Raketa na hybridní pohon - Hybrid-propellant rocket

Detail hybridního raketového motoru SpaceShipOne

Hybridní pohonné raketa je raketa s raketovým motorem , který používá tuhé pohonné hmoty ve dvou fázích: jeden pevný a druhý buď plyn nebo kapalina . Koncept hybridní rakety lze vysledovat nejméně do 30. let minulého století.

Hybridní rakety se vyhýbají některým nevýhodám pevných raket, jako je nebezpečí manipulace s hnacím plynem, a zároveň se vyhýbají některým nevýhodám kapalných raket, jako je jejich mechanická složitost. Vzhledem k tomu, že je obtížné intimně smíchat palivo a oxidační činidlo (jde o různé skupenství hmoty), hybridní rakety mají tendenci selhávat benigněji než kapaliny nebo pevné látky. Stejně jako kapalinové raketové motory lze hybridní raketové motory snadno vypnout a tah je škrticí. Teoretický specifický impulsní ( ) výkon hybridů je obecně vyšší než u pevných motorů a nižší než u kapalných motorů. v hybridní raketě za použití metalizovaných paliv bylo naměřeno až 400 s. Hybridní systémy jsou složitější než tuhé, ale vyhýbají se značnému nebezpečí výroby, přepravy a manipulace s raketovými motory na tuhá paliva tím, že okysličovadlo a palivo skladují odděleně.

Dějiny

První práce na hybridních raketách byla provedena koncem třicátých let na německém IG Farben a souběžně na California Rocket Society ve Spojených státech. Leonid Andrussow , pracující v Německu, nejprve teoretizoval hybridní raketové rakety. O. Lutz, W. Noeggerath a Andrussow testovali hybridní raketový motor o hmotnosti 10 kilonewtonů (2200 lbf) za použití uhlí a plynného N 2 O jako pohonných hmot. Oberth také pracoval na hybridním raketovém motoru s použitím LOX jako okysličovadla a grafitu jako paliva. Vysoká teplota sublimace uhlíku bránila těmto raketovým motorům fungovat efektivně, protože to mělo za následek zanedbatelnou rychlost hoření.

Test AMROC tahového hybridního raketového motoru o síle 10 000 liber (44 kN) v roce 1994 ve vesmírném středisku Stennis.

Ve 40. letech 20. století Kalifornská tichomořská raketová společnost používala LOX v kombinaci s několika různými druhy paliv, včetně dřeva, vosku a gumy. Nejúspěšnější z těchto testů byl s kaučukovým palivem, které je stále dominantním palivem, které se dnes používá. V červnu 1951 letěla LOX / gumová raketa do výšky 9 kilometrů (5,6 mil).

V 50. letech došlo ke dvěma velkým snahám. Jedním z těchto úsilí bylo G. Moore a K. Berman v General Electric . Duo použilo 90% vysoký testovací peroxid (HTP nebo H 2 O 2 ) a polyethylen (PE) v provedení tyčového a trubkového zrna. Ze své práce vyvodili několik významných závěrů. Zrno paliva mělo rovnoměrné hoření. Trhliny v zrnech neovlivnily spalování, stejně jako u pevných raketových motorů. Nebyly pozorovány žádné tvrdé starty (tvrdý start je tlaková špička pozorovaná blízko doby zapálení, typická pro raketové motory na kapalinu). Povrch paliva fungoval jako držák plamene, což podporovalo stabilní spalování. Okysličovadlo bylo možné škrtit jedním ventilem a vysoký poměr okysličovadla k palivu pomohl zjednodušit spalování. Negativní pozorování byly nízké rychlosti hoření a že tepelná nestabilita peroxidu byla z bezpečnostních důvodů problematická. Další snahou, ke které došlo v 50. letech, byl vývoj reverzního hybridu. U standardního hybridního raketového motoru je palivem pevný materiál. V reverzním hybridním raketovém motoru je oxidační činidlo pevné. William Avery z laboratoře aplikované fyziky použil tryskové palivo a dusičnan amonný , vybrané pro jejich nízké náklady. Jeho poměr O/F byl 0,035, což bylo 200krát menší než poměr, který používali Moore a Berman.

V roce 1953 Pacific Rocket Society (est. 1943) vyvíjela XDF-23, hybridní raketu 4 palce (10 cm) × 72 palců (180 cm), navrženou Jimem Nudingem, využívající LOX a gumový polymer s názvem „ Thiokol “. V předchozích iteracích již vyzkoušeli jiná paliva, včetně bavlny, parafínového vosku a dřeva. Samotný název XDF pochází z „experimentální douglasky “ z jedné z prvních jednotek.

V 60. letech 20. století začaly evropské organizace také pracovat na hybridních raketách. ONERA se sídlem ve Francii a Volvo Flygmotor se sídlem ve Švédsku vyvinuly sondážní rakety pomocí technologie hybridního raketového motoru. Skupina ONERA se zaměřila na hypergolický raketový motor využívající kyselinu dusičnou a aminové palivo. Společnost letěla osmi raketami: jednou v dubnu 1964, třikrát v červnu 1965 a čtyřikrát v roce 1967. Maximální výška letů dosahovala přes 100 kilometrů (62 mi). Skupina Volvo Flygmotor také používala hypergolickou kombinaci pohonných hmot. Jako oxidační činidlo používali také kyselinu dusičnou, ale jako palivo použili tagaform (polybutadien s aromatickým aminem). Jejich let byl v roce 1969, lofting 20 kilogramů (44 lb) užitečné zatížení na 80 kilometrů (50 mi).

Mezitím ve Spojených státech United Technologies Center (Chemical Systems Division) a Beech Aircraft pracovaly na nadzvukovém cílovém dronu, známém jako Sandpiper. Je použit MON-25 (směsný 25% NO , 75% N 2 O 4 ) jako oxidačního a polymethylmethakrylátu (PMM) a Mg pro palivo. Dron letěl šestkrát v roce 1968, více než 300 sekund a do výšky větší než 160 kilometrů (99 mi). Druhá iterace rakety, známá jako HAST, měla jako pohonnou látku IRFNA -PB/ PMM a byla škrticí v rozsahu 10/1. HAST mohl nést těžší užitečné zatížení než Sandpiper. Další iteraci, která používala stejnou kombinaci hnacích plynů jako HAST, vyvinula společnost Chemical Systems Division a Teledyne Aircraft. Vývoj tohoto programu skončil v polovině 80. let minulého století. Divize Chemical Systems také pracovala na kombinaci hnacích plynů lithia a FLOx (smíšené F 2 a O 2 ). Byla to účinná hypergolická raketa, která byla škrticí. Impuls specifický pro vakuum byl 380 sekund při účinnosti spalování 93%.

AMROC vyvinul největší hybridní rakety, jaké kdy byly na konci osmdesátých a na začátku devadesátých let vytvořeny. První verze jejich motoru, vypalovaná v laboratoři Air Force Phillips, produkovala 312 000 newtonů (70 000 lbf) tahu po dobu 70 sekund s hnací kombinací LOX a polybutadienovým (HTPB) kaučukem ukončeným hydroxylovou skupinou . Druhá verze motoru, známá jako H-250F, produkovala tah více než 1 000 000 newtonů (220 000 lbf).

Korey Kline ze společnosti Environmental Aeroscience Corporation (eAc) poprvé vypálila plynný hybrid kyslíku a gumy v roce 1982 v Lucernu Dry Lake v Kalifornii po diskusích o technologii s Billem Woodem, dříve s Westinghouse . První hybridní testy SpaceShipOne úspěšně provedly společnosti Kline a eAc v Mojave v Kalifornii.

V roce 1994 americká letecká akademie letěla s hybridní znějící raketou do výšky 5 kilometrů (3,1 mil). Raketa 6,4 metru (21 ft) používala jako pohonnou látku HTPB a LOX a dosahovala špičkového tahu 4 400 newtonů (990 lbf) a trvala 16 sekund.

Základní pojmy

Koncepční přehled hybridního raketového pohonného systému

Ve své nejjednodušší formě se hybridní raketa skládá z tlakové nádoby (nádrže) obsahující kapalné oxidační činidlo , spalovací komory obsahující tuhé palivo a mechanického zařízení, které je odděluje. Je -li požadován tah, je do spalovací komory zaveden vhodný zdroj zapálení a ventil je otevřen. Kapalné okysličovadlo (nebo plyn) proudí do spalovací komory, kde se odpaří a poté reaguje s pevným pohonným plynem. Ke spalování dochází v mezní vrstvě difúzní plamen přiléhající k povrchu tuhého paliva.

Obecně je kapalným pohonem oxidační činidlo a pevným pohonným plynem je palivo, protože pevné oxidační prostředky jsou extrémně nebezpečné a mají nižší účinnost než kapalné oxidační prostředky. Kromě toho použití tuhého paliva, jako je polybutadien zakončený hydroxylovou skupinou (HTPB) nebo parafinový vosk, umožňuje začlenění vysoce energetických palivových přísad, jako je hliník, lithium nebo hydridy kovů .

Spalování

Řídící rovnice pro hybridní spalování raket ukazuje, že rychlost regrese je závislá na rychlosti hmotnostního toku okysličovadla, což znamená, že rychlost, kterou palivo spálí, je úměrná množství okysličovadla protékajícího portem. To se liší od pevného raketového motoru, ve kterém je regresní poměr úměrný tlaku v komoře motoru.

kde je regresní rychlost, a o je koeficient regresní rychlosti (zahrnující délku zrna), G o je hmotnostní tok oxidačního činidla a n je exponent regresní rychlosti.

Když motor hoří, zvětšení průměru palivového otvoru má za následek zvýšení hmotnostního průtoku paliva. Tento jev způsobí, že se poměr okysličovadla k palivu (O/F) během hoření posune. Zvýšený hmotnostní průtok paliva může být kompenzován také zvýšením hmotnostního průtoku okysličovadla. Kromě toho, že se O/F mění v závislosti na čase, mění se také podle polohy v palivovém zrnu. Čím blíže je poloha k horní části zrna paliva, tím vyšší je poměr O/F. Vzhledem k tomu, že se O/F mění po portu, může v určitém bodě zrna existovat bod nazývaný stechiometrický bod.

Vlastnosti

Hybridní raketové motory vykazují zjevné i jemné výhody oproti raketám na kapalná paliva a raketám na tuhá paliva . Stručný souhrn některých z nich je uveden níže:

Výhody ve srovnání s kapalnými raketami

  • Mechanicky jednodušší - vyžaduje pouze jeden kapalný pohon, což má za následek méně potrubí, méně ventilů a jednodušší operace.
  • Hustší palivo - paliva v pevné fázi mají obecně vyšší hustotu než v kapalné fázi, což snižuje celkový objem systému.
  • Kovové přísady - reaktivní kovy, jako je hliník, hořčík , lithium nebo beryllium, lze snadno zahrnout do zrna paliva, což zvyšuje specifický impuls ( ), hustotu nebo obojí.
  • Nestabilita spalování - Hybridní rakety obvykle nevykazují vysokofrekvenční nestability spalování, které sužují kapalné rakety v důsledku rozbití zrn tuhého paliva akustické vlny, které by se jinak odrážely v otevřené spalovací komoře kapalného motoru.
  • Natlakování hnacího plynu - Jednou z nejobtížněji navržitelných částí systému kapalných raket jsou turbočerpadla . Konstrukce turbočerpadla je složitá, protože musí přesně a efektivně pumpovat a udržovat oddělené dvě kapaliny různých vlastností v přesných poměrech při velmi vysokých objemových průtocích, často kryogenních teplotách a vysoce těkavých chemikáliích při spalování stejných kapalin, aby se mohla napájet. Hybridy mají mnohem méně tekutiny k pohybu a často mohou být natlakovány systémem odfukování (který by byl v raketě na kapalinu neúměrně těžký) nebo samo-tlakovými oxidačními činidly (například N 2 O ).
  • Chlazení - kapalné rakety často závisí na jednom z hnacích plynů, typicky na palivu, aby ochladily spalovací komoru a trysku kvůli velmi vysokým tepelným tokům a náchylnosti kovových stěn k oxidaci a praskání napětím. Hybridní rakety mají spalovací komory, které jsou vystlané tuhým pohonným plynem, který ho chrání před produkčními plyny. Jejich trysky jsou často grafitové nebo potažené ablativními materiály podobně jako u pevných raketových motorů. Návrh, konstrukce a testování toků kapalinového chlazení je složité, takže je systém náchylnější k selhání.

Výhody ve srovnání s pevnými raketami

  • Vyšší teoretický - Možné kvůli limitům známých pevných oxidačních činidel ve srovnání s často používanými kapalnými oxidačními činidly.
  • Méně nebezpečí výbuchu - zrno hnacího plynu snáší chyby zpracování, jako jsou praskliny, protože rychlost hoření závisí na rychlosti toku oxidačního činidla. Zrno hnacího plynu nelze zapálit zbloudilým elektrickým nábojem a je velmi necitlivé na samovznícení vlivem tepla. Hybridní raketové motory lze přepravovat na místo startu s odděleně uloženým okysličovadlem a palivem, což zvyšuje bezpečnost.
  • Méně problémů s manipulací a skladováním - Složky v pevných raketách jsou často chemicky a tepelně nekompatibilní. Opakované změny teploty mohou způsobit zkreslení zrna. Aby se zrno nerozpadlo nebo nerozložilo, používají se antioxidanty a povlaky.
  • Více ovladatelné - Stop/restart a škrcení jsou snadno začlenitelné do většiny návrhů. Solidní rakety lze jen zřídka snadno vypnout a téměř nikdy nemají funkce škrcení nebo restartu.

Nevýhody hybridních raket

Hybridní rakety také vykazují určité nevýhody ve srovnání s kapalnými a pevnými raketami. Tyto zahrnují:

  • Posun poměru okysličovadla k palivu („posun O/F“)-při konstantním průtoku okysličovadla se bude poměr rychlosti výroby paliva k průtoku okysličovadla měnit, jak zrno regresuje. To vede k provozu mimo špičku z hlediska chemické výkonnosti. U dobře navrženého hybridu má však řazení O/F velmi malý dopad na výkon, protože je necitlivé na posun O/F blízko vrcholu.
  • Nízká regresní rychlost (rychlost, kterou pevná fáze ustupuje) paliva často pohánějí víceportová palivová zrna. Zrna víceportových paliv mají špatnou objemovou účinnost a často strukturální nedostatky. Potenciální řešení tohoto problému nabízí zkapalňující paliva s vysokou regresí vyvinutá na konci devadesátých let.
  • Ve srovnání s pohonem na kapalné bázi by opětovné tankování částečně nebo úplně vybité hybridní rakety představovalo značné výzvy, protože tuhé palivo nelze jednoduše pumpovat do palivové nádrže. To může, ale nemusí být problém, v závislosti na tom, jak se plánuje použití rakety.

Obecně bylo s hybridy dokončeno mnohem méně vývojových prací než s kapalinami nebo pevnými látkami a je pravděpodobné, že některé z těchto nevýhod lze napravit dalšími investicemi do výzkumu a vývoje .

Jedním z problémů při navrhování velkých hybridních orbitálních raket je, že turbočerpadla jsou nezbytná k dosažení vysokých průtoků a natlakování oxidačního činidla. Toto turbočerpadlo musí být něčím napájeno. V tradiční raketě na kapalné palivo turbočerpadlo používá stejné palivo a okysličovadlo jako raketa, protože obě jsou kapalné a mohou být přiváděny do předspalovače. U hybridů je ale palivo tuhé a nelze je přivádět do motoru turbočerpadla. Některé hybridy používají oxidační činidlo, které lze také použít jako monopropellant , například nitromethan nebo peroxid vodíku , a tak na něm může běžet turbočerpadlo samotné. Ale nitromethan a peroxid vodíku jsou významně méně účinný než kapalného kyslíku , který nemůže být použit sám spustit turbočerpadla . Bylo by potřeba další palivo, vyžadující vlastní nádrž a snižující se výkon rakety.

Pohonné hmoty

Společné volby paliva

Reverzní hybridní raketa, která není příliš obvyklá, je taková, kde motor používá tuhé oxidační činidlo a kapalné palivo. Některé možnosti kapalného paliva jsou petrolej , hydrazin a LH 2 . Běžná paliva pro typický hybridní raketový motor zahrnují polymery, jako jsou akrylové , polyethylenové (PE), zesíťované kaučuky , jako je HTPB , nebo zkapalňující paliva, jako je parafín . Plexisklo bylo běžné palivo, protože spalování bylo vidět skrz průhlednou spalovací komoru. Polybutadienový (HTPB) syntetický kaučuk zakončený hydroxylovou skupinou je v současné době nejoblíbenějším palivem pro hybridní raketové motory, a to díky své energii a díky tomu, jak bezpečné je manipulace s ním. Byly provedeny testy, při kterých byl HTPB namočen v tekutém kyslíku, a přesto se nestal výbušným. Tato paliva obecně nejsou tak hustá jako tuhé raketové motory, takže jsou často dopována hliníkem, aby se zvýšila hustota a potažmo výkon rakety.

Metody výroby obilí

Obsazení

Zrna hybridních raketových paliv lze vyrábět odlévacími technikami, protože jsou obvykle plastová nebo gumová. Složité geometrie, které jsou poháněny potřebou vyšších hmotnostních průtoků paliva, činí lití palivových zrn pro hybridní rakety nákladnými a časově náročnými, částečně z důvodu nákladů na vybavení. Ve větším měřítku musí být litá zrna podepřena vnitřním popruhem, aby velké kusy paliva nenarážely na trysku nebo ji dokonce neblokovaly. Vady zrna jsou také problémem větších zrn. Tradiční paliva, která se odlévají, jsou polybutadienem (HTPB) a parafinovými vosky zakončenými hydroxylovou skupinou .

Aditivní výroba

Průhledný přenosný vzdělávací demonstrátor s 3D tiskem hybridního raketového palivového zrna s dvojitými šroubovicovými palivovými kanály, post-spalovací komorou a de Lavalovou tryskou , zobrazený před testem horkého ohně.

Aditivní výroba se v současné době používá k vytváření struktur zrna, které by jinak nebylo možné vyrobit. Bylo prokázáno, že šroubovicové porty zvyšují míru regrese paliva a současně zvyšují objemovou účinnost. Příkladem materiálu použitého pro hybridní raketové palivo je akrylonitrilbutadienstyren (ABS). Potištěný materiál je také obvykle vylepšen přísadami pro zlepšení výkonu rakety. Nedávné práce na univerzitě v Tennessee v Knoxville ukázaly, že vzhledem ke zvětšení povrchu může použití práškových paliv (tj. Grafitu, uhlí, hliníku) uzavřených v 3D tištěné matici ABS výrazně zvýšit rychlost hoření paliva a úroveň tahu. ve srovnání s tradičními polymerními zrny.

Okysličovadlo

Běžné volby oxidačního činidla

Mezi běžné oxidační prostředky patří plynný nebo kapalný kyslík , oxid dusný a peroxid vodíku . Pro reverzní hybrid se používají oxidační činidla, jako je zmrazený kyslík a chloristan amonný .

Správné odpařování oxidačního činidla je důležité pro efektivní výkon rakety. Nesprávné odpařování může vést k velmi velkým rozdílům v regresní rychlosti na předním konci motoru ve srovnání se zadním koncem. Jednou z metod je použít generátor horkého plynu k ohřevu okysličovadla v předspalovací komoře. Další metodou je použití oxidačního činidla, které lze také použít jako monopropellant. Dobrým příkladem je peroxid vodíku, který lze katalyticky rozložit na stříbrném loži na horký kyslík a páru. Třetí metodou je vstřikování hnacího plynu, který je hypergolický, s oxidačním činidlem do proudu. Část oxidačního činidla se rozloží a zahřeje zbytek oxidačního činidla v proudu.

Hybridní bezpečnost

Obecně jsou dobře navržené a pečlivě konstruované hybridy velmi bezpečné. Primární rizika spojená s hybridy jsou:

  • Selhání tlakové nádoby-Selhání izolace komory může umožnit horké spaliny poblíž stěn komory, což vede k „propálení“, při kterém se nádoba protrhne.
  • Blow back - U oxidantů, které se exotermicky rozkládají, jako je oxid dusný nebo peroxid vodíku , se plamen nebo horké plyny ze spalovací komory mohou šířit zpět přes vstřikovač, zažehnout oxidační činidlo a vést k výbuchu nádrže. Blow-back vyžaduje, aby plyny proudily zpět přes vstřikovač kvůli nedostatečnému poklesu tlaku, ke kterému může dojít během období nestabilního spalování. Zpětný ráz je vlastní specifickým oxidačním činidlům a není možný u oxidačních činidel, jako je kyslík nebo oxid dusičitý , pokud není v okysličovací nádrži přítomno palivo.
  • Tvrdé starty -Přebytek okysličovadla ve spalovací komoře před zapálením, zejména u monopropellantů, jako je oxid dusný , může mít za následek dočasný přetlak nebo „špičku“ při zapalování.

Protože palivo v hybridu neobsahuje oxidační činidlo, samo o sobě výbušně nespálí. Z tohoto důvodu jsou hybridy klasifikovány jako bez výbušné síly ekvivalentní TNT . Naproti tomu pevné rakety mají často ekvivalenty TNT podobné co do hmotnosti hmotnosti hnacího zrna. Rakety na kapalná paliva mají obvykle ekvivalent TNT vypočtený na základě množství paliva a okysličovadla, které by se dalo realisticky intimně spojit, než by se výbušně vznítilo; často se to považuje za 10–20% z celkové hmotnosti paliva. U hybridů ani naplnění spalovací komory oxidačním činidlem před zapálením obecně nevyvolá výbuch s pevným palivem, výbušná ekvivalence je často uváděna jako 0%.

Organizace pracující na hybridech

Obchodní společnosti

V roce 1998 společnost SpaceDev získala veškeré duševní vlastnictví, návrhy a výsledky testů generované více než 200 odpaly hybridních raketových motorů společností American Rocket Company za dobu její osmileté životnosti. SpaceShipOne , první soukromá kosmická loď s lidskou posádkou, byla poháněna hybridním raketovým motorem SpaceDev spalujícím HTPB s oxidem dusným . Nicméně, oxid dusný byl hlavním látka zodpovědná za explozi, která zabila tři ve vývoji nástupce SpaceShipOne v zmenšen kompozitů v roce 2007. Virgin Galactic SpaceShipTwo pokračovací komerční suborbitální raketoplán používá měřítku-up s hybridním pohonem.

SpaceDev vyvíjel SpaceDev Streaker , spotřební malou nosnou raketu, a SpaceDev Dream Chaser , schopné suborbitálního i orbitálního letu do vesmíru. Streaker i Dream Chaser používají hybridní raketové motory, které spalují oxid dusný a syntetickou HTPB gumu. SpaceDev získala společnost Sierra Nevada Corporation v roce 2009 a stala se její divizí Space Systems, která pokračuje ve vývoji Dream Chaser pro smlouvu o vývoji komerční posádky NASA . Sierra Nevada také vyvinula RocketMotorTwo , hybridní motor pro SpaceShipTwo . Dne 31. října 2014, kdy byl SpaceShipTwo ztracen, počáteční spekulace naznačovaly, že jeho hybridní motor ve skutečnosti explodoval a zabil jednoho testovacího pilota a druhého vážně zranil. Údaje z vyšetřování však nyní naznačují, že příčinou aerodynamického rozpadu vozidla bylo brzké nasazení péřového systému SpaceShip-Two.

Americké rakety vyráběly a nasazovaly hybridy za použití samo-tlakového oxidu dusného (N 2 O) a polybutadienu zakončeného hydroxylovou skupinou (HTPB), jakož i smíšeného peroxidu vysokého testu (HTP) a HTPB . High-test peroxid (H 2 O 2 ) 86% a (HTPB) a hliníku hybridy námi vyvinuté rakety produkován mořem dodávány konkrétní impuls (I sp ) 240, vysoko nad typickou 180 N 2 O - HTPB hybridy . Kromě toho byly samostartovací, restartovatelné, měly podstatně nižší nestabilitu spalování, díky čemuž byly vhodné pro křehké nebo pilotované mise, jako jsou Bloodhound SSC, SpaceShipTwo nebo SpaceShipThree. Společnost úspěšně otestovala a nasadila verze s tlakovým i pumpovým napájením posledně uvedeného stylu HTP - HTPB . Dodávky se doposud pohybovaly v rozmezí od 6 palců do 18 palců a vyvinuté jednotky až do průměru 54 palců. Podle literatury distribuované na setkání agentury DARPA z listopadu 2013 o obranném projektu pro pokročilé výzkumy (DARPA) prohlašoval prodejce škálovatelnost na průměr více než 5 metrů s regresní rychlostí blížící se pevným látkám . US Rockets již nevyrábí velké rakety.

Gilmour Space Technologies zahájila testování hybridních raketových motorů v roce 2015 s N 2 O a HP s voskovými směsmi HDPE a HDPE +. Pro rok 2016 testování zahrnuje motor 5000 Lb HP/ PE . Společnost plánuje využití hybridů pro sondážní i orbitální rakety.

Orbital Technologies Corporation (Orbitec) se podílela na některých vládních výzkumech hybridních raket financovaných americkou vládou, včetně konceptu „Vortex Hybrid“.

Společnost Environmental Aeroscience Corporation (eAc) byla založena v roce 1994 za účelem vývoje hybridních raketových pohonných systémů. Byl zařazen do návrhové soutěže na motor SpaceShipOne, ale ztratil smlouvu se společností SpaceDev. Společnost Environmental Aeroscience Corporation stále dodávala díly společnosti SpaceDev pro systém plnění, odvzdušňování a skládkování oxidačního činidla.

Rocket Crafters Inc. (RCI) staví a testuje hybridní rakety v Cocoa na Floridě. Provedli 40+ testů subškály svého motoru STAR-3D a provedli testy testovacího motoru 5000 Lbf ve svém závodě v Cocoa. Používají kapalný oxid dusný v kombinaci s 3D vytištěným ABS plastovým palivovým zrnem. V létě 2020 plánují svůj první suborbitální let z kosmodromu Nové Mexiko.

Rocket Lab prodává hybridní znějící rakety a související technologie.

Společnost Reaction Research Society (RRS), přestože je známá především svou prací s pohonem na kapalné rakety, má dlouhou historii výzkumu a vývoje s hybridním raketovým pohonem.

Copenhagen Suborbitals , dánská raketová skupina, navrhla a testovala několik hybridů nejprve pomocí N 2 O a v současné době LOX . Jejich palivem je epoxid, parafinový vosk nebo polyuretan . Skupina se nakonec odstěhovala od hybridů kvůli nestabilitě tahu a nyní používá motor podobný tomu z rakety V-2 .

TiSPACE je tchajwanská společnost, která vyvíjí rodinu raket s hybridním pohonem.

Společnost bluShift Aerospace v Brunswicku v Maine získala v červnu 2019 grant NASA SBIR na vývoj modulárního hybridního raketového motoru na vlastní palivo z biologického původu. Po dokončení grantu společnost bluShift vypustila svoji první znějící raketu využívající tuto technologii.

Vysoké školy

Společnost Space Propulsion Group byla založena v roce 1999 Arifem Karabeyogluem, Brianem Cantwellem a dalšími ze Stanfordské univerzity za účelem vývoje zkapalňujících hybridních paliv s vysokou regresní rychlostí. Úspěšně vypálili motory o průměru 12,5 palce, které produkují 13 000 liber. pomocí technologie a v současné době vyvíjejí průměr 24 palců, 25 000 liber. motor má být původně vypálen v roce 2010. Stanfordská univerzita je instituce, kde byla vyvinuta teorie spalování kapalných vrstev pro hybridní rakety. Skupina SPaSE ve Stanfordu v současné době spolupracuje s výzkumným centrem NASA Ames na vývoji znějící rakety Peregrine, která bude schopná dosáhnout 100 km výšky. Mezi technické výzvy patří různé druhy nestabilit spalování. Ačkoli navrhovaný motor byl testován v roce 2013, program Peregrine nakonec při svém debutu v roce 2016 přešel na standardní pevnou raketu.

Vstřikování šroubovicového oxidátoru do plexisklového hybridu. Snímek byl pořízen během vypnutí, což umožňuje vidět tokový obraz. University of Tennessee v Knoxville.

University of Tennessee Knoxville provádí výzkum hybridních raket od roku 1999 a spolupracuje s NASA Marshall Space Flight Center a soukromým průmyslem. Tato práce zahrnovala integraci vodou chlazené kalorimetrické trysky, jedné z prvních 3D-vytištěných součástí horké sekce, které byly úspěšně použity v raketovém motoru. Další práce na univerzitě se zaměřila na použití spirálového okysličovadla, biopaliv a práškových paliv uzavřených v 3D matici, ABS matrice, včetně úspěšného uvedení hybridního paliva na uhlí na Spaceport America Cup 2019.

Na Delft University of Technology je studentský tým Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) velmi aktivní při navrhování a stavbě hybridních raket. V říjnu 2015 překonal DARE sondážní raketou Stratos II+ evropský výškový rekord studentů . Stratos II+ byl poháněn hybridním raketovým motorem DHX-200 za použití oxidátoru oxidu dusného a palivové směsi parafínu, sorbitolu a hliníkového prášku. 26. července 2018 se DARE pokusil vypustit hybridní raketu Stratos III. Tato raketa používala stejnou kombinaci palivo/oxidační činidlo jako její předchůdce, ale se zvýšeným impulzem kolem 360 kNs. V době vývoje se jednalo o nejsilnější hybridní raketový motor, jaký kdy studentský tým vyvinul z hlediska celkového impulsu. Bohužel, vozidlo Stratos III bylo ztraceno 20 sekund po letu.

Floridský technologický institut úspěšně otestoval a vyhodnotil hybridní technologie s jejich projektem Panther. WARR student-tým na Technické univerzitě v Mnichově se vyvíjí hybridní motory a rakety od počátku 1970. Použití kyselin , kyslíku nebo oxidu dusného v kombinaci s polyethylenem nebo HTPB . Vývoj zahrnuje motory testovacích stanic i verze ve vzduchu, jako první německá hybridní raketa Barbarella . V současné době pracují na hybridní raketě s Liquid kyslíkem jako oxidačním činidlem, aby překonali evropský výškový rekord amatérských raket. Spolupracují také s Rocket Crafters a testují své hybridní rakety.

Studentská „Rocket Propulsion Group“ Bostonské univerzity , která v minulosti vypustila pouze pevné motorové rakety, se pokouší navrhnout a postavit jednostupňovou hybridní znějící raketu, která by do července 2015 odstartovala do suborbitálního prostoru.

Brigham Young University (BYU), University of Utah a Utah State University vypustily v roce 1995 studentskou raketu s názvem Unity IV, která spalovala polybutadien zakončený polybutadienem (HTPB) na pevné palivo s oxidačním činidlem plynného kyslíku a v roce 2003 odstartovala větší verze, která vyhořela HTPB s oxidem dusným .

Hybridní tým University of Brasilia má rozsáhlý výzkum v oblasti parafinového vosku / N 2 O hybridů, který již provedl více než 50 testovacích požárů. Hybrid Team v současné době pracuje na zkapalněném hnacím plynu, numerické optimalizaci a konstrukci raket. V současné době tým pro návrh raket, nazvaný Capital Rocket Team, vyvíjí hybridní rakety s vysokým výkonem a zkoumá některá aditiva. Laboratoř chemického pohonu již provedla několik výzkumů a vyvíjí motor pro platformu SARA.

Kalifornská univerzita, studentský „University Rocket Project“ v Los Angeles, vypouští hybridní pohonné rakety využívající jako oxidační činidlo oxid dusný a jako palivo HTPB . V současné době jsou ve vývoji svého třetího studentského hybridního raketového motoru.

University of Toronto ‚s studenta-run "University of Toronto Aerospace Team", navrhuje a staví hybridní motor poháněl rakety. V současné době staví nové testovací zařízení motorů na Institutu pro letecká studia University of Toronto a pracují na překonání rekordu kanadské amatérské raketové výšky pomocí své nové rakety Defiance MKIII, která je v současné době pod přísným testováním. Motor Defiance MK III, QUASAR, je hybridní motor Nitrous - Paraffin , schopný vyvinout tah 7 kN po dobu 9 sekund.

V roce 2016, Pákistán je DHA Suffa University úspěšně rozvíjí Raheel-1, hybridní raketové motory do 1 kN třídě pomocí parafín a kapalný kyslík , čímž se stává první univerzitou běh raketa výzkumný program v zemi. V Indii , Birla Institute of Technology, Mesra byla kosmická technika a raketové techniky oddělení pracuje na hybridních projektů s různými palivy a oxidačních činidel.

Skupina Pars Rocketry z Istanbulské technické univerzity navrhla a vyrobila první hybridní raketový motor v Turecku , který byl v květnu 2015 podroben rozsáhlému testování.

Tým se sídlem ve Velké Británii (laffin-gas) používá čtyři hybridní rakety N 2 O v automobilu typu drag-racing. Každá raketa má vnější průměr 150 mm a je 1,4 m dlouhá. Používají palivové zrno navinutého papíru s vysokou hustotou namočeného v kuchyňském oleji. N 2 O napájení zajišťuje dusík přetlakové pístových akumulátorů, které poskytují vyšší rychlost podávání než N 2 O samotného plynu, a také poskytují tlumení jakéhokoli zpětného šoku.

V Itálii je jedním z předních center pro výzkum raket s hybridním pohonem CISAS (Centrum studií a aktivit pro vesmír) „G. Colombo“, Univerzita v Padově . Činnosti pokrývají všechny fáze vývoje: od teoretické analýzy spalovacího procesu po numerickou simulaci pomocí kódů CFD a poté prováděním pozemních testů raket malého a velkého rozsahu (do 20 kN, N 2 O - na bázi parafínového vosku motory). Jeden z těchto motorů úspěšně letěl v roce 2009. Od roku 2014 se výzkumná skupina zaměřuje na použití vysoce testovaného peroxidu jako okysličovadla ve spolupráci s „Technology for Propulsion and Innovation“, University of Padua spin-off company.

Na Tchaj -wanu začal vývoj hybridního raketového systému v roce 2009 prostřednictvím výzkumných a vývojových projektů NSPO se dvěma univerzitními týmy. Oba týmy používaly systém hnacího systému oxid dusný / HTPB s různými schématy vylepšení. Týmy NCKU a NCTU dosud úspěšně vypustily několik hybridních raket, které dosahují výšek 10–20 km. Jejich plány zahrnují pokus o vypuštění nanosatelitů ve výšce 100–200 km a vývoj orbitálních nosných schopností pro nanosatelity v dlouhodobém horizontu. Dílčí škála testu horkého ohně hybridního motoru s duálním vířivým tokem (DVF) N 2 O / PE v roce 2014 přinesla průměrný Isp 280 s, což naznačuje, že systém dosáhl účinnosti spalování přibližně 97%.

V (Německu) je studentský tým University of Stuttgart HyEnd aktuálním držitelem světového rekordu v nejvyšší létající studentské hybridní raketě s jejich raketami HEROS.

Aerospace tým z TU Graz , Rakousko, rovněž vyvíjí hybridní pohonné rakety.

Mnoho dalších univerzit, jako je Embry-Riddle Aeronautical University , University of Washington , Purdue University , University of Michigan v Ann Arbor, University of Arkansas at Little Rock , Hendrix College , University of Illinois , Portland State University , University of KwaZulu-Natal , Texas A&M University , Aarhus University , Rice University a AGH University of Science and Technology mají testovací stojany hybridních motorů, které umožňují studentský výzkum s hybridními raketami.

Raketa s vysokým výkonem

Existuje řada hybridních raketových motorových systémů, které jsou k dispozici pro amatérské/amatérské použití ve vysoce výkonných modelových raketách. Patří sem oblíbené systémy HyperTek a řada systémů „Urbanski-Colburn Valved“ (U/C), jako jsou RATTWorks, Contrail Rockets a Propulsion Polymers. Všechny tyto systémy používají jako oxidační činidlo oxid dusný a plastové palivo (jako je polyvinylchlorid (PVC), polypropylen ) nebo palivo na bázi polymeru, jako je HTPB . To snižuje náklady na let ve srovnání s raketovými motory na tuhá paliva, ačkoli u hybridů je obecně zapotřebí více vybavení pro pozemní podporu.

V populární kultuře

26. října 2005, epizoda televizní show MythBusters s názvem „ Konfederační raketa “ představovala hybridní raketový motor využívající kapalný oxid dusný a parafínový vosk . Mýtus tvrdil, že během americké občanské války byla konfederační armáda schopna postavit raketu tohoto typu. Mýtus byl přehodnocen v pozdější epizodě s názvem Salami Rocket s použitím vydlabaného suchého salámu jako tuhého paliva.

V 18. února 2007, epizoda Top Gear , Reliant Robin, byl použit Richardem Hammondem a Jamesem Mayem ve snaze upravit normální K-reg Robin na opakovaně použitelný raketoplán . Steve Holland, profesionální rádiem řízený pilot letadla , pomohl Hammondovi zjistit, jak bezpečně přistát s Robinem. Plavidlo postavili vedoucí členové Spojeného království Rocketry Association (UKRA) a dosáhlo úspěšného startu, vyletělo na několik sekund do vzduchu a podařilo se mu včas úspěšně odpálit posilovače raket na tuhá paliva. Jednalo se o největší raketu vypuštěnou nevládní organizací v Evropě. To používalo 6 × 40960 NS O motory od Contrail Rockets dávat maximální tah 8 tun. Vůz se však nedokázal oddělit od velké vnější palivové nádrže kvůli vadným výbušným šroubům mezi Robinem a externí nádrží a Robin následně narazil do země a zdálo se, že brzy poté explodoval. Tato exploze byla přidána kvůli dramatickému efektu, protože ani Reliant Robins, ani hybridní raketové motory nevybuchly způsobem zobrazeným na obrázku.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy