ytterligere 10 sekunder stiger kammertrykket til 200 kPa, og den gule flammen fra motoren endrer farge til blå. Nå kan ingeniørene begynne å stenge tilførselen av gasser.

For å unngå for voldsomt trykktap skjer stengningen samtidig med at dyseåpningen blir redusert fra 4 til 1,6 millimeter. Når det trinnet er overstått, er motoren selvkjørende. Den drives nå bare av det sylinderformede drivstoffet.

Flere ganger under forsøkene viste ingeniørene at de kunne justere effekten ved å trekke drivstoffstangen inn og ut. De kunne endre kammertrykket med mellom 300 kPa og 700 kPa.

Motor spiser raketten nedenfra og oppover

Den mest oppsiktsvekkende egenskapen til rakettmotoren er utvilsomt at man kan regulere effekten. Dette har nemlig vært prøvd i adskillige eksperimenter siden 1930-tallet med forsøk på alt fra endring av kammertrykket til elektrisitet og spesielle drivstofftyper.

Men rakettmotoren har også en annen spesiell egenskap. Den sylinderformede drivstoffstangen i eksperimentet gir nemlig håp om å kunne lage raketter helt uten tilkoblede tanker, siden drivstoffet så å si er selve tanken.

Drivstoffstangen er nemlig produsert av oksidasjonsmiddelet ammoniumperklorat omgitt av hard plast, polyetylen, som fungerer som drivstoff.

Tanker som brenner opp

På denne måten kan en rakett produseres med en tank som brenner opp. Ingeniørene ser også for seg at det er en fordel hvis man vil bygge små og billige raketter til å sende opp små satellitter.

«Raketter er vanligvis store, siden du har bruk for store mengder drivstoff for å komme ut i rommet. Hvis du nedskalerer, mister du raskere drivstoff enn materialer til strukturen, så det er en nedre grense for hvor små raketter du kan bygge,» sier seniorforsker Patrick Harkness ved Ingeniørskolen ved Glasgow universitet i en pressemelding.

En rakett med en selvspisende egenskap er annerledes. Drivstoffstangen vil i seg selv være strukturen til raketten, og i takt med at raketten flyr høyere vil motoren fortære drivstoffstangen nedenfra og oppover, sier han.

Kommentarer (7)

Kommentarer (7)