Raket-Madsens Rumlaboratorium

Katalytisk aktivt besøg !

Kære læsere...

Tirsdag til onsdag havde rumlaboratoriet besøg fra Århus Universitet.

Syv studerende og deres vejleder skulle forsøge at gennemføre en testserie, som undersøgte H2O2 baserede hybridraketter. De håbede i alle fald at få en test i kassen, så de kunne komme hjem med nogen data at arbejde med.

Nogen gange kan man diskutere om glasset er halvt tomt, eller halvt fuldt.

I dette tilfælde blev glasset vidst fyldt op dobbelt. For da vi sent onsdag for for sidste gang lukkede H2O2 ventilen på prøvestanden, havde gruppen haft fire meget vellykkede hybridtests, og Rumlaboratoriet selv fået kørt tre tests af vores monopropellante katalysator test motor.

Hvis vi starter med hybrid test serien...

Der blev kørt test med en motor der havde et MDF foret forkammer, hvor hydrogenperoxid skulle spaltes ved meget høj temperatur, under forbrænding. Denne termiske spaltning kan ondulere alle stabilisatorer, og den kan arbejde med peroxid af en hvilken som helst koncentration over 70 - 75 %.

Dette sidste er en ret vigtig egenskab. KMnO4 baserede katalysatorer er begrænset i temperatur, til 75 - 80 % H2O2. Sølvnet, som bruges meget af professionelle med ustabiliseret H2O2 kan arbejde op til 85 % koncentration.

Illustration: Privatfoto

Bristol Siddeley Gamma raketmotor - her bruges sølvnet. Foto: Science Museum.

Fra 85 til 98 % bruges platin-keramiske katalysatorer, sammen med ustabiliseret H2O2. Russerne har bygget exceptionelt effektive raketmotorer med 98 % ustabiliseret H2O2 som brænder borhydrid. Umiddelbart er det nok ikke lige noget for os...

Men det vigtige er, at med vores højt stabiliserede H2O2 ville både sølvnet og den fine platinkatalysator bare gå psykisk ned. Lige som snavs, og rust også går ned og ikke har samme spaltende effekt på H2O2.

For stabilisatoren inhiberer altså den aktive overfalde på mange katalysatorer og derved blokeres deres effekt.

Men så var det nogen opdagede at MDF plade fra Silvan, kan spalte H2O2 på en "ikke katalytisk" termisk måde, og det var dette, forskerne for Århus Universitet, besøgte Rumlaboratoriet for at undersøge.

Laboratorie testmotorer ser klodsede ud, men dette billede kunne være fra NASA Ames, det ville være helt det samme. Foto: RML.

Man har i princippet et MDF foret forkammer, som brænder H2O2en til vand, CO2 og oxygen, som så kan brænde noget andet i en efterbrænder.

De havde ufattelige mængder af hyper avanceret måleudstyr med, og har opsamlet en masse data. Jeg får det til eget brug om ikke så længe. Men det vi så, var helt ubetinget at dette forkammer spalter peroxiden, og forbruges meget langsomt i processen. Efter forkammeret vil man have en 600 - 900 grader varm blanding af oxygen og skoldhed overhedet højtryksdamp, og i dette miljø vil alt organisk materiale fra petrolium til salami brænde af med høj effektivitet.

Det hjælper meget på "forstøvningen" at have et energetisk oxydationsmiddel. Lige som med N2O hybrider, kan man nøjes med meget enkle injektordesign. Ved testserien i går brugtes en model med tre huller i, som end ikke krydser hinanden - eller "impinger" som vi siger. Det virkede fint.

Vi så det demonstreret fire gange, med stadig højere tryk. De sidste tests med den lille laboratorie testmotor var ganske respektindgydende. Men formålet var målinger. Den fik de. Til overflod.

Alle tests blev startet uden pyroteknika, med ren hypergol tænding.

Efter det "officielle" program kom så en bonus...

Jeg ville gerne lige have en ekstra tur med Fessors kattegrus katalysator - hvor KMnO4 er det aktive stof. I arrangementet med Århus Universitet betaler de Rumlaboratoriet for de ting vi leverer - f.eks. værksted, drivmiddel og trykgas. Men når nu vi har H2O2 grejet på, kan vi lige så godt lære noget mere...

Stefan Eisenknappl, som pt. laver afgangsprojekt med guidance som emne her i Laboratoriet fik sine første egne erfaringer med T-stoff i går. Vi satte nemlig vores katalysatorkammer fra turbinetiden i CS på Århus Universitets prøvestand, og fik kørt tre "burns" med monopropellant H2O2 på en "kold" inddampet KMnO4 katalysator. Alle tre tests var herlige - brugt som raketmotor giver gasgeneratoren godt 600 Newton trykkraft. Lige tilpas som modvindskompensator raket på en ladcykel.

Man kan se testserien fra highspeed cameraet her:

Dampstrålen er uigennemsigtig hvis temperaturen er lav, og usynlig hvis dampen er meget overhedet. Video: Raketmadsen

Det er ganske interessant - de 200 gr katalysatormasse spaltede i løbet af tre tests ialt 5,5 kg peroxid. Det gik fint. Jeg havde ikke måleudstyr til rigtigt at bore ned i sagen, men noget kunne tyde på at sådan en katalysator punkt et virker, men punkt to nok gradvist degenereres - formentligt fordi vi kører den lidt for varmt med vores T-stoff på 80 %. I Redstone raketten, hvor man brugte systemet, var peroxiden kun 76 % for at beskytte katalysatoren. Så får man mere damp, ved lidt lavere temperatur.

Vi er altså tilbage til at man kan spalte vores peroxid over en Fessor kattegrus baseret KMnO4 katalysator - i alle fald op til 76 %, for man skal både i fremstilling og brug passe på med at lade den blive meget varm.

Men kan også spalte det samme højstabile peroxid ved at lade det lege med MDF plade, og så kan man selvsagt arbejde med alle koncentrationer op til hvad man overhovedet har lyst til at destillere. Hydrogenperoxid bliver mere stabilt med koncentrationen, men med vores knap så effektive kolonne stiger prisen ret dramatisk fra 80 til 85 %, og vi kan ikke rigtigt komme over 90 %.

Interessant at træfiberplade fra Silvan kan erstatte platin, og samtidig tolerere at hydrogenperxiden er så overstabiliseret at det faktisk er et af de nemmeste raketoxydationsmidler at håndtere.

Alt dette var faktisk et kommercielt sidejob ligesom BIG dampringsmaskine, og Hummer Højmarks Bilkanon. Men derfor behøver det jo ikke at være spor kedeligt !

Peter Madsen

Var det H2O2 der dryppede ned langs det lodrette rør mens ventilen var åben?

Highspeed kameraet fanger disse dråbers elegante nedslag på underladet.

Meget fin blog, flot video, mange tak.

  • 3
  • 0

...formentligt fordi vi kører den lidt for varmt med vores T-stoff på 80 %.

Det tror jeg ikke på. Da du sidst have måleudstyr på fessor-katten faldt og faldt temperauren. Tværtimod kører du for koldt. Alt under 250-260 grader er for koldt, 300+ C er godt.

Jeg har fået en lumsk mistanke om at spaltningen af T-Stoff ikke kan holde mangan i OT +VII og man ender med brunsten (Mn(+IV)).

Hvis du stadig har setup'et klart, kunne det være interessant at se hvordan fessor-katten fungerer med ren O2 som P-Stoff.

Alternativitet er et loop-back feed med varm gas, men det er noget bøvl.

  • 2
  • 1

Spændende! Og fascinerende at man kan bruge noget så ordinært som mdf i denne sammenhæng. I love it!

Jeg synes nålen på dine manometre (?) svinger lidt frem og tilbage. Er det som forventet?

  • 3
  • 0