Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Raketopsendelse

Ny raket æder sin egen krop under rumrejsen

Nu er det snart slut med store, tunge brændstoftanke på rumraketter. En ny type raket skaber i stedet fremdrift ved at fortære sit eget skrog undervejs. Det betyder lavere vægt, billigere raketopsendelser og mindre rumskrot.

Shutterstock

I en orange sky af glohed gas slipper raketten affyringsrampen. Motoren buldrer som et tordenskrald, mens raketten meter for meter overvinder tyngdekraften og stiger til vejrs.

Snart vil den have sendt endnu en satellit i kredsløb om Jorden, men der vil ikke samtidig være føjet endnu en udtjent raket til den voksende mængde af rumskrot, der også roterer om planeten.

Efterhånden som raketten rejser ud i rummet, bliver den stadigt mindre – den fortærer sig selv, så kun motor og last er tilbage, når målet er nået.

Sådan vil en rumrejse komme til at forløbe for den nye rakettype: autofag.

Forskere fra Oles Honchar Dnipro-universitetet i Ukraine og University of Glasgow offentliggjorde i 2018 resultaterne af laboratorieforsøg, hvor de har testet princippet bag den selvfortærende raket – og vist, at konceptet fungerer.

I laboratoriet har forskere ­bygget en forsøgsopstilling af en såkaldt autofagraket og udført flere ­vellykkede forsøg.

Når autofagraketterne er klar til brug, kan de løse nogle af rumfartens største udfordringer: enormt høje omkostninger ved raketopsendelser og store mængder ­efterladt affald i rummet.

Jorden er svær at forlade

Traditionelle rumraketter er en ineffektiv transportform. Nyttelasten udgør mindre end fem procent af rakettens fulde vægt og ofte ned til én procent, mens brændstof udgør over 85 procent.

Et passagerfly har til sammenligning en nyttelast på omkring 50 procent i form af passagerer og bagage.

Den dårlige økonomi skyldes rumfartens største problem: Det er ekstremt svært at udslippe Jordens tyngdekraft.

Hvis en satellit skal holde sig i kredsløb om Jorden, kræver det, at den bevæger sig med mindst 40.000 km/t. Er hastigheden lavere, bliver satellitten overvundet af tyngdekraften og falder til Jorden.

Satellitter i kredsløb

Hvis en satellit skal holde sig i kredsløb om Jorden, kræver det, at den bevæger sig med mindst 40.000 km/t.

© NASA

At lette fra Jordens overflade kræver endnu større kraft – hvor meget afhænger blandt andet af vægten – og fremdriften skal efterfølgende holdes ved lige.

Derfor må raketten medbringe enorme tanke fyldt med brændstof og iltforsyning til forbrændingen af brændstoffet. Desuden skal ilten og brændstoffet være nedkølet for at holdes flydende, hvilket kræver et kølesystem. Og for at forhindre, at væskerne skvulper rundt i tankene og slår raketten ud af kurs, skal tankene også have et antiskvulpsystem.

Alt sammen ekstra vægt, som gør opsendelsen dyr.

Selv med den mest effektive raket koster det omkring 65.000 kroner at sende en halv liter vand fra Jorden til Den Internationale Rumstation, ISS.

Forskernes nye autofagraket skifter det flydende brændstof ud med fast, der kan bygges ind som en del af raketten. En raketmotor drevet af fast brændstof har ikke brug for kølesystem, brændstofpumper og antiskvulpsystemer. Det gør den simplere at bygge og billigere at opsende.

Brændstof er en del af rakettens krop

En ny raket dropper tanken med flydende brændstof til fordel for et fast brændstof, der bygges ind som en del af selve raketten, så den bliver stadigt mindre undervejs på rejsen.

Men enkelheden gør den også ufleksibel. En almindelig faststofraket er bygget som en nytårsraket uden forbrændingskammer. Det giver en jævn og kraftig forbrænding af det tætpakkede brændstof.

Til forskel fra en traditionel raket, hvor brændstoffet kontinuerligt sprøjtes ind i forbrændingskammeret fra en separat brændstoftank, kan en faststofraket derfor ikke justere farten eller stoppe.

Fast brændstof blev fx brugt i løfteraketter på NASA’s hedengangne rumfærger, der blev drevet af aluminiumspulver og ammoniumperklorat. Mange missiler bruger også faststofraketter, men rakettypen kan ikke navigere med den præcision, det fx kræver at placere en satellit i kredsløb eller at koble et fartøj til ISS – endnu.

Forskernes nye raket skal kombinere det bedste fra traditionelle raketter og faststofraketter: Den skal bruge fast brændstof, men have stor fleksibilitet.

Brænder som et stearinlys

Den nye rakets fleksibilitet opstår, ved at motoren fodres med det faste brændstof lidt ad gangen som i en traditionel raket.

Brændstoffet er formet som en cylinder med en kerne af iltningsmiddel i pulverform og en skal af fast brændstof. Cylinderen bliver forbrændt fra den ene ende som et stearinlys i stedet for indefra som brændstoffet i en almindelig faststofraket.

Selve motoren i raketten består af et stempel og en tragtformet forstøver, der er omsluttet af et forbrændingskammer.

Autofagraket

Autofagrakettens faste brændstof føres ind i en tragtformet motordel og forstøves inden forbrænding.

© University of Glaasgow

Motoren starter, ved at forstøveren varmes op. I forskernes forsøgsraket kommer varmen fra gas, der antændes af et tændrør, men den flyvefærdige autofagraket skal have et elektrisk varmeelement.

Motorstemplet presser brændstofcylinderen ind i den brede ende af forstøvertragten, og varmen fra tragten får brændstoffet og iltningsmiddel til at forstøve, så det kan antændes i forbrændingskammeret og udvikle udstødningsgasser, der driver raketten.

Når raketten først er startet, udnyttes varmen fra forbrændingen til at varme tragten op og fortsætte forstøvningen af brændstoffet. Raketten kan justere farten, ved at den stempelmekanisme, der skubber cylinderen ned i tragten, øger eller slækker presset. Forbrændingen kan også stoppes helt, hvis presset fra stemplet fjernes.

CubeSat

Små, firkantede CubeSats kan i fremtiden opsendes billigt med en nedskaleret version af forskernes nye autofagraket.

© NASA

Miniraketter skal sende små ­satellitter i kredsløb

Den nye autofagraket kan bygges meget mindre end traditionelle raketter, fordi det faste brændstof gør pladskrævende systemer som brændstoftanke overflødige. Derfor er den ideel til opsendelse af såkaldte CubeSats – små, firkantede satellitter. I dag er knap 900 CubeSats sendt i kredsløb om Jorden. De består af et eller flere terningeformede moduler på ca. ti gange ti centimeter. Satellitterne blev opfundet for at give fx universiteter mulighed for at opsende deres egne, billige forskningssatellitter, men siden har rumfartsindustrien også fået øjnene op for de små satellitter, der bl.a. bruges til katastrofeovervågning og klimaforskning. Senest er to CubeSats blevet sendt til Mars med NASA’s InSight Lander-mission.

Dermed har forskerne skabt en raket, der er fleksibel, men har den samme enkelhed som en almindelig faststofraket. Nu skal de udføre flere forsøg, blandt andet for at finde frem til den perfekte brændstofkombination, og udvikle en stempelmekanisme, som kan presse brændstofcylinderen ind i motoren med mindst mulig kraft.

Forskerne har også lavet en anden meget vigtig ændring i forhold til tidligere faststofraketter: Autofagrakettens brændstof skal ikke opbevares i en tank. I stedet er den faste brændstofcylinder en del af selve rakettens konstruktion.

Fra opsendelsen begynder raketmotoren at æde cylinderen, og når målet er nået, er kun selve rakettens motor, stempelmekanisme og last tilbage.

Resultatet er en raket, som er lettere, mindre kompliceret at bygge og billigere at opsende.

Men der er også en sidste stor fordel ved autofagen: Antallet af satellitopsendelser forventes at blive tredoblet i løbet af det kommende årti, og hvis Jorden ikke skal risikere at blive indhyllet i rumskrot, har rumfartsindustrien hårdt brug for en raket, der rydder sig selv af vejen under rejsen.

Læs også:

Raketter

Nazi-våben revolutionerede raketvidenskaben

5 minutter
Raket
Raketter

Spørg os: Hvordan skubber en raket sig fremad i vakuum?

2 minutter
Rocket_Germany
Raketter

Hvem byggede den første rumraket?

0 minutter

Log ind

Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!

Nulstil adgangskode

Indtast din emailadresse for at modtage en email med anvisninger til nulstilling af kodeord.
Ugyldig e-mailadresse

Indtast kode

Vi har sendt en email til med en kode
Fejl: Indsæt kode

Ny adgangskode

Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul