Ny raket æder sin egen krop under rumrejsen

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.

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.

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.

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.

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.