Skip to main content

Innovative propellants in hybrid propulsion technology and its applications in space transportation

Article Category

Article available in the folowing languages:

Systemy hybrydowe jako tanie i skuteczne systemy napędzania rakiet

Konwencjonalne paliwa rakietowe mają postać ciekłą lub stałą. Finansowany ze środków UE zespół badawczy przeprowadził ważne badania doświadczalne i teoretyczne mające na celu zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów lotów rakietowych poprzez wykorzystanie hybrydowych systemów napędowych.

Technologie przemysłowe

Zarówno w przypadku paliw stałych, jak i ciekłych, potrzebna jest reakcja spalania w obecności tlenku, aby wytworzyć gorące gazy. Po wyrzuceniu tych gazów z tyłu rakiety, przemieszcza się ona do przodu, zgodnie z trzecią zasadą dynamiki Newtona. Naukowcy biorący udział w finansowanym przez UE projekcie ORPHEE ("Innovative propellants in hybrid propulsion technology and its applications in space transportation") postanowili udoskonalić napędy rakietowe. Napędy hybrydowe spalają paliwo stałe w obecności płynnego utleniacza. Paliwo stałe jest łatwiejsze do przetwarzania i tańsze, natomiast ciecz pozwala na regulowanie przepływu (dławienie), dzięki czemu można precyzyjniej manewrować statkiem kosmicznym. Wcześniejsze propozycje silników hybrydowych koncentrowały się na zwiększeniu powierzchni spalania w celu uzyskania żądnej wydajności, jednak takie rozwiązanie pociąga za sobą niepotrzebne zwiększenie masy i objętości. Uczestnicy projektu ORPHEE starali się zoptymalizować współczynnik regresji paliwa stałego. tj. tempo cofania się paliwa w miarę spalania. Zwiększenie tego współczynnika pozwoli na ograniczenie objętości paliwa, a tym samym podniesienie wydajności. W ramach ORPHEE badano trzy wybrane zastosowania, a mianowicie hybrydowe człony końcowe rakiet, lądowniki księżycowe i marsjańskie oraz tanie przyspieszacze startowe. Naukowcy w pierwszej kolejności przygotowali charakterystykę potencjalnych paliw dla każdego z zastosowań, przeprowadzając eksperymenty dotyczące spalania w małej skali. Po zwiększeniu skali procesu uzyskano nowe informacje na temat właściwości mechanicznych paliwa, co pozwoliło na takie dostosowanie metod produkcji, aby znacząco zwiększyć jego jakość. W ostatnim roku realizacji projektu opracowano nowe substancje zawierające proszki metalowe, pozwalające podnieść współczynnika regresji paliwa stałego. Testy spalania nie dały tych samych oczekiwanych wyników w zakresie zwiększenia współczynnika regresji co próby w mniejszej skali. Mimo to obserwacje te pozwoliły na uwzględnienie kluczowych parametrów w opracowywanych modelach numerycznych. Wiedza ta przyda się szczególnie w późniejszych pracach projektowych. Zbudowano instalacje demonstracyjne dla trzech zastosowań oraz przeprowadzono wstępne badania obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). Ponadto, w oparciu o wyniki projektu ORPHEE przygotowano plan działania w zakresie technologii hybrydowych. W dalszej perspektywie projekt ORPHEE powinien wywrzeć znaczący wpływ na ekologiczność i konkurencyjność europejskiego programu kosmicznego.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania