Teknikbask, så pas på.
Trofaste læsere vil vide at sidste blog omhandlede brugen af helium som drivgas for LOX. Helium som er dyrt og sjældent - en ressource som jeg faktisk ikke rigtigt bryder mig om at hælde i andet end luftskibe.
Oprindeligt var det slet ikke meningen at CS skulle bruge noget helium. Den oprindelige ide til HEAT var meget enklere end det vi flyver om lidt under to måneder.
Hybridraketter bruges rigtigt meget af amatører fordi de er langt nemmere at håndtere juridisk og sikkerhedsmæssigt end faststofraketter. I vores verden er den afgørende fordel de samme ting - plus også at skulle vi lave faststof raketter i HEAT størrelse ville det kræve en kvalitetskontrol der ligger væsentligt over hvad vi kan magte. Raketter med fast brændstof er enkle - men fabrikkerne der laver dem er bestemt ikke enkle !
Men når amatører bruger hybridraketter så har de ingen heliumtanke, ingen kølespiraler og ingen af af alle de dippedutter der efterhånden har sneget sig ombord på vores raket.
Årsagen er at de kører på lattergas. Lattergas er flygtigt, så det har et damptryk på en 45 - 50 bar ved 20 C. Man bruger dette damptryk til at tryksætte med - så lattergassen behøver i princippet ikke en fremmed drivgas. Smart og nemt.
Inden i hybridmotoren er lattergas rigtigt godt, for det udvikler en betydelig energi ved sin spaltning - og kun 15 % af rakettens drivmiddel behøver at være "brændstoffet" Det meste af energien kommer nemlig ikke fra forbrænding af de kun 30 % oxygen N20 molekylet bringer med sig.
Lattergas er som f.eks. hydrogenperoxid eller nitroglycerin et "monopropellant" der altså kan med sig selv. Derfor virker det rigtigt godt i en hybrid.
Vores HATV i lattergas udgaven er noget af det bedste CS motorgruppe er kommet op med. De virker fortrinligt, og det er ikke kedeligt overhovedet med deres 70 kg drivmiddel.
Det store men er de 50 bar. Indpakket i stål med en rimelig sikkerhedsfaktor vejer en tom HATV 130 kg, så det er ikke en effektiv raket. Kun 35 % af startvægten er drivmiddel - det bør faktisk være 80 - 90 %.
Med LOX i den store hybrid kan vi få meget bedre masseforhold. Giver vi den gas med aluminum og alle de trix vi har i bogen kan vi opnå at 70 - 80 % af raketten der er drivmiddel - og det er V2 niveau - men uden pumper.
Meningen var at køre LOX selvtryksættende. Ganske som en lattergashybrid. Gør man det så fylder man LOX på. Lukker sin påfyldningsventil. Herefter vil tanken selv opbygge tryk til man når det tryk som man ønsker at køre på. Det styres dum simpelt ved at sætte en overtryksventil på tanken. Når den letter holdes trykket på f.eks. 20 bar, og man har ikke særligt stress - man midster i HEAT størrelse kun ca. et kg i minuttet. Går der 15 minutter mere end forventet har får man en opsendelse med 0.3 % mindre brændstof. Det kan måske gøre noget hos NASA - men hos os er det minimalt hvad det betyder.
Ingen helium, ingen dingenoter, ingen vrøvl.
Og det smukke slutter ikke der. Man kan designe såden en hybrid til at være ventilløs. Istedet for en kugleventil, aktuatorer, tryklufttanke, og meget andet flyvende gadgetry - har man en prop. Denne prop sidder under injektoren nede i brændkammeret. Når tændsatsen udløses brænder den nogle fibre over som holder propen og dette timer forvarmetiden og udløser LOXen når der er opnået forbrænding.
Allerede i 2000, otte år før CS, testede jeg sammen med b.la. Foldager, Thomas Petersen og Christian Ravn - sådan en ventil løs motor på lattergas. Det virkede og er altså bare smart.
Det var dette system jeg ville bruge oprindeligt. På en eller anden måde døde den ide da vi i slutningen af 2009 begyndte at køre LOX parafin test.
Jeg begik en af disse typiske Peter fejl med at prøve at løse mange problemer på en gang. Vi havde vores hyr med at brænde paraffin, og vi havde vores hyr med at køre selvtryksat. Vi kunne ikke rigtigt regne på det tofase flow man nødvendigvis får i en strømning af kogende lox - og som nødløsning gik vi på helium - og fik løst vores injektorproblemer på den dumme, dyre måde. Dyr både i kompleksitet og i helium. På en eller anden måde kom vi aldrig væk fra Helium - men jeg kan ikke se hvorfor det termodynamisk skulle være så anderledes end at køre to-fase flow i en lattergas hybrid end i en LOX hybrid.
Jeg har altid været - og vil altid være ærlig om mine tanker - mine fejl - begejstring og forelskelser i denne blog. Jeg skriver det som det er - hvad der tænkes, føles og spekuleres på. Ikke når det er blevet den officielle forkromede sandhed som hos Lockheed Martin - men når overvejelserne opstår og ideerne vendes og brydes.
Helium tryksætning gør at alt er nemt at regne på - og det medførte at når vi nu mestrede den kompleksitet - så kunne vi også i efteråret 2010 køre en serie væskemotorer. Når først man er vant til alle de ventiler og man har købt helium - så er skridtet til væske ikke ret langt. Før, nu og fremtiden vil en regenerativt kølet, cryogen væskemotor altid være raketternes Rolls Royce - og siden de otte test af XLR-3 motorerne må jeg sige at jeg har haft en fornemmelse af at vi faktisk snød os selv ved ikke at køre flydende når vi nu levede med al den kompleksitet på vores LOX hybrid.
Den serie test viste typens overlegenhed inden for nogen felter - de kørte så jævnt, så ocilationsfrit at jeg tror at flyve en HEAT væske vil føles som en Otis elevator på steorider.
- Men væskeraketter er og bliver komplekse.
Min pointe her - i denne blog er - at hvis vi kunne køre hybriden som oprindeligt tænkt - uden helium, og evt. uden ventil - så kunne jeg godt leve med en noget lavere performance og et par andre ulemper. For en selvtryksat model, med en ventilløs motor er altså en meget simpel indretning. Simpel er ofte synonym med pålidelig.
Ting man ikke umiddelbart kan regne på kan måske behandles på en mere empirisk måde - læs - bor flere injektorhuller eller luk nogen af dem indtil "the fat lady sings" - og lav så en empirisk model bagefter.
Gennem vores arbejde opdagede vi foresten verdens bedste hybrid fuel - den fremragende polyuretan gummi fra Purteknik A/S. Om deres produkter dur til andet end fyre med raketter skal jeg ikke vurdere - men til netop dette brug er det uovertruffet.
Der er også andre ting under solen. Vi har - jeg har i alle flad - vænnet mig til tanken om at vi kommer til at bruge en eller anden grad af aktiv styring på HEAT raketter der skal højt.
Vores lille satelit på DTU har været flittige og har nu et design til et HATV guidance modul klar. Det skal implemeteres - og til det er de klædt godt på med flere dygtige praktikere i deres gruppe.
Når man er gået aktiv - så bliver høj start acceleration unødvendig og man kan vælge at brænde sin motor i tid, som kun er et kompromis mellem at man mister 9.82 m/s pr fart pr sekund mens man er i luften - og derfor børe køre i kort tid, og omvendt får meget luftmodstand hvis man flyver hurtigt, i lav højde, med tyk luft. Det kompromis lander en på mellem et og tre minutter brændtid for en raket som HEAT. Kort sagt - med aktiv styring kan vi få op til 180 sekunder til at brænde vore gummi af. Det betyder simple motorer indrettet som en faststof raket med kun en brændport - for man kan nå at brænde 100 - 200 mm på de tre minutter. I en slank 650 mm raket betyder det en port.
180 sek brændtid vil udsætte vores astronaut for et så blidt accelerations miljø at g påvirkningerne under opsendelsen bliver fuldkommen uproblematiske. Vi snakker Saturn V liftoff med 1.85 g. det kan min moster fra stenløse klare - mens hun fortsætter med sit strikketøj.
Kort sagt - CS flyver formentlig en stor hybrid og to små i 2011. Hvad der sker i næste fase bør afgøres af flere statiske test - med begge de to relevante motorteknologier. Vi bør nok lige give hybriden en ekstra chance for vi stormer afsted med Rolls Royce modellen.
Det er nøjagtigt hvad Dr. Foldager i sin besindighed hele tiden har ønsket - og jeg er med på den hvis det kan gøres på den selvtryksættende metode - og brændtiden tillader et enkelt grain
design.
Pt. står vores Roll Royce - TM65 og glæder sig til at give os en dosis raketbrøl "the von Braun style" og jeg ser frem til at komme tilbage til prøvestaden - når HEAT 1X forhåbentlig har vist det ikke bare er snak alt sammen.
Må den bedste motor vinde !
Peter Madsen
03. apr 2011 kl 00:04
Det vil være fedt hvis i igen vil prøve hybrid motoren.
Dens simple design bør gøre den væsentlig billigere at fremstille og genbruge.
Stable motormoduler sammen i rå mængder og mange trin og send en lego rover til månen 8)) Efter en mand i rummet naturligvis
03. apr 2011 kl 01:06
Med en tank i komposit ala' tanken til visse brintbiler, ville vægt volumen forholdet så ikke komme noget nærmere hvad der er nødvendigt?
03. apr 2011 kl 02:53
- Men væskeraketter er og bliver komplekse.Og farlige. Et strukturelt kollaps under opsendelsen resulterer i et flammehav/mindre eksplosion. Med hybridraketten ender man med en sky af LOX og det er såmænd ubehageligt nok i sig selv, men mere håndterbart og næppe dødbringende.
Simpel er ofte synonym med pålidelig.Og billig. Det er bedre at kunne opsende flere raketter om året end kun en, hvor et enkelt men fundamentalt problem kan gøre hele året uproduktivt.
03. apr 2011 kl 12:23
Men hvad med personale. De kan vel ikke nøjes med at kravle op i raketten og så lade sig skyde ud?
Noget bedre at "skole" dem (gratis!). Det er g-påvirkning og faldskærm udspring og forskelling andet. Det skal også stå færdig, når raketten er færdig (og så er der en masse ting, som de andre astro (eller hvad det nu hedder)- nauter kan fortælle, at de har af problemer og hvad der er en løsning på det). Eller hvad?
Jens Lindhard
03. apr 2011 kl 14:00
Ventilfrit lyder smart, men kan I stadig stoppe raketten hvis den løber løbsk?
03. apr 2011 kl 14:18
Ventilfrit lyder smart, men kan I stadig stoppe raketten hvis den løber løbsk?
@Michael Eriksen.
Du har ret. Vi ved ikke om den vil svinge. Men vi ved at vores øvrige grej skal kunne holde til det. Og vi ved vi har gjort alt lærebøgerne siger man kan gøre ved det.
Som jeg har nævnt i flere blogs KAN vi ikke teste HEAT 1X, uden at skulle gennem en hel genbygning. Som et plaster på såret testede vi fire af de mindre med samme parametre som HEAT. Vi fik resultater der A. Indikerer at vi nok skal flyve, B. ikke kan garentere at den svinger, eller evt. ikke svinger.
Valget står mellem at køre den i luften under rigtige oprative omstændigheder - og få en opsendelse ud af det - eller blive hjemme i prøvestanden. Der er ikke nogen sikkerhed på spil - det er kun et spørgsmål om vi vil ødelægge HEAT 1X i luften eller på jorden. Vi vælger at flyve den.
Så til ventil fri abort.
Det kan man - og det gøres ved at tage trykket fra den. Det kan gøres med et ret simpel system med en sprængplade. Det er en pyroteknisk indretning der kan blæse et dæksel af tanken så trykket meget hurtigt falder til omgivelsernes.
Peter Madsen
03. apr 2011 kl 19:51
Der kan jo stadig monteres en ventil.
Den vil skulle være konstant åben, indtil at den aktiveres.
En almindelig kugleventil som dem der benyttes nu, monteret med en trykluft cylinder og en solenoid valve normalt lukket og elektrisk aktiveret, samt en flaske med komprimeret luft ved måske 200 bar/3000 psi.
Den vil kunne lukke for tilførslen af iltnings middel til brændkammeret på et splitsekund og standse motoren.
03. apr 2011 kl 20:47
Valget står mellem at køre den i luften under rigtige oprative omstændigheder - og få en opsendelse ud af det - eller blive hjemme i prøvestanden. Der er ikke nogen sikkerhed på spil - det er kun et spørgsmål om vi vil ødelægge HEAT 1X i luften eller på jorden. Vi vælger at flyve den.Det har jeg naturlig fuld forståelse for og er helt på det rene med at dyse og ejektorsystem er færdigt efter en test.
I al beskedenhed kan jeg lide det simpleste design i hybridraketten og det ud fra de kriterier du selv nævner; pålideligheden.
Flyv endelig med HEAT 1X istedet for at teste i prøvestand. Den skal nok virke næste gang med de ændringer der laves og den yderligere viden I har fået.
Michael,
"Men det forekommer mig bare disproportionalt at involvere 117 mennesker, lukke luftrum, involvere marinehjemmeværnet osv. i en one-shot test uden at have overbevisende testet hjemme på basen, hvor I kun involverer jer selv"
Det kan der jo være noget om. Jeg kan sagtens forsvare dit argument - selv elsker jeg at køre statiske tests, fordi det er så meget enklere end hele projektet omkring opsendelser.
Men CS er ( øv ) mere end bare mit private motorudviklings cirkus - de 117 mennesker du nævner vil meget hellere give den en chance end blive hjemme - jeg ved at specielt marinehjemmeværnet er meget glad for den øvelse som det giver deres folk - det er en "skarp" situation for dem, ikke blot en teoretisk opgave.
For vores egne så gælder igen at raketten er meget mere end en motor. Alle folk ønsker at prøve kræfter med opgaven - for nogen er bare det at skulle navigere Sputnik derud den største glæde.
De oscillationer som motoren udviste er ikke umulige at flyve med - og der er en rimelig sandsynlighed for at vi ikke ser dem i luften. Mange små hybrider bliver fløjet med vilje i den tilstad fordi det øger støjen - og det er en feature i det man kalder High Power Rocketry - amatør raketter primært i US. Så det er ikke en showstopper for HEAT 1X
Som motorbygger så vil jeg bare have min baby tilbage i prøvestanden - men som CS mand så må jeg også erkende at det vil være umådeligt vigtigt for både CS egne folk, for vores venner i CSS, og for alle der måtte følge det i TV og andre steder - at vi kommer i luften.
Hvis vi skal fortsætte med at satse på hybriderne skal børnesygdommene overstås, og smartere måder at refuele på end at save dem over og foretage 48 støbninger udvikles. HEAT skal forenkles.
Vi gennemgår - hvad der i virkeligheden er en ret normal udvikling af noget nyt. Det unormale er at alle overvejelserne er helt offentlige og deles med f.eks. vores læsere her.
Men vi elsker det - indlæg som dine der er positivt mente - men skeptiske er værdifulde. Så tænker man efter en gang til.
Til sammenligning synes jeg ikke ingeniørerne hos Vestas eller Siemens wind power deler deres udviklingsafdelingers tanker om den nære og fjerne fremtid ( i tekniske detaljer ) inden for deres teknologi særligt meget. Faktisk slet ikke.
Mon ikke også der er en eller anden der, der synes det nye 7 MV design kunne tåle bedre og flere test på jorden før det ryger ud på havet ?
Michael, - slutteligt. Uden opsendelses forsøget sidste sommer ville CS måske ikke eksistere mere. Uden det ingen CSS, og ingen bredt kendskab til projektet ude i landet.
Det forsøg har tjent sig ind tifold i erfaringer og ressourcer - økonomiske som materielle.
Håber det forklarer vores beslutning.
Peter Madsen
04. apr 2011 kl 01:41
Michael, - slutteligt. Uden opsendelses forsøget sidste sommer ville CS måske ikke eksistere mere. Uden det ingen CSS, og ingen bredt kendskab til projektet ude i landet.Mange tak for det udførlige svar. Jeg må nu stadig sige jeg ikke forstår logikken. Det er indlysende I fik en masse PR på opsendelsesforsøget sidste år, men det var også en bøsse med et skud. I kan ikke gentage det medie show igen. Til juni kommer der ikke megen presse og hvis I fejler af en eller anden grund er I for alvor i krise. Og der skal så lidt til at noget kikser (se seneste Ariane 5 forsøg - v201 - en bundstabil raket).
Det forsøg har tjent sig ind tifold i erfaringer og ressourcer - økonomiske som materielle.
Håber det forklarer vores beslutning.
04. apr 2011 kl 05:56
Hvis jeg husker rigtigt var der tale om at i ville have et par HATV opsendelser også? kan de ikke laves samtidig(inden for et par dage) med opsendelses forsøget af HEAT ?
04. apr 2011 kl 14:29
Michael Eriksen: "Til juni kommer der ikke megen presse..."
Mon ikke?
http://ing.dk/artikel/117089-t...erne
Kristian von Bengtson: "Tirsdag har jeg møde med TV2, som jeg de sidste par måneder har arbejdet med vedr det danske og internationale TV-publikum. Vi har denne gang 4 live feeds tilstede på vandet og radiokommunikationen, som sendes videre ind til vogne på kajen. De sender op til satellit og ned igen til TV2-Bornholm. De sender videre op til satellit og ud til verden, og med fiber ind til TV2 HQ, til deres News studie. Det er vores håb at potentielle seere, får så meget guf med fra vandet, som muligt inkl hvad vi snakker om i radioen. Det har jeg arbejdet hårdt for, og det går godt med den planlægning."
Er der nogen der har gennemtænkt fysikken ved at bruge varm ilt ved højt tryk til at tryksætte LOX'en? - det ville måske kunne gøres med en relativ lille, let trykbeholder, og der ville ikke være nogen kemiske reaktioner. Den kogende LOX kan næppe kondensere den luftformige ilt, og det ville vel i givet fald frigøre en betydelig kondenseringsvarme. :)
06. apr 2011 kl 17:39
Jeg har lige fået korrigeret min opfattelse af problemet ved opsendelse ved Bornholm 2010.
Jeg selv læst det i avisen idag: http://kortlink.dk/jp/8x63
Ritzau skriver, at "Copenhagen Suborbitals i sommeren 2010 forsøgte at sende rumraketten op første gang, mislykkedes det på grund af en svigtende hårtørrer.
En hårtørrer, der skulle have nedkølet en ventil til det flydende brændstof"
Hvor kan jeg købe den?
07. apr 2011 kl 14:58
Michael Eriksen:
Men det forekommer mig bare disproportionalt at involvere 117 mennesker, lukke luftrum, involvere marinehjemmeværnet osv. i en one-shot test uden at have overbevisende testet hjemme på basen, hvor I kun involverer jer selv.
hvis I fejler af en eller anden grund er I for alvor i krise.
08. apr 2011 kl 06:49
Som en af mine gamle chefer altid sagde når tingene ikke gik som forventet: den der ikke fejler, prøver ikke
09. apr 2011 kl 22:42
Peter:
Allerede i 2000, otte år før CS, testede jeg sammen med b.la. Foldager, Thomas Petersen og Christian Ravn - sådan en ventilløs motor på lattergas. Det virkede og er altså bare smart.
Det var dette system jeg ville bruge oprindeligt. På en eller anden måde døde den ide da vi i slutningen af 2009 begyndte at køre LOX parafin test.
1
