Ga naar hoofdinhoud

Nieuw systeem van voortstuwing in de ruimte

Wetenschappers van het centrum voor toegepaste ruimtevaarttechnologie en micro zwaartekracht (ZARM) van de Universität Bremen nemen deel aan een EU-project. De onderzoeken maken onder andere de overgang naar milieuvriendelijke brandstoffen mogelijk. Het Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) aan de universiteit Bremen neemt deel aan een internationaal project voor de ontwikkeling van een volledig nieuw aandrijfsysteem voor ruimtevoertuigen.

Het bijzondere van deze nieuwe ontwikkeling: het principe berust op een voorbeeld uit de natuur, het verdedigingssysteem van een bombardier kever. Hierbij wordt de kracht niet continu opgewekt maar in de vorm van snel op elkaar volgende pulsen, die uitsluitend ‘groene brandstof’ gebruiken.

Het EU-project voor de ontwikkeling van deze innovatieve ruimtevaart aandrijving voor het manoeuvreren van satellieten en ruimtesondes wordt de komende drie jaar gefinancierd met € 2.000.000 en heeft een mooie naam gekregen: ‘PulCheR’ (Pulsed Chemical Rocket with Green High Performance Propellants), de Latijnse naam voor mooi. Een passende naam voor een project, dat een grote bijdrage levert aan de verbetering van de efficiëntie van ruimtevaart aandrijvingen en bovendien ook de overstap naar milieuvriendelijke brandstoffen mogelijk maakt.

Het manoeuvreren van de ruimtesondes en satellieten in een baan wordt traditioneel uitgevoerd met behulp van hydrazine motoren. Deze worden al lang in de ruimtevaart toegepast maar hebben als nadeel dat de hydrazine zeer giftig is en kanker kan veroorzaken. Daarom is de omgang met de brandstof tijdens de voorbereidingen op de grond zeer gecompliceerd. Bovendien werken dergelijke systemen meestal met hoge drukken. Om een dergelijke hoge druk in de verbrandingskamer te bereiken is het gebruik van pompen of hoge drukketels noodzakelijk, waardoor het totale systeem complex en zwaar wordt.

Hoe werkt de puls aandrijving?
PulCheR is een nieuw aandrijfconcept, waarbij de brandstof van onder lage druk in de verbranding kan er worden gedrukt. Zodra de brandstof in de verbrandingskamer komt, begint deze met behulp van een katalysator te branden. Doordat de druk en temperatuur stijgen, wordt een korte stuwimpuls opgewekt. Als deze weer is afgebouwd en de druk weer laag is, vloeit er opnieuw brandstof uit het reservoir, ook onder lage druk en het proces begint van voren af aan.

In het kader van het project moeten twee varianten worden ontwikkeld, die verschillen in een soort katalysator. Een variant is een monopropellant-aandrijving, die slechts met een brandstof soort werkt en als katalysator in vaste metaal granulaat gebruikt dat zorgt voor het uiteenvallen van de brandstofcomponenten.

Bij de bipropellant-variant worden twee brandstoffen in de verbranding kamer gespoten, het die hypergol zijn, dus bij contact met elkaar vanzelf ontbranden. De tweede variant lijkt exact op het ‘explosie-apparaat’ van de bombardierkever, die door het mengen van twee zeer reactieve chemicaliën hete gassen ontwikkeld, om zich te verweren tegen vijanden.

Op grond van het puls principe is de PulCheR een niet continu maar wel hoogfrequent werkend aandrijfsysteem, dat de potentie heeft om veel van de momenteel gebruikte aandrijfconcepten, zowel in het gebied van de orbital-vluchten en interplanetaire missies als bij weer op aarde terugkerende ruimtevaartuigen te vervangen.

De voordelen
Bij alle satellietmissies is de gewichtsreductie een extreem belangrijk thema, omdat het totale massa van de satelliet begrensd wordt door de draagraket. De puls aandrijving biedt nu het voordeel, dat het totale aandrijfsysteem door de lage druk van het toevoersysteem beduidend minder volume en gewicht heeft. In vergelijking tot missies met de klassieke aandrijving zodat weer op kosten kan worden gespaard of de uitgespaarde massa kan worden vervangen door een uitgebreidere uitrusting.

Zo is het denkbaar, dat door het uitgespaarde gewicht of meer brandstof kan worden meegenomen zodat de duur van de missie kan worden verlengd. Of er zou een sterkere camera voor het waarnemen van de experimenten kunnen worden meegenomen, die meer energie nodig heeft (dus meer massa van het energiesysteem vraagt) of van zichzelf eigenlijk te zwaar is.

Een ander belangrijk voordeel is het feit, dat voor de aandrijving alleen brandstoffen worden gebruikt, die als ‘groen’ zijn aangeduid en beduidend minder toxisch zijn en eenvoudig kunnen worden verwerkt. Door de vermindering van de noodzakelijke veiligheidsmaatregelen kan al bij de voorbereiding van de missie op kosten en tijd worden gespaard.
 
De ZARM-werkgroepen ‘Space Propulsion and Energy Systems’ en ‘Aerospace Combustion Engineering’ werken in het samenwerkingsverband onder andere aan het onderzoek naar injectoren en vermogensberekeningen van het totale systeem. Het project wordt door het zevende raamprogramma (FP7/2007-2013) van de Europese unie met het nummer 313271 gefinancierd en begin januari 2013 goedgekeurd.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven