science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe de EZ-Rocket werkt

Bovenaanzicht van de EZ-Rocket. Bekijk meer EZ-Rocket-foto's. Foto met dank aan XCOR Aerospace

Naar de ruimte gaan is duur - ongeveer $ 10, 000 per pond, in feite. Dus tot voor kort, alleen regeringen konden het zich veroorloven om de ruimte in te gaan. Maar anno 2004, het commerciële ruimtevaartuig SpaceShipOne maakte twee suborbitale vluchten naar de ruimte, het winnen van de $ 10 miljoen Ansari X Prize. SpaceShipOne viel uit een vliegtuig tussen ongeveer 46, 000 tot 48, 000 voet, ontstak zijn raketmotor, reisde naar 150, 000 voet, keerde terug in de atmosfeer van de aarde en gleed naar een landing. Maar kan een commercieel ruimtevaartuig zelfstandig opstijgen vanaf de grond, de ruimte in reizen en weer landen op een landingsbaan? Dat is het doel van XCOR Aerospace, en het begint met de EZ-Rocket.

In dit artikel, we leren over de technologie achter de EZ-Rocket en zien hoe XCOR van plan is deze technologie in de toekomst uit te breiden.

Basisprincipes van EZ-Rocket

De EZ-Rocket is het eerste particulier gebouwde en gevlogen raketvliegtuig, en dient als testbed voor nieuwe technologieën. XCOR Aerospace ontwierp de EZ-Rocket, die ze wijzigden van Bert Rutan's Long-EZ vliegtuig. De Long-EZ is een zelfgebouwde vliegtuigkit vervaardigd door Rutan's Aircraft Factory. Het is een vaste vleugel canard vliegtuig , wat betekent dat zijn staartvlak voor zijn vleugels ligt in plaats van erachter. Dit geeft het vliegtuig goede glij-eigenschappen, waardoor het ideaal is voor een raketvliegtuig.

Een Rutan Long-EZ 160 met zijn staartvlak voor de piloot Foto in het publieke domein door Adrian Pingstone

De wijzigingen van de EZ-Rocket omvatten het volgende:

  • Twee raketmotoren op vloeibare brandstof ter vervanging van de propellermotor van het vliegtuig achterin
  • Een onder druk staande brandstoftank, gevuld met isopropylalcohol (ontsmettingsalcohol)
  • Twee aluminium tanks (geïsoleerd met piepschuim) aan de achterkant die de oxidatiemiddel , vloeibare zuurstof
EZ-Rocket hoofdcomponenten Foto met dank aan XCOR Aerospace

Rutan voegde de externe brandstoftank toe omdat de originele Long-EZ-tanks niet waren ontworpen om alcohol vast te houden of hoge druk te weerstaan. Hij voegde de zuurstoftanks toe omdat raketmotoren hun eigen toevoer van zuurstof moeten dragen (vliegtuigmotoren halen hun zuurstof uit de atmosfeer).

EZ-Rocket-motoren en zuurstoftanks Foto met dank aan XCOR Aerospace

Elke raketmotor op de EZ-Rocket produceert 400 pond stuwkracht, of kracht (elk Spaceshuttle hoofdmotor , of MKB, produceert ongeveer 375, 000 pond stuwkracht). Raketmotoren hoeven niet de enorme hoeveelheden kracht te produceren die de spaceshuttle doet, omdat ze niet zoveel massa hoeven op te tillen als de spaceshuttle. Net als de motoren van de spaceshuttle, De motoren van EZ-Rocket zijn: regeneratief gekoeld . Dit betekent dat de koude vloeibare brandstof rond de verbrandingskamers wordt gepompt om overtollige warmte af te voeren en te voorkomen dat ze smelten. De EZ-Rocket heeft genoeg brandstof voor slechts 3,5 minuten raketbrandtijd.

We zullen nu precies bekijken hoe de EZ-Rocket werkt.

De brandstof en oxidatiemiddel

De keuze voor vloeibare zuurstof en alcohol (of LOX/alcohol) als oxidatiemiddel en brandstof voor de EZ-Rocket heeft verschillende voordelen. Het heeft een specifieke impuls van 250 tot 270 seconden (specifieke impuls is de stuwkrachteenheid per eenheid drijfgas die in de loop van de tijd is verbruikt). In tegenstelling tot, De combinatie van vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof van de shuttle heeft een specifieke impuls van 453 seconden. Hoe langer de impulstijd, hoe efficiënter de brandstof en hoe sneller de raket kan gaan. In aanvulling, dit type motor heeft geen uitgebreide cryogene koeling nodig voor zowel brandstof als oxidatiemiddel. Dit maakt het opslaan en tanken van de EZ-Rocket sneller en efficiënter.

Hoe het werkt

De EZ-Rocket bij het opstijgen Foto met dank aan XCOR Aerospace

Toen de piloot (meestal de broer van Bert Rutan, Dick) start de EZ-Rocket, alcohol stroomt onder druk vanuit de brandstoftank in de raketmotor. Een zuigerpomp pompt de vloeibare zuurstof in de motor. XCOR moest een unieke pomp ontwerpen omdat turbopompen die in andere raketmotoren worden gebruikt te groot zijn. Dan ontsteekt een elektrische ontsteker de brandstof en het oxidatiemiddel. De verbranding begint. en de hete gassen verlaten het raketmondstuk aan de achterkant, het genereren van de stuwkracht. Met beide motoren draaiend (met een stuwkracht van 800 pond), het duurt 20 seconden en 500 meter baan om op te stijgen.

De EZ-Rocket stijgt op, vliegen, en landt als een conventioneel vliegtuig, met enkele uitzonderingen:

  • De raketmotor brandt ongeveer twee minuten om 195 knopen (Mach 0,4) te bereiken. Conventionele vliegtuigen van dezelfde grootte en hetzelfde type (Long-EZ) kunnen deze snelheden niet bereiken - alleen straalvliegtuigen kunnen dat.
  • Het raketvliegtuig klimt op 10, 000 voet per minuut (52 meter per seconde).
  • Het kan een maximale hoogte bereiken van bijna twee mijl (10, 000 voet, of ongeveer 3 kilometer).
  • Tijdens de vlucht, de piloot kan de raketmotor in- en uitschakelen om aanpassingen te maken, zoals in de rij staan ​​op de landingsbaan.
  • Als de brandstof op is, het raketvliegtuig glijdt naar een landing op de landingsbaan. De meeste vliegtuigen landen onder stroom.

In een proef, de piloot voerde een a . uit touch-and-go manoeuvre -- hij landde op de landingsbaan zonder stroom, rolde enkele honderden meters, ontstak de raketmotor opnieuw en vertrok weer. De EZ-Rocket heeft met succes 15 vluchten en een aantal tests uitgevoerd, inclusief touch-and-go manoeuvres en een in-flight afbreken manoeuvre. Het heeft ook zijn capaciteiten laten zien op vliegshows, waaronder de 2005 X-Cup Rocket Racing Exposition in New Mexico.

Een testvuur van de LOX/alcohol-motor van de EZ-Rocket. De reeks ringen in de pluim zijn schokdiamanten, of Mach-schijven, die optreden wanneer de druk van de uitlaatpluim lager is dan de atmosferische druk. Foto met dank aan XCOR Aerospace

Terwijl de EZ-Rocket op het Long-EZ casco werd gebouwd, het was nooit bedoeld voor persoonlijk gebruik - alleen als testbed voor nieuwe technologieën. Maar zoals elk vliegtuig of ruimtevaartuig, er moeten veiligheidsvoorzieningen zijn ingebouwd om te voldoen aan de meest voorkomende noodgevallen, zoals brand in de motor of motorstoring. De EZ-Rocket heeft een ultraviolette brandsensor in de motorruimte die is aangesloten op het instrumentenpaneel, die de piloot waarschuwt voor elke brand in de motor. Twee grote flessen helium onder druk in de baai worden gebruikt als brandblussers wanneer de piloot een schakelaar op het instrumentenpaneel indrukt. Elke motor heeft zijn eigen besturingssystemen en kan onafhankelijk worden in- en uitgeschakeld (de EZ-Rocket kan op één motor klimmen). Elke motor heeft ook een explosieschild gemaakt van Kevlar en een doorbrandsensor die de piloot signaleert wanneer de brandstof op is.

Indien nodig, de piloot kan beide brandstoftanks drukloos maken en de alcohol en/of de vloeibare zuurstof in de atmosfeer laten ontsnappen. Hij kan ook de brandstof naar beide motoren afsluiten als er brand is of als één motor niet afslaat. De hoofdkleppen en de ontsteker zijn met elkaar verbonden om te voorkomen dat gassen zich ophopen in de verbrandingskamer en onbedoeld ontbranden, en de drijfgaskleppen zijn aan elkaar gekoppeld om de kleptiming te coördineren. De kap kan snel open en de piloot heeft een parachute voor het geval hij de EZ-Rocket moet verlaten.

XCOR heeft veel van deze veiligheidsvoorzieningen met succes getest tijdens het afbreken tijdens de vlucht. Nu bouwt het bedrijf voort op het succes van de EZ-Rocket met twee nieuwe projecten. We zullen hier meer over leren in de volgende sectie.

Rocket Racers en Xerus

Een poster voor Leading Edge Rocket Racing, het eerste Rocket Racing League-team Afbeelding met dank aan Rocket Racing League

De EZ-Rocket heeft zijn laatste vluchten gemaakt om nieuwe raketvliegtuigtechnologieën te testen. XCOR Aerospace gaat nu verder met twee nieuwe projecten:de ontwikkeling van raketracers en een suborbitaal ruimtevaartuig.

Rocket Racers

Dr. Peter Diamandis, oprichter van de Ansari X-Prize, heeft de Rocket Racing League (RRL) met Granger Whitelaw, een tweevoudig Indianapolis 500-kampioen. Diamandis en Whitelaw voorzien een brede televisie-uitzending en een grote opkomst van het publiek zoals die van NASCAR. De Rocket Racers zullen wereldwijd racen in onafhankelijke evenementen, op een hoogte van 5000 voet, twee mijl lange baan. Fans zullen de vliegtuigen door een virtuele baan zien vliegen die is gemaakt door Sportvision (hetzelfde bedrijf dat de "1e en 10" lijn op voetbalvelden heeft gemaakt). Het seizoen zal uitmonden in een kampioenschapsrace voor een beurs van $ 2 miljoen op de X Prize Cup, een jaarlijks evenement in Las Cruces, New Mexico.

De Rocket Racing League zal de aanzet geven tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën van particuliere bedrijven en nieuwe generaties raketwetenschappers inspireren. Raketrace-testdemonstraties werden uitgevoerd op de X-Prize Cup 2005. In januari 2006, de Rocket Racing League kondigde een wedstrijd aan voor fans om de eerste Mark-1 X-Racer te noemen. De prijs omvat een eenjarige VIP-pas voor alle Rocket Racing League-evenementen. De winnaar wordt in oktober 2006 bekend gemaakt, wanneer de Mark-1 X-Racer voor het eerst aan het publiek wordt onthuld.

Artist's rendering van een Rocket Racing League-locatie Afbeelding met dank aan Rocket Racing League Het Mark-1 X-Racer-ontwikkelingsvoertuig Foto met dank aan Rocket Racing League

Xerus:de volgende stap van XCOR

Het volgende project van XCOR Aerospace is de creatie van een suborbitaal ruimtevliegtuig, Xerus. Ze hebben drie markten geïdentificeerd die zouden kunnen profiteren van een goedkope, herbruikbare draagraket:

  • Ruimtetoerisme - Veel mensen willen zwaartekracht en de ruimte ervaren, maar kan zich geen rit van 20 miljoen dollar in een baan om de aarde veroorloven. Een suborbitale vlucht zou passagiers drie minuten gewichtloosheid geven op een hoogte van 60 mijl (100 km).
  • Suborbitale ladingen - Momenteel, de spaceshuttle of sondeerraketten dragen veel kleinschalige wetenschappelijke experimenten die niet noodzakelijk in een baan om de aarde hoeven te zijn. Sommige van deze experimenten zijn ondergeschikt aan de missie van de shuttle en kunnen van een vlucht worden gestoten. Met de Xerus, ze zouden speciale missies kunnen hebben.
  • Microsatellieten lanceren - De Xerus zou kunnen dienen als de eerste trap om kleine satellieten met kleine ladingen te leveren. Het lanceervoertuig zou de satelliet op een kleinere rakettrap vervoeren, geef het vrij, en laat die raket de microsatelliet in een baan om de aarde brengen. Dit zou goedkoper zijn dan het gebruik van speciale meertrapsraketten of de spaceshuttle.
Artistieke weergave van de Xerus Afbeelding met dank aan XCOR Aerospace

Xerus zal verschillende hoofdmotoren gebruiken om een ​​hoogte van 100 mijl (ongeveer 65 km) te bereiken, kust dan naar 130 mijl (ongeveer 100 km). Het zal een topsnelheid van Mach 4 bereiken, ongeveer 10 keer sneller dan de EZ-Rocket, en zal opstijgen en landen als een conventioneel vliegtuig. Eenmaal buiten de atmosfeer, het vaartuig zal raketmotoren van 50 lb gebruiken om te manoeuvreren (houdingscontroles). Xerus zal gebruik maken van rakettechnologie op vloeibare brandstof zoals die is ontwikkeld en getest op EZ-Rocket. Het zal ook zuigerpompen gebruiken voor zowel de brandstof als het oxidatiemiddel (EZ-Rocket gebruikt er slechts één voor het oxidatiemiddel). XCOR ontwikkelt deze technologie voor NASA en het ministerie van Defensie.

Artistieke weergave van de Xerus die een kleine lading lanceert Foto met dank aan XCOR Aerospace

Zodra XCOR klaar is met het ontwerp voor Xerus, het plant een programma van 20 testvluchten.

Voor veel meer informatie over de EZ-Rocket, de Rocket Racing League, Xerus en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Eerdere raketvliegtuigen

De Duitsers ontwikkelden raketvliegtuigen - de Lippisch Ente en de Messerschmitt Me 163 Bs en Cs - samen met straalmotoren tijdens de Tweede Wereldoorlog. Deze vliegtuigen bereikten snelheden van 600 mijl per uur (966 km/u), net onder de snelheid van het geluid. De Sovjet-Unie experimenteerde ook met raketvliegtuigen, en de Japanners ontwikkelden zelfs een kamikaze-bommenwerper met raketaandrijving.

Na de Tweede Wereldoorlog, raketvliegtuigen werden experimenteel gebruikt om de prestaties van vliegtuigen bij hypersonische snelheden te testen. Op 14 oktober 1947, Chuck Yeager was de eerste die de geluidsbarrière doorbrak in het Bell X-1-raketvliegtuig.

Misschien wel het beroemdste raketvliegtuig was NASA's X-15. De X-15 is gebouwd om de aerodynamica te onderzoeken, stabiliteit, vlucht controles, verwarming, en fysiologische effecten van hoge snelheid, vlucht op grote hoogte. Het maakte 199 vluchten tussen juni 1959 en oktober 1968 en zette hoogte (354, 200 voet, of 67 mijl) en snelheid (4520 mph, of Mach 6.7) records voor geloodst, hypersonische vlucht. De informatie uit het programma was nuttig bij de ontwikkeling van de Mercury, Tweeling, Apollo- en Space Shuttle-programma's.

Lees verder

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe vliegtuigen werken
  • Hoe raketmotoren werken
  • Hoe SpaceShipOne werkt
  • Achter de X-prijs
  • Hoe Kracht, Stroom, Koppel en energiewerk
  • Hoe Space Shuttles werken
  • Hoe ruimtetoerisme werkt
  • Hoe ruimtevliegtuigen werken
  • Hoe het verkenningsvoertuig voor de bemanning zal werken
  • Hoe satellieten werken
  • Hoe gewichtloosheid werkt
  • Kun je een raketmotor maken met waterstofperoxide en zilver?
  • Wat veroorzaakt een sonische knal?

Meer geweldige links

  • XCOR Lucht- en ruimtevaart
  • De X Prize Cup
  • De Rocket Racing League
  • Populaire wetenschap:X-racers, Start je raketten!-- Februari 2006
  • Machineontwerp:raketvliegtuig vestigt record - 23 februari 2006

bronnen

  • Belfiore, Michaël. "X-racers, Start je raketten!" Populaire wetenschap, Februari 2006. http://www.popsci.com/popsci/aviationspace/f1fd870c7a079010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
  • "Raketvliegtuig vestigt record." Machine ontwerp, 23 februari 2006. http://www.machinedesign.com/ASP/viewSelectedArticle.asp?strArticleId=59966&strSite=MDSite&catId=0
  • XCOR Aerospace:EZ-Rocket http://xcor.com/ez.html
  • XCOR Aerospace:Suborbital gaan http://xcor.com/suborbital.html
  • De X-Prize Cup http://www.xpcup.com/index.cfm
Bedankt

Dankzij Charles Scott Williams voor zijn hulp bij dit artikel.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Doel van een Cell
  2. Waarom is UV-licht schadelijk?
  3. Het Bohr-model:snel vervangen maar nooit vergeten
  4. Hoe werkt het skeletsysteem met het ademhalingsstelsel?
  5. Hoe onderhoudt een cel homeostase?
  6. Microevolution vs Macroevolution: Similiarities & Differences
  7. Wat zijn twee typen endoplasmatisch reticulum?
  8. Welke soorten moleculen kunnen door het plasmamembraan worden gevoerd door eenvoudige diffusie?
  9. Hoe biologie te integreren met chemie en natuurkunde

Wetenschap