Students will launch a rocket into space

After several years of work, a group of engineering students have now managed to carry out a total of four successful launches of a rocket engine on a test stand from a space laboratory.

2016.06.10 | Kim Harel

A group of engineering students have carried out a total of four successful and well-monitored rocket engine launches. They now have so much data that they expect to be able to optimise the engine so that they can launch the next rocket into orbit around the Earth. (Photo: Colourbox)

It started out mostly for fun a few years ago among a group of engineering students at Aarhus University. Since then, their tinkering in the laboratories has gained momentum, and researchers now estimate that the students’ latest version of a rocket engine could provide state-of-the-art results in rocket technology within a few years. (Photo: Gorm Andresen)

A group of Aarhus University students have succeeded in carrying out four perfect launches of a hybrid rocket. Admittedly, this was from a test ramp where the engine was tightly fastened, and the entire installation was therefore restrained – but with a force that would have made it possible to reach a good distance from Earth.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

”Vi har arbejdet intensivt med både det mekaniske og kemiske design, og det er helt vildt fedt at se, at motoren har potentiale, leverer en betydelig trykkraft, og at det hele virker, som det skal i praksis,” siger Alex Nørgaard, civilingeniørstuderende ved Aarhus Universitet.

Det aarhusianske rakethold består af 7 civilingeniørstuderende og 1 fysikstuderende, som vil bruge data fra de seneste testaffyringer til at videreudvikle raketten og sende den i kredsløb omkring Jorden

Raketvidenskab i praksis
Igennem flere år har skiftende grupper af ingeniørstuderende ved Aarhus Universitet arbejdet på at bygge og videreudvikle en velfungerende hybridraket, og testaffyringerne ved det danske rumlaboratorium i København betegner de som et gennembrud:

”De måledata, vi har fået med os hjem, løfter vores arbejde med at udvikle raketmotorer til et ret højt videnskabeligt niveau. Jo mere vi ved om, hvad der sker inde i brændkamrene, jo bedre bliver vi i stand til at kontrollere fremtidige affyringer,” siger Alex Nørgaard.

Med de mange data kan de studerende bag raketprojektet beregne præcist, hvordan motoren skal optimeres for at kunne løfte sig selv og opnå en trykkraft, der kan få den til at forlade Jorden.

”Vi ved nu, hvordan vi skal styre forskellige parametre i forhold til blandt andet antændelse af raketten, spaltning af oxidationsmiddel, tryk, flow og variation i kræfter,” siger Alex Nørgaard.

Chokdiamanter i fokus
Det stiller meget store krav til præcision i design af motor, hvis man vil sende en raket ud i rummet, og de studerende har derfor brugt de seneste testaffyringer til at få fuldstændig kontrol over de kemiske og mekaniske processer, der antænder motoren.

”Vi har brugt højkoncentreret brintoverilte, der tryksættes i en tank med en ventil i bunden. Når ventilen åbnes, rammer brintoverilten et stykke skumgummi behandlet med kaliumpermanganat, hvilket sætter gang i en kemisk reaktion, der spalter brintoverilten til ilt og 350 grader varm damp,” forklarer Alex Nørgaard.

Den varme damp antænder motoren med en enorm trykkraft, som kontrolleres ved hjælp af en til formålet omhyggeligt konstrueret dyse.

For at få tilstrækkelig detaljeret viden om trykforholdene i raketmotorens brændkamre, har raketholdet nærstuderet afstanden mellem de lydbølger eller såkaldte chokdiamanter, der opstår i flammen under selve affyringen.

”Chokdiamanter er synlige, stående lydbølger i flammen, og de er et udtryk for, at det, der forlader dysen i motoren, bevæger sig med overlydshastighed. Vi tror, at diamanterne kan være en af nøglerne til at forstå, hvordan vi kan optimere raketten, så den på sigt får de egenskaber, der skal til, før den kan sendes i kredsløb,” siger Alex Nørgaard. 

På vej imod state-of-the-art
I de kommende semestre vil både forskere og studerende ved Aarhus Universitet intensivere det videnskabelige arbejde med raketbyggeri.

”Sammen med de studerende er vi nået imponerende langt med raketmotoren. Vi har udviklet nogle lovende måleteknikker, simuleringsmodeller og et simpelt motordesign, som kører stabilt. Der er stadig mange småting, vi skal forbedre, men den overordnede løsning er god og kan sagtens levere state-of-the-art resultater i løbet af de næste par år,” Gorm Bruun Andresen, adjunkt ved Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet.


Mere information

De studerende har lånt faciliteter til raketaffyringerne hos den danske raketbygger Peter Madsen i København.

Read more (in Danish only) about the launches at Peter Madsen’s rocket blog
here.

 

Sådan virker raketmotoren

Raketmotoren er baseret på brintoverilte (hydrogenperoxid, H2O2) som oxidationsmiddel og MDF (træ) som både foring og fast brændstof.

Den er også testet med success med plastik (PLA) som fast brændstof.

Den nuværende model er dimensioneret til at levere en trykkraft på 450N (ca. 45kg), men har leveret op imod 1000N (ca. 100kg).

Raketten antændes i en kompliceret proces, hvor højkoncentreret brintoverilte tryksættes i en tank med en ventil i bunden. Når ventilen åbnes, rammer brintoverilten et stykke skumgummi behandlet med kaliumpermanganat, hvilket sætter gang i en kemisk reaktion, der spalter brintoverilten til ilt og 350 grader varm damp. Det antænder en foring i motorens forbrændkammer, som på den måde opretholder den høje temperatur og antænder selve brændstoffet i motorens primære brændkammer.

Efter det primære brændkammer rummer motoren et efterbrændkammer, der sørger for, at mest muligt brændstof er forbrændt, inden det når til sidste komponent i raketten - en omhyggeligt konstrueret dyse.

Dysen spiller en helt central rolle i forhold til at kunne kontrollere affyringen af raketten, fordi den styrer den trykkraft, raketten leverer.

 

For more information, please contact

MSc Eng student Alex Nørgaard
+45 2494 8890
alexnorgaard7@gmail.com

Assistant Professor Gorm Bruun Andresen
Department of Engineering

 

 

AU Engineering