Raketdrivmedel (raketbränsle): typer, funktion och exempel

Raketdrivmedel (raketbränsle): fasta, flytande och gasformiga typer. Lär dig funktion, kemiska exempel och användningar i modern rymd- och raketteknik.

Raketdrivmedel eller raketbränsle är bränsle för raketer. Det kan vara i form av fast, flytande eller gas. De flesta raketer är kemiska raketer som drivs med eld. De flesta kemiska raketer använder två drivmedel: ett bränsle och ett oxidationsmedel. Dessa två kemikalier blandas ibland och ibland förvaras de i separata behållare.

Rymdfärjan hade boosters med fasta bränslen med pulveriserat aluminium som bränsle och ammoniumperklorat som oxidationsmedel. Rymdfärjans huvudmotorer använde flytande väte som bränsle och flytande syre som oxidationsmedel.

En leksaksvattenraket använder en gas, t.ex. komprimerad luft, som drivmedel.

Typer av raketdrivmedel

• Fasta drivmedel: Bränsle och oxidationsmedel är blandade till en fast massa (t.ex. HTPB-baserade smetgods). Enkla att lagra och driftsätta, används ofta i startboosters.
• Flytande drivmedel: Bränsle och oxidationsmedel förvaras som vätskor i separata tankar och pumpas in i förbränningskammaren. Vanliga kombinationer är RP-1 (raketkerosin) + flytande syre (LOX) och flytande väte (LH2) + LOX.
• Gaser och kallgas: Enkel tryckdrivning som komprimerad luft eller kväve för små manövreringsmotorer och leksaksraketer.
• Hybrida system: Ett fast bränsle och en flytande eller gasformig oxidationsmedel (exempel: HTPB + nitrous oxide). Ger enkelhet hos fasta motorer och viss reglerbarhet som flytande system.
• Monopropellanter: Ett enda ämne som sönderdelas eller förbränns för att ge dragkraft, till exempel hydrazin som sönderdelas katalytiskt i satellitmanövreringsmotorer.
• Hypergola drivmedel: Bränsle och oxidationsmedel som tänder spontant vid kontakt (t.ex. monometylhydrazin/MMH och dinitrogen-tetroxid/NTO). Vanligt i rymdfarkoster för pålitlig tändning och lagring i rymden.

Hur de fungerar (enkelt förklarat)

En raketmotor skapar dragkraft genom att snabbt kasta ut heta gaser bakåt. I kemiska raketer reagerar bränslet med ett oxidationsmedel i en förbränningskammare och bildar heta gaser. Gaserna strömmar ut genom ett munstycke och ger en framåtriktad kraft enligt Newtons tredje lag. I rymden behövs ett eget oxidationsmedel eftersom det inte finns syre i luften utanför atmosfären.

Prestanda och viktiga egenskaper

• Specifik impuls (Isp): Ett mått på hur effektivt ett drivmedel är — hög Isp betyder mer dragkraft per mängd bränsle.
• Densitet: Påverkar tankstorlek och struktur. RP‑1 är tätare än flytande väte, vilket ger mindre tankvolym men lägre Isp.
• Temperaturkrav: Kryogena drivmedel som flytande väte och syre måste hållas mycket kalla, vilket kräver isolering och särskild hantering.
• Lagringsbarhet: Stabila, "storbart" drivmedel (t.ex. hypergola) lämpar sig för uppdrag som kräver lång tid i omloppsbana.
• Tändbarhet: Hypergola tänder spontant; andra system behöver tändsystem eller tändämnen.

Exempel och användning

• Rymdfärjans fasta boosters: pulveriserat aluminium + ammoniumperklorat (som i originaltexten).
• Rymdfärjans huvudmotorer: flytande väte + flytande syre.
• Satelliter: monopropellant-hydrazin eller hypergola par för finjusteringar och orbitala manövrer.
• Moderna bärraketer: exempelvis RP-1/LOX (kerozin + syre) i många första steg; metan/LOX (t.ex. Raptor-motorn) växer i användning för återanvändbarhet och prestanda.
• Hybrider: exempelvis kommersiella turistraketer och provflygningar som använder en fast bränslekärna med nitrous oxide som oxidationsmedel.
• Leksaksvattenraketer: trycksatt vatten och komprimerad luft fungerar som drivmedel.

Säkerhet och miljö

Olika drivmedel har olika risker. Kryogena bränslen kräver skydd mot köldskador och avdunstning. Hypergola ämnen och hydrazin är giftiga och farliga att hantera, men används för deras pålitliga tändning och lagringsbarhet. Fasta drivmedel kan ge stora mängder partiklar och kemikalier vid förbränning — t.ex. kan ammoniumperklorat och andra restprodukter påverka miljö och mark (perkloratförorening). Miljö- och säkerhetshänsyn styr ofta val av drivmedel för både militära och civila program.

Sammanfattning

Valet av raketdrivmedel är en avvägning mellan prestanda, säkerhet, lagringskrav och kostnad. Fasta bränslen ger enkelhet och hög dragkraft i början av en uppskjutning, flytande bränslen ger högre effektivitet och reglerbarhet, och gaser eller monopropellanter används för mindre manövrer eller enklare system. Eftersom raketer ofta verkar utanför atmosfären måste drivmedlet innehålla sitt eget oxidationsmedel.

Frågor och svar

F: Vad är raketdrivmedel?

F: I vilka former kan raketdrivmedel förekomma?

F: Vad drivs de flesta raketer av?

F: Vilka är de två kemikalier som de flesta kemiska raketer använder som drivmedel?

F: Blandas ibland bränslet och oxidationsmedlet i kemiska raketer?

Fråga: Vad var fastbränsleförstärkarna på rymdfärjan gjorda av?

F: Vad drevs rymdfärjans huvudmotorer av?

Sök med bokstav