Wenn es um die neue Ära der Weltraumforschung geht, lag eines der Hauptaugenmerke auf Kosteneinsparungen. Durch die Reduzierung der Kosten, die mit einzelnen Starts verbunden sind, können Weltraumbehörden und private Luft- und Raumfahrtunternehmen nicht nur den Low Earth-Orbit (LEO) kommerzialisieren, sondern auch viel mehr Explorationsmissionen durchführen und vielleicht sogar den Weltraum kolonisieren.
Bisher wurden mehrere Methoden zur Reduzierung der Startkosten vorgeschlagen, darunter wiederverwendbare Raketen und einstufige Raketen in die Umlaufbahn. Ein Team von Ingenieuren der Universität Glasgow und der Ukraine kürzlich vorgeschlagen eine ganz andere Idee, die den Start kleiner Nutzlasten erschwinglich machen könnte – eine selbstfressende Rakete! Diese „Autophagen“-Rakete könnte leichter und kostengünstiger kleine Satelliten ins All schicken.
Die Studie, die beschreibt, wie sie den „Autophage“-Motor gebaut und getestet haben, ist kürzlich in derZeitschrift für Raumfahrzeuge und Raketenunter dem Titel ' Autophage-Engines: Auf dem Weg zu einem drosselbaren Festmotor “. Das Team wurde von Vitaly Yemets und Patrick Harkness geleitet – einem Professor der Oles Honchar Dnipro National University in der Ukraine bzw. einem Senior Lecturer der University of Glasgow.
Der Autophagen-Motor wird im Dnipro-Testlabor in der Ukraine getestet. Kredit: Universität Glasgow
Gemeinsam hat das Team eines der dringendsten Probleme in Bezug auf Raketen heute angegangen. Dies hat damit zu tun, dass Speichertanks, die beim Aufstieg die Treibstoffe der Rakete enthalten, ein Vielfaches der Nutzlast des Raumfahrzeugs wiegen. Dies verringert die Effizienz der Trägerrakete und trägt auch zum Problem des Weltraummülls bei, da diese Kraftstofftanks wegwerfbar sind und bei Verbrauch wegfallen.
Wie Dr. Patrick Harkness, der Glasgows Beitrag zu der Arbeit leitete, in einer kürzlich erschienenen University of Glasgow erklärte Pressemitteilung :
„In den letzten zehn Jahren hat sich Glasgow zu einem Kompetenzzentrum für die britische Raumfahrtindustrie entwickelt, insbesondere bei Kleinsatelliten, die als ‚CubeSats‘ bekannt sind und Forschern einen erschwinglichen Zugang zu weltraumgestützten Experimenten bieten. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der geplante britische Weltraumbahnhof in Schottland stationiert wird. Trägerraketen sind jedoch in der Regel groß, da Sie viel Treibstoff benötigen, um in den Weltraum zu gelangen. Wenn Sie versuchen, zu verkleinern, sinkt das Treibmittelvolumen schneller als die Masse der Struktur, daher gibt es eine Grenze, wie klein Sie gehen können. Sie werden ein Fahrzeug haben, das kleiner ist, aber proportional zu schwer, um eine Orbitalgeschwindigkeit zu erreichen.“
Im Gegensatz dazu verbraucht ein Autophagen-Triebwerk beim Aufstieg seine eigene Struktur, sodass mehr Frachtkapazität freigesetzt werden könnte und weniger Trümmer in die Umlaufbahn gelangen würden. Der Treibstoff besteht aus einem festen Brennstab (aus einem festen Kunststoff wie Polyethylen) außen und einem Oxidationsmittel innen. Durch Eintreiben der Stange in einen heißen Motor werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel verdampft, um Gas zu erzeugen, das dann in die Brennkammer strömt, um Schub zu erzeugen.
Der Einsatz von Autophagen-Triebwerken in Raketen könnte den kostengünstigen und effizienten Einsatz von Kleinsatelliten ermöglichen, ohne das Problem des Weltraummülls noch weiter zu verschlimmern. Bildnachweis: AMNH.
„Eine Rakete, die von einem Autophagen-Triebwerk angetrieben wird, wäre anders“, sagte Dr. Harkness. „Die Treibstange selbst würde den Körper der Rakete bilden, und während das Fahrzeug kletterte, arbeitete sich der Motor nach oben und verbrauchte den Körper von der Basis bis zur Spitze. Das würde bedeuten, dass die Raketenstruktur tatsächlich als Treibstoff verbraucht würde, sodass wir nicht mit den gleichen Problemen einer übermäßigen Strukturmasse konfrontiert wären. Wir könnten die Trägerraketen so dimensionieren, dass sie unseren Kleinsatelliten entsprechen und einen schnelleren und gezielteren Zugang zum Weltraum bieten.“
Das Forschungsteam zeigte auch, dass der Motor durch einfaches Variieren der Geschwindigkeit, mit der die Stange in den Motor eingetrieben wird, gedrosselt werden kann, was bei einem Feststoffmotor selten ist. Während der Labortests konnte das Team den Raketenbetrieb jeweils 60 Sekunden lang aufrechterhalten. Wie Dr. Harkness sagte, hofft das Team, darauf aufzubauen und schließlich einen Einführungstest durchzuführen:
„Wir befinden uns noch in einem frühen Entwicklungsstadium, haben aber im Labor in Dnipro einen effektiven Motorenprüfstand und arbeiten mit unseren Kollegen dort daran, ihn noch weiter zu verbessern. Der nächste Schritt besteht darin, weitere Finanzmittel zu sichern, um zu untersuchen, wie das Triebwerk in eine Trägerrakete integriert werden könnte.“
Eine weitere Herausforderung des modernen Raumfahrtzeitalters besteht darin, zusätzliche Nutzlasten und Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen, ohne mehr Orbitalunordnung zu verursachen. Durch die Einführung einer Engine, die günstige Starts ermöglicht, die auch keine Einwegteile enthält, könnte der Autophage eine bahnbrechende Technologie sein, die bei vollständig wiederherstellbaren Raketen ganz vorne mit dabei ist.
Das Forschungsteam bestand auch aus Mykola Dron und Anatoly Pashkov – einem Professor und Senior Researcher der Oles Honchar Dnipro National University – und Kevin Worrall und Michael Middleton – einem wissenschaftlichen Mitarbeiter und M.S. Student der Universität Glasgow.
Weiterlesen: Universität Glasgow , Zeitschrift für Raumfahrzeuge und Raketen
