Vi husker alle fra vores barndom, at jo flere Legoklodser, man havde, jo mere kunne man bygge, og jo dejligere var det hele. Voksenlivet er ikke så forskelligt fra dét: Jo mere man kan, jo mere man mestrer, jo dejligere er det hele. Ny kunnen giver muligheder, som åbner ens øjne for anden ny kunnen. Forskellen på barne- og voksenliv er, at man som voksen har autoriteten til at styre selv og skaffe sig nye, spændende Legoklodser med langt højere frekvens, end julemanden kunne klare i barndommen.
I CS-sammenhæng har vi også nogle meget vigtige byggeklodser. Det måske mest vigtige, CS har bidraget til amatør-raketverdenen med, er konceptet med opsendelse fra havet. Det flytter alle grænser ud over horisonten. Ingen raketklub i verden har en tilsvarende adgang til næsten papirløse opsendelser. Selv ikke amerikanernes Black Rock-område kan noget tilsvarende. Der er stadig et væld af begrænsninger, som udstrømmer fra nævenyttige bureaukrater. Dem har vi ikke i ES D 139 ud for Space Port Nexø.
En anden vigtig byggeklods er fremkomsten af pålidelige hybridmotorer. Ingen anden europæisk raketklub har adgang til tilsvarende kraftige og pålidelige, gennemprøvede motorer. Det er fuldkommen centralt, for det giver os mulighed for at "sprøjtestøbe" den næste essentielle byggeklods: aktiv styring.
På den måde kan HATVen, hybridraketten, nemlig være den arbejdshest, der kan lære os at ride væddeløbshesten: den store, aktivt styrede væskeraket.
For mig personligt har målet med CS altid handlet om at mestre nye teknologier. Jeg kan læse om det ene eller det andet; men jeg mestrer det ikke før, jeg kan bygge det selv - eller kan få nogen i CS til at mestre det for os. Det tæller ikke, at man i teorien kan et eller andet, før man selv omsætter teori til praksis.
Vores projekt om bemandet rumfart kræver udviklingen af et lille, men fuldkomment rumtransportsystem. For mig er det vigtigste i dette ikke, at jeg en dag måske ender ude i verdensrummet, men at få den teknologi ned på værkstedsgulvet som noget, man kan, hvis man vil det nok. Skulle det ende i rumturisme, en satellitraket til cubesats eller et skud efter Månen som bonus, vil det bare være skønt.
Men punkt ét bliver stadig at få produceret alle Legoklodserne, det skal bygges af. Motorer, tanke, startrampe, guidance, rumhavn osv.
I nær fremtid har jeg vigtigt nyt om guidance. Men mens vi venter, kan jeg køre løs på arbejdet med væddeløbshesten, væskeraketten. Vi har endnu ikke helt fået avlet føllet. Med TM65 tog vi hul på store væskemotorer, og når jeg går ud i Container 3 og kikker på den, kan det synes helt utroligt, at den står dér - fin og nymalet; lige så intakt som før dens første test.
Med det mål at væddeløbshesten skal være rigtigt fuldblods, har jeg valgt at bruge nogle små ressourcer på at få afprøvet et alternativ til LOX som oxidationsmiddel for store raketter. I CS er vi jo i den ufatteligt skønne situation, at vi har en raketfabrik, som på ganske kort tid kan udspy en testmotor, hvis der opstår behov for det. Det er derfor med stor glæde, jeg præsenterer testmotoren SPECTRA for vores læsere her på ing.dk:
Formålet med SPECTRA er at få gennemført en solid evaluering af de praktiske egenskaber ved opbevarlige, flydende drivmidler i CS. Evalueringen skal ud over at gøre os klogere følges af dokumentation af processen, som skal offentligøres i sin helhed med såvel positive som negative resultater.
Man skal simpelthen kunne slå op hvad og hvorfor, vi har gjort, resultatet af det og de konklusioner, vi har draget af det. Man skal også kunne reproducere resultaterne, uanset om man bor i Albanien eller Texas.
Jovist, så kan de også reproducere det i Teheran og Pyongyang. Men det kan de allerede. Faktisk er Irans og Nordkoreas rum- og missilprogrammer næsten udelukkede baseret på aflagt, sovjettisk SCUD-teknologi, som netop baserer sig på denne slags drivmidler.
Af samme grund er vi i HAB altid interesserede læsere af offentliggjorte efterretningsrapporter om disse landes raketaktiviteter. Vores guidanceafdelings strålerorsdesign er i meget høj grad iransk. Sjovt, som den slags filtrerer ned gennem lag af supermagter, stormagter, slyngelstater og udenomsrumprogrammer på gamle skibsværfter...
SPECTRA startede faktisk med en lille rapport, som jeg løbende udvider efterhånden, som resultater indløber; først fra HAB og siden fra prøvestandene på Refshaleøen.
Slutteligt har jeg et lille samarbejde med en studerende, som vil skrive afgangsprojekt med SPECTRA som emne. Det betyder, at designet bliver reviewet af en anden person, som måske ikke kan TIG-svejse, men til gengæld har sin ingeniørmæssige metodik 100% på plads. Ewa Knap studerer aeronautical engineering ved universitet i Warszawa med speciale indenfor rumfartsteknologi. Hun har netop afsluttet sin første tur til HAB og dér bistået ganske grundigt i trykprøvning og kalibrering af SPECTRA. På vej hjem nu kender hun prøvestanden møtrik for møtrik og har også fuld adgang til mine tegninger af dens indre dele. Jeg vil sørge for, at Ewa Knaps arbejde også bliver tilgængeligt.
Ewas arbejde er "nice to have" mere end "need to have"; men når det foregår på en måde, hvor det måske kan bidrage og absolut ikke sænke tempoet i HAB, synes jeg, det er en god model for alle.
Status for SPECTRA er, at den er 100% gennem alle tests og kalibreringer. Motoren og dens vedhæng af tanke og instrumentering er ganske enkelt klar til at blive transporteret til prøvestanden, tanket op og affyret.
De sidste tre dage har vi trykprøvet begge tanke til 38 bar og målt, at alle ventiler og flanger er fuldkommen tætte og i orden.
Aktuatorerne til SPECTRAs to par af drivmiddelventiler er grundigt afprøvede. De bruger samme startboks, som TM65, og SPECTRA har da også en lignende startsekvens med 2-trins tænding. Når de to første ventiler åbner, starter motoren op på ca. 10% effekt. Når tænding er set, åbner vi det andet sæt, og motoren går op på 100%. Det er for SPECTRAs vedkommende 2 kN, så det er en dværg i forhold til TM65. Men nu er det også bare en testmotor.
For at forenkle og gøre den billigere er drivmiddelrørene dimensionerede for flowhastigheder på ikke mere end 4 -5 m/sek. Så kan man uden at få noget målbart trykfald lave samlinger med 90 graders sving. Det er lavpraktisk, men gør, at jeg sparer CSS 64 kr pr bøjning. Og der er, som det ses, en del. Den større rørdimension, der dermed er nødvendig, koster næsten ingenting. Når man opbygger rørsystemer, er det ikke normalt, at man bruger en bukkemaskine. Istedet indsvejser man bøjninger. Man kan ikke bøje et 50 - 100 mm tyndvægget rør i felten. Her har vi sparet bøjningerne væk og istedet øget dimensionen.
Begge ventilsæt har samme dimension, men i "vorstufe"-sættet er indsat en blænde på 1 mm i fuel siden og 1,6 mm i oxydationsmiddelsiden. Derved kan motoren starte op med et forbrug på godt 100 gram pr sekund. Når output går op, øges forbruget til lige over et kilogram per sekund. Der er drivmiddel til 40 sekunders forbrænding i tanksystemet.
Det opbevarlige drivmiddel består af to i praksis stabile væsker. Disse to væsker har begge meget høj densitet: hhv. 1510 kg/m3 og 1120 kg/m3. Kombinationensdensiteten er 40% højere end LOX / etanol, og det betyder direkte, at der kan være 40% mere drivmiddel ombord i en given raket. Det er en meget vigtig fordel.
Kogepunkterne er hhv. 86 og 170 C, og det er som sædvanligt fuelkomponenten, som bruges til køling. Spectra er omstrømningskølet med furfurylalkohol, så det 170 C høje kogepunkt er en god egenskab.
Vi skal dog ikke forvente, at kølemidlet bliver meget over 50 - 70 C ved indblæsning efter kølekanalen. TM65s ethanol var kun 40 C efter, det havde udført køleopgaver. Jeg venter lidt højere temperaturer, fordi en lille motor har en højere termisk belastning. Hedefladen inde i motoren er jo meget større i forhold til volumet end på den enorme TM65.
Det høje kogepunkt betyder, at raketten kan henstå ved stuetempratur, og det betyder igen, at ganske almindeligt luft eller nitrogen kan bruges som trykgas. Den gamle debat om He vs N2 som trykgas er ikke relevant her, da vi slet ikke kommer ned i de lave temperaturer. Vi kan derfor også være rimeligt sikre på, at vi ikke får nogen fastfrosne ventiler, og vi behøver ikke at bruge mange dage på at udtørre vores drivmiddeltanke.
De to væsker er akut hypergole. Det vil sige, at mellem 10 og 30 msek efter fysisk kontakt antænder furfurylalkoholen med dens oxydationsmiddel.
Hypergolitet er en utroligt populær egenskab hos professionelle raketmekanikere. Den mest brugte hypergole kombination er N204 / usymmetrisk dimethyl hydrazin eller UDMH. Gennem rumfartshistorien har det fundet anvendelse næsten lige så mange steder som LOX / RP-1. Nogle eksempler er Titan II raketten, Ariane 1 - 4, rumfærgernes manøvremotorer og allermest historisk alle Apollo programmets motorer til brug på og ved Månen.
Mange af de nævnte anvendelser er tryktanksraketter; således også Apollo CSM og Apollo LMs motorer. Den høje densitet gør det netop attraktivt til den slags brug, og hypergolitet er rart, når man egentlig gerne vil hjem fra Månen igen.
Til Apollos brug af "high density, storable hypegolic liquid propellants" knytter sig en særlig historie: De motorer, man brugte, var meget højt optimerede og kunne ikke tåle statiske tests, efterfulgt af opbevaring og affyring i en mission. Faktisk var det sådan, at de motorer, der fløj med Apollo til Månen, aldrig havde været affyret før, de fyrede i deres mission. Disse maskiner skulle bare fungere, gøre det fejlfrit, og gøre det første gang, hvis astronauterne skulle overleve.
Som historien blev, svigtede det ikke én eneste gang. Under Apollo 13, hvor man halvvejs til Månen måtte aflyse månelandingen for at redde astronuternes liv, var det LMs pålidelige landingsmotor, som gjorde det muligt for Lowell, Swigert og Haise at styre deres ramponerede fartøj tilbage på en nøjagtig kurs mod Jorden. Uden denne fleksibilitet og pålidelighed var de omkommet.
Furfurylalkohol er faktisk en anelse hurtigere end UDMH, så et egentligt tændningssystem er unødvendigt. Det fjerner endnu en potentiel fejlkilde.
Furfuryl alkoholen er billig. Det kommer fra organisk affald og koster ca 2000 Eur pr ton. I tromler a 240 kg koster det så 3000 eur pr. ton; men det er stadig ikke dyrt. Som ethanol er det et veldefineret kemisk stof, som har en meget høj grad af reproducerbare egenskaber. I forhold til UDMH er det meget billigere, meget nemmere at skaffe, uendeligt meget mindre giftigt, lige så hypergolt, men - har noget lavere ISP. Men ellers er det en slags fattigmandsudgave af UDMH. Kombinationen har en ISP, der ligger meget tæt på LOX / ethanol. Så det er slet ikke tosset.
Oxydationsmidlet er salpetersyre. Raketmekanikere kalder det WFNA. Til SPECTRA-projektet knytter sig også en hel lille infrastruktur til at håndtere dette stads på en måde, som er meget sikker.
Alle raketdrivmidler er nogle væmmelige sager, som skal behandles med et tykt panser af viden om dets egenskaber, ordentligt grej, gode procedurer og sund fornuft. Det er ganske svært at gøre op hvilke drivmidler, der er værst; men når man nu er tvunget til at håndtere den slags, så er det rart, at vi har med noget at gøre, der ikke kan detonere, som ikke kan blandes med sin "partner in crime" og derved akkumulere et bum, og som på alle måder gør opmærksom på sine ubehagelige sider gennem ytringer som lugt, røg og farve. Har man en tætsluttende glasflaske med stadset, kan man på ingen måde opfatte det som andet end vandig væske, og dette er faktisk konceptet i håndteringen.
Stadset bliver inde i lukkede systemer fra start til slut. F.eks. opbevarer jeg det i en beholder udført i ren aluminium, som er fremstillet til formålet. Under tankning overføres det med nitrogen tryk (0,5 bar), mens hele opbevaringstanken hænger i en elektronisk vejecelle. Det udløser endnu en fordel: fordi væsken er stabil og ikke koger af, ved vi nøjagtigt hvor meget, vi har ombord, og vi kan derfor få meget pålidelige målinger fra SPECTRA. Det har altid været en udfordring med LOX.
Jeg går utroligt meget op i at afprøve hvor grundigt, vi kan eliminere kontakt mellem mennesker og raketdrivmidler. Det gælder hvad enten det er LOX, N20 eller WFNA. Vi ser bogstaveligt talt aldrig stadset.
Jeg har arbejdet med dette drivmiddel tilbagevendende siden 1985. Før LOX var til at skaffe var det den eneste mulighed, og tilbage i 1994 havde jeg faktisk den ære at være med i den første vellykkede væskemotortest i Danmark - netop med WFNA som drivmiddel.
Vi kan diskutere egenskaber lige til årtusindskiftet. Det, der tæller, er alligevel den praktiske sammenligning med LOX-baseret raketfremdrift. For at kunne opnå denne må man nødvendigvis gennem forløbet med en testmotor. Og jeg glæder mig meget til at blive klogere.
Motorteknisk er der så lidt forskel på LOX-baseret og WFNA-baseret, at TM65 let kunne ombygges til WFNA. Det er lidt som at gå fra dieselolie til rapsolie. Det er nogle andre brændstofdyser og lidt detaljer, der skal ændres; men ellers er en dieselmotor en dieselmotor og en væskeraketmotor en væskeraketmotor.
Jeg syntes at fordele som høj densitet, opbevarlighed, ingen fastfrysninger og pålidelig, hypergol tænding var tungtvejende nok til at gå i praksismode.
Datoen for statisk test ligger ikke fast endnu. SPECTRA er en eksperimentel aktivitet i CS og har lavere prioritet end så meget andet, såsom SAPPHIRE med aktiv styring. Men - der er nok ikke så længe til.
Netop på grund af den eksperimentelle natur vil vi nøjes med at webcaste første test, og så se om vi kan invitere vores raketvenner til fyraftenstest, når det bliver lidt mere rutine. Jeg håber på mange tests med den maskine. Vi skal lave noget seriøst og sundt nedviklingsarbejde med SPECTRA.
Peter Madsen
Kommentarer (55)