Raketforskning

Modern raketforskning användes till underhållning och utveckling av vapen långt före rymdåldern.

Raketforskning har funnits sedan 280 f.kr. då kinesiska alkemister uppfann krutet. Ursprungligen användes det till fyrverkerier, men snart kom man på att krut även kunde användas till vapen som eldpilar, bomber och liknande. Raketer fortsatte att användas som vapen fram till det tidiga 1900-talet. År 1912 byggde Robert Goddard den första raketen med flytande bränsle (tidigare raketer hade fast bränsle) och inledde på så vis den moderna raketeran. Till dags dato har omkring 500 uppskjutningar ägt rum från NASA:S Cape Canaveral och över 5 000 satelliter har skjutits upp från raketbaser runtom i världen.

Ordet ”raket” används till att beskriva allt från bilar till ryggraketer, men de flesta av oss associerar nog till rymdfärder. De flesta raketer har samma grundkonstruktion. De är vanligen tubformade med staplade komponenter. Raketer bär med sig framdrivningsmedel (bränsle och ett oxidationsmedel), en eller flera motorer, stabiliseringsenheter och ett munstycke för acceleretion och expansion av gaser. Det finns emellertid många variationer bland dessa grundelement.

Det finns två huvudtyper av raketer: de med fast bränsle och de med flytande. De förstnämnda bär vissa likheter med de första krutdrivna raketerna. Vid rymduppdrag används ofta raketer med fast bränsle som startraketer för att minska mängden flytande bränsle och därmed hela konstruktionens vikt. En vanlig typ av fast bränsle som används i startraketer till NASA:S rymdsonder är en komposit tillverkad av ammoniumperkolat, aluminium, järnoxid och en polymer som binder den. Drivmedlet förpackas i ett hölje. Raketer med fast bränsle

används ibland själva för att skjuta upp lättare farkoster i bana runt jorden, men de kan inte ge den typ av övergripande dragkraft som krävs för att placera tunga föremål i bana runt jorden eller skjuta ut dem i rymden. De kan också vara svåra att kontrollera och få stopp på då de väl har antänts.

Svårigheterna med att lämna jordens yta har att göra med gravitationen. Det är därför drivkraften – raketens styrka – mäts i pund eller Newton. Ett punds dragkraft är den mängd kraft som krävs för att hålla ett ett objekt som väger ett pund objekt i nolläge mot jordens gravitation. En raket transporterar bränsle som väger betydligt mer än föremålet den försöker förflytta (dess nyttolast – en rymdfarkost eller satellit).

Som jämförelse: tänk på vad som händer när man blåser upp en ballong och sedan släpper den. Ballongen flyger runt i rummet tack vare kraften som skapas av luftmolekylerna som rusar ut. Det är Newtons tredje rörelselag (se faktaruta på nästa sida). Ballongen driver dock bara sig själv.

Raketer måste generera en drivkraft som är större än deras massa, vilken inbegriper vikten på bränslet. En rymdfärja kan till exempel väga totalt omkring 4,4 miljoner punds med en möjlig nyttolast på omkring 230 000 punds. För att få allt att lyfta måste startraketerna producera 3,3 miljoner pound drivkraft vardera och de tre huvudmotorerna på tanken måste producera drivkraft motsvarande

375 000 pound.

Raketer med flytande bränsle har fördelen av att tappa massa i takt med att drivmedlet förbrukas, vilket i sin tur ökar accelerationen. De har högre energiinnehåll än bränsle med fast bränsle. Vanligen består de av ett bränsle och ett oxidationsmedel i separata tankar som blandas i en förbränningskammare. Ett system kontrollerar mängden drivmedel som kommer in baserat på hur mycket drivkraft som krävs. Raketer med flytande bränsle kan stoppas och startas.

Även valet av startplats kan hjälpa raketer att bli effektivare. Frankrike (som är medlemmar i Europeiska rymdorganisationen) valde att bygga en startplats i Franska Guinea inte bara för närheten till vattnet, utan också för att platsen ligger nära ekvatorn. Att avfyra en raket nära ekvatorn, i en östlig riktning, gör att man kan dra nytta av energin som skapas av jordens rotationshastighet på 0,465 km/s. Det betyder också att det är lättare att placera raketen i geosynkron bana eftersom det krävs färre korrigeringar av kursen.