En stor dag for Suborbitals !

Kære læsere,

I går var en stor dag for Suborbitals. Umiddelbart kan vi erkende at A) vi har prøveaffyret den store TORDENSKJOLD-motor og B) vi har stadig en fulkommen intakt motor og prøvestand. Det er ikke en stor overaskelse; men alt var på spil i går.

Men det er kun det mest visuelle resultat.

Postburn inspektion af TM65. Foto: Thomas Petersen

CS er i virkeligheden mange projekter i ét hus: På en sjov måde har vi jo i lille skala alle de funktioner, som et "rigtigt" rumprogram må have - startramper, faldskærme, guidance ect.

Mest signifikant har vi en meget stor del af CS' ressourcer i afdelingen for udvikling af bemandede rumkapsler.

Det er dét, der adskiller os fra andre raketklubber, og dét, der giver hele formålet og skalaen af CS. Det er såden set menneskekroppens form og skala, der bestemmer hvorfor, vi er nødt til at bygge nogen af verdens kraftigste amatørraketter. Hvis bare jeg var en hamster, kunne vi sagtens, som alle andre amatørraketbyggere, nøjes med raketter diameter 10 cm. - Men nu er jeg ikke en hamster altså... Det er simplethen ønsket om selv at komme med op, der sætter arenaen. Man kan lære utroligt meget af ubemandede sonder; men man kan aldrig opleve at være der selv uden selv at tage med. Resten er givet.

I går kom så CS' pendant til NASA TV Online - og lige nu nyder jeg replay af Steen Eilers kommentar til CSS' webcast af testen.

CSS' webcast TV studie med tekniker Scott og Steen Eiler Jørgensen. Det er interimistisk; - vi bruger jo alle pengene på raketbrændstof.

Kors hvor er det herligt, - en gang i mellem må jeg virkelig knibe mig i armen for ikke at tro, jeg ligger og drømmer.

Tænk at sådan noget kan organiseres. Tænk at sådan noget overhovedet kan lade sig gøre i Danmark. Men det kan det altså - i et samspil mellem Ingeniøren, raketvennerne og os selv. Alle tre ingredienser er nødvendige, lige som svovl, salpeter og trækul er ingredienserne i sortkrudt. Sponsorer hælder en blanding af benzin og LOX på bålet. Og det hele smøres af internettets frie kommunikation og vidensspredning.

Jeg vil gerne fortælle i dybden, hvad vi lærte af gårsdagens forsøgsaffyring. Det kan ikke undgå at blive lidt teknisk - og jeg vil bare sige først... Det handler om meget mere end teknik.

Alle, der var med i går, havde en stor oplevelse. Det er hårdt i flere uger at køre fuldlast dag ud og dag ind. Men det forløses alt sammen, når så det er "pay-back time", og man ser resultatet.

På count down night var TM65 et meget pænt stykke jern. Nu er TM65 en raketmotor.

Dette er en af mine yndlingsoptagelser af omdannelsen:

http://www.youtube.com/watch?v=zRyh66zPy5U

Den er taget af én af vores raketvenner fra det område, vi åbnede op for opstilling af CSS kameraer.

I bunkeren så vi mest, om ikke røgen, så dampen. Så det var faktisk ikke så tosset at se det fra observationsområdet, hvorfra de fleste så det. Under testen kikkede jeg, når jeg kunne, på VTCs struktur (smelter den?) og på vores instrumentering.

TORDENSJKOLD var meget effektivt instrumenteret og blev overvåget fra bunkeren under hele burnet.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=aibcVJOetaI

Her kan man se hvad vi så i bunkeren - Steen Andersens fine motorovervågnings system.

Vi ved allerede en masse nyt om TORDENSKJOLD. For nu ikke at forvirre begreberne skal vi lige huske på, at TORDENSKJOLD er en motor - som sidder på VTC-1. Prøvestanden har de sidste uger gennemgået en meget omfattende opgradering. Vi har forstærket forankringen af prøvestanden så den er dimensioneret til at indeslutte det værst tænkelige motorhavari. Vi har installeret tanke for LOX, ethanol og nitrogen. Vi har monteret pipelines, så meget mere kølevand kan pumpes ind. Vi har monteret andre rør for LOX og højtryksgasser.

Allerede natten før starter optankningen med de mindst flygtige drivmidler - i dette tilfælde alkohol. Foto Thomas Petersen / CS

VTC anlægget omfatter også bunkeren hvorfra testene styres - og denne måtte også udvides.

Alle de ting skulle til for at akkommodere TORDENSKJOLD, som altså bare er motoren i alt dette her.

TORDENSKJOLD fungerede intet mindre end perfekt. Den har været kørt gennem hele sin opstart og dens injektordesign har nu, som vi håbede og troede, vist sig meget stabilt mod svingninger. Så snart motoren kommer over ca. 25 % af nominel ydelse, er forbrændingen stabil.

Målinger af tryk og tempratur under testen. Grafik / Data Steen Andersen/CS

Ved drift under 25% output har vi svingninger; men deres amplitude er langt under, hvad vi har oplevet med hybridmotorer på LOX, og meget langt under noget, der skader motoren. Ved over 25% er den rock steady. Resonans er noget, der er der eller ikke er der. Når TM65 er over godt 3 bars kammertryk kører den som en symaskine. Det har vi aldrig før kunnet med noget der kørte på LOX. Verifikationen af injektoren er faktisk det allerbedste fra i går.

Efter testen havde jeg hele overkroppen oppe i TM65. Motoren er fuldkommen intakt. Injektoren står blank, som da vi installerede den. Brandkammervæggen er helt intakt. Der er ingen afsmeltning eller afrivning af materiale selv i dysekværken, hvor den termiske og mekaniske belastning er størst.

Så meget for motoren. Den skal bare forblive, som den er; men den skal have meget mere tryk på. Det vi så i går var omkring 50% af den nominelle ydelse. Og bemærk, at maskinen jo sådan set er dimensioneret til at kunne tåle op til 125% uden at kny.

Jeg vil godt lige aflive sagen hestekræfter og raketter. Det er nok min egen skyld; men pressen og folket ønsker tal, man kan forstå. Når jeg har sagt 200.000 HK er det fordi, jeg opfatter HK som en enhed for effekt, f.eks. i form af kinetisk energi. TORDENSKJOLD er en varmekraftmaskine ligesom en dampmaskine, en dieselmotor eller en gasturbine. Dens termiske effekt er brændværdien af 16 ltr 75% alkohol pr. sekund - og af denne termiske effekt omdannes 35 - 50 % til bevægelse i gasstrålen. Herfra kan man selv regne.

Så TORDENSKJOLD er fin nok.

Men - VTCs systemer kan ikke følge med. De to tanke kan godt levere 16 liter LOX og 16 liter alkohol pr. sekund. Rørene for væske er rigeligt store; vi har strømningshastigheder på kun 5 - 7 m/sek hele vejen fra tankene til brændkammeret. Problemet er den gas, f.eks. nitrogen, som skal tryksætte tankene, så den kan føde motoren. Både rørledningerne og regulatoren er overbelastet ved det flow, vi har brug for. Så vi fik faktisk aldrig opnået det tryk i tankene, vi skulle have. Det er altså ikke et injektorproblem. Vi skal bare have tilstrækkeligt meget trykgas frem til tankene. Trykgassen er essentielt VTCs "turbinepumpe", og den skal altså forbedres.

Vi vil, som så ofte beskrevet her på bloggen, hellere bruge nitrogen end helium. Helium er ellers perfekt, fordi det hverken opløses eller kondenseres af den kolde oxygen, og fordi det strømmer meget hurtigere i rør. Havde vi valgt helium i går, havde vi givet vis fået højere tryk end dét, vi så. Så er det vigtigt at huske, at vi stadig har en motor og bare kan skifte flasker, hvis det er dét, vi vil.

Problemet er, at helium er en meget sjælden ressource, som vi ikke vil bruge ret meget af. Vi skal helst have det til at lykkes med nitrogen. AirLiquide har ikke sagt, vi kan få så meget LOX, vi ønsker; men det er tæt på. For de elsker projektet. Vores raketter er gasteknologi til fingerspidserne - og AirLiquide har allerede i mange år været leverandør til ESA af bl.a. flydende hydrogen. Derfor vil de gerne støtte os med LOX. Helium derimod, er et reelt problem. Det kan ikke fremstilles "syntetisk" uden kernefusion, men kun udvindes som biprodukt fra naturgas.

AirLiquide har ikke sagt nej til helium, men bare ladet os forstå, at det ville være rigtigt godt at udvikle noget nitrogenbaseret. Ved statisk test af HEAT 1X med paraffin og senere med polyurethan og ved flyvningen af HEAT 1X brugte vi helium. Det kostede sponsoren meget mere end den LOX, der også blev leveret.

Vi kan lave en "quickie" test med en rest helium fra HEAT 1X og derved lære TORDENSKJOLD at kende ved noget tættere på fuldlast. Det vil vi overveje, for det er rigtigt interessant - og den helium har vi allerede.

Med nitrogen har vi to muligheder. Enten skal vi køre med gasfase som i går, eller også skal vi have det om bord på flydende form og fordampe det undervejs. Derved bliver 1 kg flydende N2 (LN2) til næsten 1000 liter N2-gas. Det betyder, at fordampning af 1 liter LN2 kan pumpe omkring 50 liter drivmiddel til tankene. Se dét er smart!

Når det umiddelbart også er mit yndlingsprincip, er det fordi, vi slipper for at flyve en 200 bars højtrykstank.

For at skille kartofler fra agurker ville jeg gerne tage et He burn med TORDENSKJOLD og derved verificere på den hurtige og dyre måde, at motoren er så god, som det ser ud til. Og så bagefter prøve at ombygge den til LN2-drift.

CSSerne må altså belave sig på, at der kan blive en del TM65-tests, og at de bliver væsentligt voldsommere end dén i går. Vi håber på forståelse; - men tests er altså meget lærerige.

Der er to måder at få LN2 fordampet på: Enten kan vi gøre det i et gaskølet dyseskørt, som vi har nu, eller vi kan gøre det ved at sætte en varmeveksler i ethanolen. Så fordamper vi N2 ved at køle vores motor eller ved at køle vores brændstof. I begge tilfælde skal der være hastigt strømmende medier på begge sider af veksleren. Det er svært at regne på, så der vil skulle eksperimenteres noget.

Lige nu må vi dog som så ofte før sætte TORDENSKJOLD en lille smule væk for igen at koncentrere os om at flyve. Man kan roligt sige, at den værste fjende af motorudvikling i CS er opsendelser af samme motorer; - men vi er jo ikke sat i verden for alene at lave statiske tests.

Om kort tid skal vi lave en separations test af LES systemet - og så kommer SMARAGD 1 opsendelsen.

Fuld kraft frem.

Peter Madsen

Peter Madsens billede
Peter Madsen
er kunstingeniør og fortæller i denne blog om sine projekter inden for raketvidenskab, astronautik, luftskibe, undervandsbåde og talrige andre emner, han beskæftiger sig med.

Kommentarer (104)

Gud hvor havde jeg glædet mig til den blog jeg vidste der ville komme idag. :-)

Testen igår var klart den vildeste jeg har set live (selvom BIG-LES også var ret vild) og så siger I idag, at "we havent seen anything yet".

Jeg elsker forresten den brummen TM65 laver før den tryksættes. Det slog allerede godt i mellemgulvet ved 3% thrust.

Mht LN2 tryksætning, hvad skal trykke dette igennem varmeveksleren? Tyngdekraften og acceleration?

  • 0
  • 0

jeg vil tro at en lille tryktank tank med He er nødvendig.
Eller måske H2, om end jeg ikke kan lide ideen om at man løber tør for LN2 og så tryksetter ilten med lidt ren H2...., det er dog måske ikke så katastrofalt da der i så tilfælde allerede vil være meget N2-gas i tanken allerede, men alligevel... (CATO)

  • 0
  • 0

LN2 ville skulle presses ind med He, men mængden - og derfor også trykregulatoren er 50 gange mindre.

Det er et subsystem ligesom den løsning vi har nu, som desværre nok kræver He for at fungere optimalt.

Med LN2 tryksætning har vi en meget grøn raket.

NASA, ESA og Space X brænder rent ud sagt enorme mængder He af - og men overvejer ikke alternativer i den branche. Vi kan ikke tillade os det samme - og må som Russerne finde på noget heliumfrit. Russerne tryksætter LOX med fordampet LOX, og tryksætter RP-1 med nitrogen fra højtrykstank. For at skære igennem kunne man gøre det hele med gasser fra crogen væskefase - og så er LN2 vejen.

Tak for de pæne ord i øvrigt !

Peter Madsen

  • 0
  • 0