Medan de flesta av NASA:s projekt blickar mot framtiden för inspiration, tittar ett av rymdorganisationens projekt på en mer konventionell motorteknik för att göra rymdresor billigare. I ett försök att lätta på belastningen av rymdfarkoster vid uppskjutning har NASA-ingenjörer designat en ny raketmotor som eliminerar behovet av oxidationsmedel ombord. Istället denna nya luftandande raket motorn kommer att extrahera syre ur luften för att bränna bränsle när den går i omloppsbana.
Rocket Image Gallery
Idén med en motor som drar in luft för att ge dragkraft är inte ny. Jetmotorer har använt denna process i årtionden. Att använda luft från atmosfären för supersoniska jetmotorer för att driva en lätt rymdfarkost kommer i slutändan att minska kostnaderna för att sätta rymdfarkosten i omloppsbana. För närvarande kostar det cirka 10 000 USD per pund (22 000 USD/kg) att sätta ett föremål i omloppsbana. Till de priserna skulle det kosta 1 500 000 dollar att skicka en person på 150 pund ut i rymden. NASA:s mål är att minska lanseringskostnaderna till endast några hundra dollar per pund inom de närmaste 25 åren. De tror att ett sätt att göra det är att dumpa de mer än en miljon pund flytande oxidationsmedel som för närvarande behövs för förbränning.
"Luftandande raketmotorteknik har potentialen att öppna rymdgränsen för vanliga människor", säger Uwe Hueter från NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala. I den här utgåvan av How Stuff WILL Work , får du reda på hur du kan flyga ut i rymden på en av dessa luftandande raketer, hur motorerna fungerar och hur luftandande raketer kommer att skjutas upp i rymden.
Innehåll
I en konventionell raketmotor pumpas ett flytande oxidationsmedel och ett bränsle in i en förbränningskammare där de brinner för att skapa en högtrycks- och höghastighetsström av heta gaser. Dessa gaser strömmar genom ett munstycke som accelererar dem ytterligare (5 000 till 10 000 mph utgångshastigheter är typiska) och lämnar sedan motorn. Denna process ger rymdfarkosten dragkraft.
Om du har läst artikeln om hur raketmotorer fungerar, då vet du att rymdfärjan behöver 143 000 liter flytande syre, vilket väger cirka 1 359 000 pund. När den är tom väger själva skytteln bara 165 000 pund, den externa tanken väger 78 100 pund och de två solida raketboosters väger 185 000 pund vardera. Det är totalt 613 000 pund. När du lägger till bränsle och oxidationsmedel, hoppar fordonets totala vikt till 4,4 miljoner pund.
NASA har bestämt att det lätt kan sänka vikten av ett fordon vid lanseringen om de skulle ta bort det flytande oxidationsmedlet, vilket snabbt skulle sänka fordonets vikt till cirka 3,1 miljoner pund. Det är fortfarande ett tungt fordon, men det skulle innebära en enorm minskning av kostnaden för att skjuta upp ett fordon i omloppsbana.
Så om du tar bort det flytande syret, skulle inte bränslet kunna förbrännas och ge dragkraft? Du måste tänka utanför den normala driften av en konventionell raketmotor. Istället för att använda flytande oxidationsmedel kommer en luftandande raket, som namnet antyder, att ta in luft från atmosfären. Den kommer sedan att kombinera den med bränslet för att skapa förbränning och ge dragkraft.
En luftandande raketmotor, även kallad en raketbaserad, kombinerad motor , är mycket lik en jetmotor. I en jetmotor sugs luft in av kompressorn. Motorn komprimerar sedan luften, kombinerar den med ett bränsle och förbränner produkten, som expanderar och ger dragkraft. En jetmotor kan bara användas i upp till Mach 3 eller 4 innan dess delar börjar överhettas. I en överljudsförbränningsramjet, eller scramjet , ett luftintag drar in luft. Luften bromsas och komprimeras när fordonet rusar genom atmosfären. Bränsle tillsätts det överljudsluftflöde, där de två blandas och brinner. Bränslen som mest sannolikt kommer att användas med de luftandande raketerna inkluderar flytande väte eller kolvätebränsle.
Lika effektiva som luftandande raketer är, kan de inte ge kraften för lyft. För det finns det två alternativ som övervägs. NASA kan använda turbojet eller luftförstärkta raketer för att få upp fordonet från marken. En luftförstärkt raket är som en vanlig raketmotor, förutom att när den får tillräckligt hög hastighet, kanske vid Mach två eller tre, kommer den att förstärka oxidationen av bränslet med luft i atmosfären, och kanske gå upp till Mach 10 och sedan ändra tillbaka till normal raketfunktion. Dessa luftförstärkta raketer placeras i en kanal som fångar luft och kan öka prestandan med cirka 15 procent jämfört med konventionella raketer.
Längre ut utvecklar NASA en plan för att skjuta upp det luftandande raketfordonet genom att använda magnetiska levitationsspår (maglev). Med hjälp av maglev-banor kommer fordonet att accelerera till hastigheter på upp till 600 mph innan det lyfts upp i luften.
Efter lyftet och efter att fordonet nått dubbelt så hög hastighet som ljudet, skulle de luftförstärkta raketerna stängas av. Framdrivning skulle då tillhandahållas av det luftandande raketfordonet, som kommer att andas in syre under ungefär hälften av flygningen för att bränna bränsle. Fördelen med detta är att det inte kommer att behöva lagra så mycket syre ombord på rymdfarkosten som tidigare rymdfarkoster har, vilket minskar uppskjutningskostnaderna. När fordonet når 10 gånger ljudets hastighet, kommer det att växla tillbaka till ett konventionellt raketdrivet system för ett sista tryck in i omloppsbanan.
Eftersom det kommer att minska vikten av oxidationsmedlet, kommer fordonet att vara lättare att manövrera än nuvarande rymdfarkoster. Det betyder att det blir säkrare att resa på ett luftandande raketdrivet fordon. Så småningom skulle allmänheten kunna resa med dessa fordon ut i rymden som rymdturister.
Marshall Center och NASA:s Glenn Research Center i Cleveland planerar att designa en flyg-vikt luftandande raketmotor internt för flygdemonstration senast 2005. Det projektet kommer att avgöra om luftandande raketmotorer kan byggas tillräckligt lätta för en uppskjutning. fordon.
