Hvordan luftåndende raketter vil fungere
Mens de fleste af NASAs projekter ser mod fremtiden for at få inspiration, er et af rumagenturets projekter at se på en mere konventionel motorteknologi for at gøre rumrejser billigere. I et forsøg på at lette belastningen af rumfartøjer ved opsendelsen har NASA-ingeniører designet en ny raketmotor, der eliminerer behovet for oxidationsmiddel ombord. I stedet er denne nye luftåndende raket motoren vil udtrække ilt fra luften for at forbrænde brændstof, når den kører i kredsløb.
Rocket Billedgalleri
Ideen om en motor, der trækker luft ind for at give fremdrift, er ikke ny. Jetmotorer har brugt denne proces i årtier. Brug af luft fra atmosfæren til supersoniske jetmotorer til at drive et let rumfartøj vil i sidste ende mindske omkostningerne ved at sætte rumfartøjet i kredsløb. I øjeblikket koster det omkring $10.000 pr. pund ($22.000/kg) at sætte et objekt i kredsløb. Til de priser ville det koste 1.500.000 dollars at sende en person på 150 pund ud i rummet. NASAs mål er at reducere opsendelsesomkostningerne til kun et par hundrede dollars per pund inden for de næste 25 år. De mener, at en måde at gøre det på er at dumpe de mere end en million pund flydende oxidationsmiddel, der i øjeblikket er nødvendigt til forbrænding.
"Luftåndende raketmotorteknologier har potentialet til at åbne rumgrænsen for almindelige mennesker," sagde Uwe Hueter fra NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala. I denne udgave af How Stuff WILL Work , vil du finde ud af, hvordan du kan flyve ud i rummet på en af disse luftåndende raketter, hvordan motorerne fungerer, og hvordan luftåndende raketter vil blive sendt ud i rummet.
Indhold
- Motoren
- Løft af
Motoren
I en konventionel raketmotor pumpes et flydende oxidationsmiddel og et brændstof ind i et forbrændingskammer, hvor de brænder for at skabe en højtryks- og højhastighedsstrøm af varme gasser. Disse gasser strømmer gennem en dyse, der accelererer dem yderligere (5.000 til 10.000 mph udgangshastigheder er typiske), og forlader derefter motoren. Denne proces giver rumfartøjet fremdrift.
Hvis du har læst artiklen om How Rocket Engines Work, så ved du, at rumfærgen har brug for 143.000 liter flydende ilt, som vejer omkring 1.359.000 pund. Når den er tom, vejer selve rumfærgen kun 165.000 pund, den eksterne tank vejer 78.100 pund, og de to solide raketboostere vejer 185.000 pund hver. Det er i alt 613.000 pund. Når du tilføjer brændstof og oxidationsmiddel, springer køretøjets samlede vægt til 4,4 millioner pund.
NASA har fastslået, at det nemt kan tabe vægten af et køretøj ved opsendelsen, hvis de skulle fjerne det flydende oxidationsmiddel, hvilket hurtigt ville sænke køretøjets vægt til omkring 3,1 millioner pund. Det er stadig et tungt køretøj, men det ville betyde en enorm reduktion i omkostningerne ved at sende et køretøj i kredsløb.
Så hvis du fjerner den flydende ilt, ville brændstoffet så ikke være ude af stand til at forbrænde og give stød? Du skal tænke uden for den normale drift af en konventionel raketmotor. I stedet for at bruge flydende oxidationsmiddel, vil en luftåndende raket, som navnet antyder, tage luft ind fra atmosfæren. Det vil derefter kombinere det med brændstoffet for at skabe forbrænding og give tryk.
En luftåndende raketmotor, også kaldet en raketbaseret, kombineret cyklusmotor , ligner meget en jetmotor. I en jetmotor suges luft ind af kompressoren. Motoren komprimerer derefter luften, kombinerer den med et brændstof og forbrænder produktet, som udvider sig og giver tryk. En jetmotor kan kun bruges i op til Mach 3 eller 4, før dens dele begynder at overophedes. I en supersonisk forbrændingsramjet eller scramjet , et luftindtag trækker luft ind. Luften bremses og komprimeres, når køretøjet suser gennem atmosfæren. Brændstof tilsættes den supersoniske luftstrøm, hvor de to blandes og brænder. Brændstoffer, der mest sandsynligt vil blive brugt sammen med de luftåndende raketter, omfatter flydende brint eller kulbrintebrændstof.
Løft af
Lige så effektive som luftåndende raketter er, kan de ikke give kraften til at løfte sig. Til det er der to muligheder, der overvejes. NASA kan bruge turbojets eller luftforstærkede raketter for at få køretøjet op af jorden. En luftforstærket raket er som en normal raketmotor, bortset fra at når den får en høj nok hastighed, måske ved Mach to eller tre, vil den øge oxidationen af brændstoffet med luft i atmosfæren og måske gå op til Mach 10 og så skifte tilbage til normal raketfunktion. Disse luftforstærkede raketter er placeret i en kanal, der fanger luft og kan øge ydeevnen med omkring 15 procent i forhold til konventionelle raketter.
Længere ude er NASA ved at udvikle en plan for at opsende det luftåndende raketfartøj ved at bruge magnetiske levitationsspor (maglev). Ved at bruge maglev-spor vil køretøjet accelerere til hastigheder på op til 600 mph, før det løftes op i luften.
Efter afgang og efter at køretøjet har nået dobbelt så høj lydhastighed, ville de luftforstærkede raketter slukke. Fremdrift ville så blive leveret af det luftåndende raketfartøj, som vil inhalere ilt i omkring halvdelen af flyvningen for at forbrænde brændstof. Fordelen ved dette er, at det ikke skal opbevare så meget ilt om bord på rumfartøjet, som tidligere rumfartøjer har, og dermed reducere omkostningerne til opsendelse. Når køretøjet når 10 gange lydens hastighed, vil det skifte tilbage til et konventionelt raketdrevet system for et sidste skub i kredsløb.
Fordi det vil reducere vægten af oxidationsmidlet, vil køretøjet være lettere at manøvrere end nuværende rumfartøjer. Det betyder, at det vil være mere sikkert at rejse på et luftåndende raketdrevet køretøj. Til sidst kunne offentligheden rejse på disse køretøjer ud i rummet som rumturister.
Marshall Center og NASA's Glenn Research Center i Cleveland planlægger at designe en flyvevægt luftåndende raketmotor internt til flydemonstration inden 2005. Dette projekt vil afgøre, om luftåndende raketmotorer kan bygges lette nok til en opsendelse køretøj.
Ofte besvarede spørgsmål
Hvordan virker flyraket?
Flyraketten drives af en jetmotor, der bruger en blanding af brændstof og oxidationsmiddel til at skabe fremdrift.Mange flere oplysninger
Relaterede HowStuffWorks-artikler
- Hvordan antistof-rumfartøjer vil fungere
- Sådan fungerer rumfly
- Sådan fungerer rumelevatorer
- Sådan fungerer solsejl
- Sådan fungerer rumfærger
- Sådan fungerer raketmotorer
- Sådan fungerer jetmotorer
- Hvordan ting VIL fungere
Andre interessante links:
- Air-breathing Engines (Scientific American)
- Luftåndende raketmotorer komplet testserie (rumflyvning nu)
- NASA tester luftåndende raketmotor (SpaceViews)
- NASA's Advances Space Transportation Program
Sidste artikelSådan fungerer Mars Odyssey
Næste artikelSaturn har kæmpe ringe og en måne fuld af rumsøer
Varme artikler
-
Par af små kolliderende galakser kan frø fremtidige stjernerI en ny undersøgelse, astronomer viser, hvordan gas, der udvises ved sammenlægningen af to små galakser, kan blive hængende over store afstande i milliarder af år, hvor den til sidst kan fodre gas t -
10 mindeværdige Meteor CrashesHver nat, hundredvis af meteorer stryger hen over himlen. Hver dag hundredvis af meteorer, almindeligvis kendt som stjerneskud, kan ses flyve hen over nattehimlen. Da vi kom ind i Jordens atmosfære, -
Dark Energy Survey offentliggør offentligt de første tre års dataHele himmelområdet kortlagt af Dark Energy Survey og de 11 nyopdagede stjernestrømme. Fire af vandløbene i dette diagram - ATLAS, Molonglo, Phoenix og Tucana III - var tidligere kendt. De andre blev o -
Studerer solens atmosfære med den totale solformørkelse i 2017NASAs Solar and Heliospheric Observatory, eller SOHO, observerer konstant de ydre områder af Solens korona. I løbet af 21. august, 2017, formørkelse, videnskabsmænd vil observere de nedre områder af s
- Kombineret røntgen- og fluorescensmikroskop afslører usete molekylære detaljer
- Hvorfor mikroperler er sådan en trussel, og hvorfor de er så svære at håndtere
- Synchrotron kaster røntgenlys på kulstofkemi ved havoverflader
- Kampagne mod online videospil bøller flops
- En lillebitte, magnetisk aktiveret gearkasse, der giver mikrorobotter mere kraft
- Forskere syntetiserer gipserstatning