De Sojoezraket van Kuipers valt na lancering in trappen uiteen. De nieuwe generatie ruimtevaartuigen moet als een gewoon vliegtuig naar zijn baan rond de aarde vliegen.
Ruimtevaarttechniek werkt daarom mee aan een nieuwe ESA-studie.
Bij brainstormsessies over nieuwe ruimtevaartuigen wordt van tijd tot tijd de scramjet weer van stal gehaald. Het Nasa-experiment met de X43A, waarbij een maand geleden mach zeven (7900 kilometer per uur) werd gevlogen, is hier een tastbare voorproef van. De jet met rechthoekige uitlaat staat model voor een nieuwe generatie ruimtevaartuigen met een luchtinlaat, die als een normaal vliegtuig horizontaal kunnen starten.
Terwijl Nasa met haar scramjet experimenteert, zoekt de ESA haar eigen alternatief voor de toekomst. Het Elat-Aeroproject, een studie naar een eigen transportsysteem van de ESA, is net aan de Europese Commissie voorgelegd.
De afdeling aërodynamica bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek is hier sinds vorige maand deelnemer van. De ESA wil in dit project de kennis van de aërodynamicagroep over hypersonische luchtstromingen gebruiken voor een eigen scramjet. Ook ruimtevaartinstituten als het Engelse Imperial College en het Russische Itam zijn deelnemers.
Het ruimteschip moet drie motortypes in één voertuig verenigen. Een gewone vliegtuigmotor brengt het gevaarte op supersonische snelheid. De scramjet wordt dan op dertig kilometer hoogte ingeschakeld om mach-zeven-snelheden te halen. Een raketmotor geeft vervolgens het vaartuig de laatste duw om in een baan om de aarde te komen.
De eerste plannen voor een recyclebaar ruimtevoertuig zonder hulpraket dateren al uit de tachtiger jaren. Het door de Duitsers in 1988 bedachte sanger space plane moest een horizontaal opstijgend ruimtevaartuig worden. Maar het project steeg nooit boven de tekentafel uit. In de nieuwe studie wil ESA leren van de fouten die toen zijn gemaakt.
“In de politiek bestaat een grote drive om een ruimtevaartuig te ontwikkelen dat je kunt hergebruiken”, zegt dr. Fulvio Scarano van aërodynamica. “Het lijkt namelijk verspilling van geld als je zo’n dure raket na lancering in zee laat storten. Of hergebruik ook echt goedkoper is, daar kun je over discussiëren. Een capsule die net door de dampkring is gesuisd moet om opnieuw op te stijgen helemaal gereviseerd worden. Anders is het niet veilig.”
Een nieuw ruimtevliegtuig, een zogeheten single stage to orbit, moet een motor hebben die op de verschillende hoogtes in de atmosfeer nog steeds genoeg voortstuwing geeft. “Een raket zoals de Saturnus of Ariane is in trappen verdeeld”, zegt Scarano. “Alleen de laatste trap komt in een baan om de aarde en heeft de geschikte raketmotor voor op die hoogte.”
Een nieuw spaceplane kan geen verschillende trappen inschakelen op verschillende hoogtes. Het moet met één uitlaat op alle hoogtes stuwkracht houden. Promovendus Menko Wisse doet daarom onderzoek aan een nieuwe straalpijp, de plug nosil, waarop hij eind dit jaar promoveert. “De conventionele klokvormige uitlaat keer je binnenstebuiten”, zegt Wisse. “De uitlaatstroom past zich bij deze uitlaat aan bij de steeds ijler wordende atmosfeer en verliest zo geen stuwkracht.” Kenmerkend voor de nieuwe uitlaat is ook de rechthoekige ‘kont’, zoals bij het Nasa-vliegtuig, dat de uitstroom van de uitlaatgassen beter reguleert.
Voordeel van een nieuw type scramjetmotor is dat er geen vloeibare zuurstof hoeft te worden meegenomen. De motor is airbreathing en haalt zijn oxidant dus uit de ijle omringende atmosfeer, en gebruikt vloeibare waterstof als brandstof. Het Nasa-experiment bewees vooral dat het mogelijk is om een werkende scramjetmotor te maken.
Het ongeluk met de Space Shuttle vorig jaar bewees weer hoe gevaarlijk terugkeren in de atmosfeer is. Een loszittend warmtewerend tegeltje veroorzaakte een destructieve kettingreactie. Ook André Kuipers is aan de deugdelijkheid van het hitteschild van zijn Sojoezcapsule overgeleverd als hij terugkeert vanaf het ISS.
De terugkeer van ruimtevoertuigen wordt bestudeerd door verschillende groepen van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, in het zogenaamde Dart-project. Sinds 2001 is een kloon van Dart ondergebracht bij het Expertproject van ESA, het zogenaamde Experimental Re-entry Testbed.
Een Russische omgebouwde kernraket moet in 2006 de Expert, een capsule volgepakt met sensoren en meetapparatuur, de ruimte in lanceren vanuit een onderzeeboot. Deze capsule moet na lancering op 180 kilometer hoogte naar de aarde terugvallen.
De Expert registreert dan alle fysische verschijnselen die optreden als de capsule met zo’n zes kilometer per seconde weer in de atmosfeer terechtkomt. Zo zijn om de warme luchtstromen te meten een infraroodcamera ingebouwd en hittesensoren. Zo moet duidelijker worden welke eventuele onverwachte verschijnselen schade kunnen veroorzaken aan de capsule.
In het hypersonische lab speelt Scarano deze re-entry alvast na. Hier laat hij hypersonische luchtstromingen langs een oppervlak stromen, dat opzettelijk ruw is gemaakt. Zo test hij de gevolgen van turbulentie. EsSA kan zo al een inschatting kan maken wat de Expert aan natuurkrachten te wachten staat.
In een enorme buis wordt hier lucht onder een druk van driehonderd bar naar een vacuümruimte geblazen. Zo bereikt de lucht even een snelheid van mach tien. Een schaalmodel van de Expert in het midden ‘vliegt’ dan een fractie van een seconde op re-entry-snelheid.
“Een deel van de Expert wordt expres ruw gemaakt”, zegt Scarano. “De meetapparatuur zal registreren wat er dan met de hitte enluchtstroming gebeurt. Zo brengt het de turbulentie in kaart, want juist de gevolgen van turbulentie, zoals warmte en trillingen, kunnen de raket bij terugkeer verwoesten.”
De Sojoezraket van Kuipers valt na lancering in trappen uiteen. De nieuwe generatie ruimtevaartuigen moet als een gewoon vliegtuig naar zijn baan rond de aarde vliegen. Ruimtevaarttechniek werkt daarom mee aan een nieuwe ESA-studie.
Bij brainstormsessies over nieuwe ruimtevaartuigen wordt van tijd tot tijd de scramjet weer van stal gehaald. Het Nasa-experiment met de X43A, waarbij een maand geleden mach zeven (7900 kilometer per uur) werd gevlogen, is hier een tastbare voorproef van. De jet met rechthoekige uitlaat staat model voor een nieuwe generatie ruimtevaartuigen met een luchtinlaat, die als een normaal vliegtuig horizontaal kunnen starten.
Terwijl Nasa met haar scramjet experimenteert, zoekt de ESA haar eigen alternatief voor de toekomst. Het Elat-Aeroproject, een studie naar een eigen transportsysteem van de ESA, is net aan de Europese Commissie voorgelegd.
De afdeling aërodynamica bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek is hier sinds vorige maand deelnemer van. De ESA wil in dit project de kennis van de aërodynamicagroep over hypersonische luchtstromingen gebruiken voor een eigen scramjet. Ook ruimtevaartinstituten als het Engelse Imperial College en het Russische Itam zijn deelnemers.
Het ruimteschip moet drie motortypes in één voertuig verenigen. Een gewone vliegtuigmotor brengt het gevaarte op supersonische snelheid. De scramjet wordt dan op dertig kilometer hoogte ingeschakeld om mach-zeven-snelheden te halen. Een raketmotor geeft vervolgens het vaartuig de laatste duw om in een baan om de aarde te komen.
De eerste plannen voor een recyclebaar ruimtevoertuig zonder hulpraket dateren al uit de tachtiger jaren. Het door de Duitsers in 1988 bedachte sanger space plane moest een horizontaal opstijgend ruimtevaartuig worden. Maar het project steeg nooit boven de tekentafel uit. In de nieuwe studie wil ESA leren van de fouten die toen zijn gemaakt.
“In de politiek bestaat een grote drive om een ruimtevaartuig te ontwikkelen dat je kunt hergebruiken”, zegt dr. Fulvio Scarano van aërodynamica. “Het lijkt namelijk verspilling van geld als je zo’n dure raket na lancering in zee laat storten. Of hergebruik ook echt goedkoper is, daar kun je over discussiëren. Een capsule die net door de dampkring is gesuisd moet om opnieuw op te stijgen helemaal gereviseerd worden. Anders is het niet veilig.”
Een nieuw ruimtevliegtuig, een zogeheten single stage to orbit, moet een motor hebben die op de verschillende hoogtes in de atmosfeer nog steeds genoeg voortstuwing geeft. “Een raket zoals de Saturnus of Ariane is in trappen verdeeld”, zegt Scarano. “Alleen de laatste trap komt in een baan om de aarde en heeft de geschikte raketmotor voor op die hoogte.”
Een nieuw spaceplane kan geen verschillende trappen inschakelen op verschillende hoogtes. Het moet met één uitlaat op alle hoogtes stuwkracht houden. Promovendus Menko Wisse doet daarom onderzoek aan een nieuwe straalpijp, de plug nosil, waarop hij eind dit jaar promoveert. “De conventionele klokvormige uitlaat keer je binnenstebuiten”, zegt Wisse. “De uitlaatstroom past zich bij deze uitlaat aan bij de steeds ijler wordende atmosfeer en verliest zo geen stuwkracht.” Kenmerkend voor de nieuwe uitlaat is ook de rechthoekige ‘kont’, zoals bij het Nasa-vliegtuig, dat de uitstroom van de uitlaatgassen beter reguleert.
Voordeel van een nieuw type scramjetmotor is dat er geen vloeibare zuurstof hoeft te worden meegenomen. De motor is airbreathing en haalt zijn oxidant dus uit de ijle omringende atmosfeer, en gebruikt vloeibare waterstof als brandstof. Het Nasa-experiment bewees vooral dat het mogelijk is om een werkende scramjetmotor te maken.
Het ongeluk met de Space Shuttle vorig jaar bewees weer hoe gevaarlijk terugkeren in de atmosfeer is. Een loszittend warmtewerend tegeltje veroorzaakte een destructieve kettingreactie. Ook André Kuipers is aan de deugdelijkheid van het hitteschild van zijn Sojoezcapsule overgeleverd als hij terugkeert vanaf het ISS.
De terugkeer van ruimtevoertuigen wordt bestudeerd door verschillende groepen van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, in het zogenaamde Dart-project. Sinds 2001 is een kloon van Dart ondergebracht bij het Expertproject van ESA, het zogenaamde Experimental Re-entry Testbed.
Een Russische omgebouwde kernraket moet in 2006 de Expert, een capsule volgepakt met sensoren en meetapparatuur, de ruimte in lanceren vanuit een onderzeeboot. Deze capsule moet na lancering op 180 kilometer hoogte naar de aarde terugvallen.
De Expert registreert dan alle fysische verschijnselen die optreden als de capsule met zo’n zes kilometer per seconde weer in de atmosfeer terechtkomt. Zo zijn om de warme luchtstromen te meten een infraroodcamera ingebouwd en hittesensoren. Zo moet duidelijker worden welke eventuele onverwachte verschijnselen schade kunnen veroorzaken aan de capsule.
In het hypersonische lab speelt Scarano deze re-entry alvast na. Hier laat hij hypersonische luchtstromingen langs een oppervlak stromen, dat opzettelijk ruw is gemaakt. Zo test hij de gevolgen van turbulentie. EsSA kan zo al een inschatting kan maken wat de Expert aan natuurkrachten te wachten staat.
In een enorme buis wordt hier lucht onder een druk van driehonderd bar naar een vacuümruimte geblazen. Zo bereikt de lucht even een snelheid van mach tien. Een schaalmodel van de Expert in het midden ‘vliegt’ dan een fractie van een seconde op re-entry-snelheid.
“Een deel van de Expert wordt expres ruw gemaakt”, zegt Scarano. “De meetapparatuur zal registreren wat er dan met de hitte enluchtstroming gebeurt. Zo brengt het de turbulentie in kaart, want juist de gevolgen van turbulentie, zoals warmte en trillingen, kunnen de raket bij terugkeer verwoesten.”
Comments are closed.