Vad driver raketer?

Vi använder raketer för att ta oss till människans utforskningsgränser och för att placera ut tekniken som kopplar ihop avlägsna individer och låter oss skapa och implementera några av vår mest komplexa teknik. Men av alla motorer som används för att flytta oss och våra system, är rakettmotorn troligen den enklaste.

Förbränning

När bränsle bränner, kombinerar det med syre för att bilda lättare gaser och värme. Detta kallas förbränning. Gaserna expanderar snabbt eftersom de är mycket mindre täta än själva bränslet. När krut i en petard bränner, har de expanderande gaserna ingen vart att ta vägen, så den plötsliga tryckökningen förstör petardens hölje. Den svaga tätningen mellan höljet och kulan i en patron låter de expanderande gaserna pressa kulan bort från höljet och ut ur pipan på vapnet. Det pressar också vapnet bort från förbränningens plats, vilket orsakar rekylen när ett vapen avfyrar. Förbränningsmotorer bränner bränsle för att skapa rörelse, men där gasmotorer använder den förbränningen för att flytta komplexa maskiner, använder raketer sin kraft direkt. I en rakettmotor, precis som med en kula, är kraften skapad av förbränningen av bränslen fokuserad i en riktning; den är fokuserad mot pipans öppning i ett vapen och mot öppningen längst ner på raketen i en rakettmotor. Snarare än att använda förbränningen för att tvinga ett projektil bort från de expanderande gaserna, använder en rakettmotor den kraften för att driva sig själv bort från de expanderande gaserna, precis som rekylen på en rifle.

Oxideringsmedel

Raketbränsle är en kombination av bränsle och oxideringsmedel. Bränsle behöver syre för att brinna. Eventuellt syre som finns i luften inuti en rakettmotor bränns snabbt upp under förbränning. Rakettmotorer använder oxideringsmedel, ämnen som frigör syre när bränslet bränner, för att tillhandahålla en konstant källa till syre. De två huvudtyperna av bränsle som används i raketbränsle är fast och flytande.

Fast bränsle

Fasta bränslen är lättvikts och stabila vid rumstemperatur. De är utformade med en hålig kärna som låter de expanderande gaserna undkomma när bränslet bränner. Oxideringsmedlet är inkorporerat i bränsleblandningen. Fasta bränslen kan inte stoppas när de väl tänds. Dessa motorer bränner tills deras bränsle är utbränt. De två fasta rakettacceleratorerna på vardera sida av rymdfärjans externa tank ger den huvudsakliga duken vid avfyrning. Tack vare sin stabilitet och enkelhet används fasta bränslen också i kommersiella modellraketer.

Flytande bränsle

I en rakett som använder flytande bränslen, lagras bränslet och oxideringsmedlet i separata tankar. De två vätskorna blandas, ofta genom att sprutas ihop i förbränningstanken, och antingen tänds vid kontakt eller tänds av en extern tändningskälla, beroende på vilken typ av bränsle som används. Dessa bränslen är mindre stabila än fasta bränslen – flytande syre, ett vanligt oxideringsmedel, måste hållas vid mycket låg temperatur för att hålla det i flytande tillstånd. Förbränningen av flytande bränsle kan dock justeras eller till och med stoppas innan bränslet är utbränt. Den stora externa tank som rymdfärjan är fäst vid vid avfyrning bär det flytande bränslet som färjan använder vid avfyrning.