Studerende vil sende raket ud i rummet
Efter flere års arbejde er det nu lykkedes en gruppe ingeniørstuderende at gennemføre hele fire succesfulde affyringer af en raketmotor på en teststand fra et rumlaboratorium.
Det er lykkedes en gruppe studerende ved Aarhus Universitet at gennemføre fire perfekte affyringer af en såkaldt hybridraket. Godt nok fra en testrampe, hvor motoren var spændt fast, og hele installationen derfor blev holdt tilbage - men med kræfter, der ville have gjort det muligt at nå et godt stykke væk fra jordkloden.
”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.
Læs mere om affyringerne i Peter Madsens raketblog på ing.dk
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.
Kontakt
Alex Nørgaard, civilingeniørstuderende; T:24 94 88 90; M: alexnorgaard7@gmail.com
Gorm Bruun Andresen, adjunkt, Institut for Ingeniørvidenskab