ESA skrev til danske raketbyggere om eksplosiv-problem på Philae

Kort efter at Copenhagen Suborbitals havde udført forsøg med nitrocellulose på DTU Space, blev raketamatørerne kontaktet af en tysk forsker bag Rosetta-missionen, der benytter samme eksplosiv til harpunerne.

Otte år efter opsendelsen af rumfartøjet Philae, der nu står usikkert på kometen 67P, opdagede forskerne, at deres planlagte brug af harpunerne ikke ville virke.

Opdagelsen blev gjort i 2013, samme år som de danske raketbyggere i Copenhagen Suborbitals (CS) udførte forsøg med nitrocellulose, også kendt som skydebomuld, der viste, at det ikke fungerede i vakuum.

De danske forsøg blev udført, fordi faldskærmen på den styrbare raket Sapphire ikke blev skudt ud i cirka otte kilometers højde.

Læs også: Kæmpe succes: Raket fløj lodret over otte kilometer

Deres konklusion var, at det formentlig skyldes problemer med antænding af nitrocellulose i tynd luft.

Læs også: Derfor blev Sapphire-rakettens faldskærm aldrig skudt ud

De danske forsøg blev udført i laboratorier på DTU Space af rumarkitekt Kristian von Bengtson og Jonas Bækby Bjarnø og efterfølgende offentliggjort på nyhedsmediet Wired. Det fik den tyske forsker Reinhard Roll fra Max Planck Instituttet til at kontakte Kristian von Bengtson.

Reinhard Roll var involveret i arbejdet med landingsfartøjet Philae og kunne oplyse, at forskerne havde opdaget, at deres planlagte affyring af Philaes harpuner ikke ville virke efter hensigten. Om bord havde de to beholdere med 0,3 gram nitrocellulose til at affyre harpunerne, og de var netop opbevaret i vakuum ved minus 160 grader celsius.

Læs også: Se de første billeder: Philae står stille på 67P-kometen

Presseafdelingen fra det tyske rumfartscenter, DLR, og Max Planck Instituttet har efter henvendelse fra Ingeniøren fået bekræftet fra Reinhard Roll - der befinder sig i ESA's kontrolcenter - at man ikke var klar over problemet med vakuum og nitrocellulose, da Rosetta og Philae forlod Jorden. Men efterfølgende har forskerne fundet en løsning, som er omkring 100 procent sikker.

Hvad denne løsning nærmere består i, har det ikke været muligt at få oplyst, men i mailen skriver Reinhard Roll til Kristian von Bengtson:

Læs også: Kontrolcentret venter i spænding: Hoppede Philae på plads?

»Vi har fundet en løsning, der tænder fibrene, uanset om der er vakuum eller ej,« skriver Reinhard Roll.

Philae står i øjeblikket på kometen 67P, men er hverken fastgjort med harpuner eller skruer på landingsfødderne. ESA overvejer nu, om der skal gøres et nyt forsøg på at affyre harpunerne.

Video af forsøgene med skydebomuld udført på DTU:

Kommentarer (7)

Problemet med Nitrocellulose som propellant er, at det arbejdstryk det skal opbygge for, for eksempelvis at drive en faldskærm ud af dets kammer er, at gastrykket kun i mindre omfang dannes ved spaltning af nitrocellulosen til ekspanserende gasser, men primært ved den sekundære forbrænding af de ved spaltningen dannede gasser. Derved produceres store mængder vanddamp og CO2, der yder det ønskede arbejde (og varme der giver anledninge til yderligere spaltning).

Hvis nitrocellulosen ikke er lukket inde i et (relativt i forhold til det omgivende tryk) lukket rum (confinded space), som fx et tilproppet rør (som det kendes fra traditionelle bordbomber), så vil de gasser, der dannes ved den primære, termisk inducerede spaltning af nitrocellulosen og som skal forbrændes for, at det ønskede tryk ved den ønskede temperatur kan opnås, i vidt omfang undslippe til omgivelserne.

Undslippelseshastigheden for (og afkølingen af) de dannede gasser ved den primære, termisk inducerede spaltning afhænger i høj grad af forbrændingskammerets tæthed og omgivelsernes tryk. Det er derfor meget vigtigt, at kammeret er meget tæt, kammeret ikke "suger varme" ud af de dannede gasser, så de bliver kolde. Endelig er det vigtigt, at kammertrykket hurtigt opnår en høj tæthed af hede spalte-gasser til den videre forbrænding, der skal levere det ønskede arbejdstryk.

I vakuum er man derfor nødt til at kompensere for afsavnet af et tryk på 1 atm. og afsavnet af de 21% GOX vi naturligt oplever, når vi laver eksperimenter med nitrocellulose ved jordoverfladen. Man kan forvente, at et hermetisk tillukket kammer indeholdende nitrocellulose næppe indeholder atmosfærisk luft ved 1 atm efter 11-12 mdr i det ydre rum. Men man kan forvente, at det (hvis det er velpakket efter forholdene) kan reetablere et passende arbejdstryk, hvis blot der er tilstrækkeligt med nitrocellulose til stede og kammerets heat sink ikke er overvældende højt.

Konklusion:

1 - Hvis harpunerne allerede ER forsøgt affyret, så er nitrocellulosen formentlig stille og rolig forbrændt, som vi ser det i CS dokumentationen. Så er løbet kørt.

2 - Hvis harpunerne IKKE er forsøgt affyret, så kan der ligge en løsning skjult i, at udskydningen kan være tilbageholdt af en programmerbar låsemekanisme:

2a - Normalt ville man frigøre harpun låsen (armere) og derefter forsøger udskydning (ved antænding af arbejdsladning).

2b - Man kan i stedet lave en programmeret forsinkelse, hvor man først forsøger udskydning af harpunerne (ved antænding af arbejdsladning) og derefter - efter fx 50-200 milisekunder (alt efter setup og beregninger af det opbyggede arbejdstryk) - frigøre harpun låsen (altså en slags forsinket armering).

Hvad der egentlig er sket henstår i tågerne, men der er ingen tvivl om, at des mere lavpraktiske løsninger man vælger, des mere skal der forskes i det, før man bør stole på løsningernes praktiske anvendelighed!

Man bør dog ikke klandre ESA for dårlig planlægning, hvis det er nitrocellulosen, der har fejlet: Nitrocellulose er et fremragende drivmiddel. Det er først i de senere år, at såvel NASA rapporteringer som de videodokumenterede forsøg Copenhagen Suborbitals har offentliggjort, har fået det til at gå op for de fremsynede indenfor branchen, at noget vi har taget for givet og godt måske er noget ubelejligt og skidt!

Det mest imponerende ved hele Rosetta missionen, set med MINE øjne er, at da satelitten blev afsendt fra jordoverfladen i 2004 var der ingen smartphones, intet mobilt bredbånd ... den teknologi vi i dag kan se lande og hjemsende billeder fra kometen er så gammel, at vi undrer os over hvor ringe billedkvaliteten er. Men vi skal huske, at det svarer til hvis frihedbudskabet i maj 1945 blev udsendt på Kalundborg langbølge - og vi kun kunne aflytte det på en digital DAP radio (hilket i sagens natur ville være umuligt).

  • 7
  • 0

@Jørgen Skyt
God redegørelse. CS er imidlertid langt fra de første raketamatører, som har haft problemer med for lavt tryk ved forsøg på udløsning af faldskærm. Fx. har flere haft havarier efter brug af NC i form af røgfrit krudt, som heller ikke fungerer ved lavt tryk trods sin større tæthed. Jeg har dog ikke data for, hvornår det skete første gang, altså om det var før Rosettamissionen blev sendt afsted.

I øvrigt vil jeg tro, at opvarmningen af den omgivende luft, som er i kammeret ved normaltryk, vil give en termisk ekspansion, som bidrager til udskydningen af harpunerne og til at øge reaktionshastigheden for NC. DSC har set den effekt meget tydeligt ved brug af termitignitere, som trods ringe gasudvikling i motorkammeret alligevel skabte en betydelig trykstigning, der kun kan forklares med opvarmning af luften i kammeret. Så hvis de har testet ved normaltryk, er der to ting, som arbejder imod dem i rummet. Og 0,3 g NC er ikke meget.

  • 1
  • 0

Som jæger og genlader, kender man jo også lidt til forbrændingen af NC. For at få en eksplosiv forbrænding af NC kræver det at det er lukket inde i et snævert kammer med eller uden luft. for at kunne opbygge et tryk på 2000 -3000 bar, som ved affyring i et geværløb. Om patronen indeholder luft eller om den er komprimeret uden luft har ikke den store betydning for forbrændingen, den kemiske process skal nok sørge for at der er rigeligt O2 til rådighed for forbrændingen. Det har temperaturen som NC'en har ved antændelsen til gængæld. Allerede ved en temperatur på minus 10 til 20 grader er effekten af en patron så formindsket at man ikke skal regne med at kunne ramme noget og i værste fald kan man risikere at projektilet sidder fast i løbet. Når man så snakker om en temperatur på minus 50 -60 grader i 8 Kilometers højde eller minus 160 grader ved 67P- kometen, så kan jeg godt forstå at der ikke sker noget som helst! Et gammelt trick er at anvende Sort Krudt på jagt i arktiske egne, da omgivelses temperaturen ikke har nævneværdig indflydelse på forbrændingen.

  • 5
  • 0

Det kommer lidt bag på mig, at dette problem ikke var kendt af dem, eller erkendt under en test..! Altså før de sendte sonden afsted ..! ?

  • 1
  • 0