Omstartbart fast bränsle: rymdframdrivningens heliga graal är närmare tack vare plasma

Flygindustrin har under många år arbetat med utvecklingen av raketer som drivs av fasta bränslen. Dessa har många fördelar, såsom enkelhet, lång livslängd och högt förhållande mellan dragkraft och vikt. De har dock en stor nackdel.

När dessa bränslen börjar brinna fortsätter de att göra det tills de är förbrukade. Det finns inget sätt att stoppa och starta om reaktionen, som normalt görs vid rymdmanövrar. Trots allt har en grupp forskare från Aerospace Corporation, University of Southern California och Naval Postgraduate School arbetat med utvecklingen av en ny generation fasta bränslen, där det finns lösningar för vart och ett av dessa problem.

För tillfället har de bara ett proof of concept i laboratoriet, men den första experimentella utvecklingen har gett mycket goda resultat.

Problemet. Fasta bränslen är block av fast drivmedel som redan innehåller det oxiderande ämne som, med den nödvändiga gnistan, startar förbränningsreaktionen. Problemet med dessa bränslen är att när de väl börjar brinna finns det inget som stoppar dem och startar om dem.

Det skulle vara bra att använda el för att diktera när förbränningen startar och slutar, men hittills har det inte varit möjligt. I Xataka Japan testas en raketmotor som drivs av kogödsel framgångsrikt.

En ingrediens och en mekanism. Dessa forskare har utvecklat sitt fasta bränsle med hjälp av en jonisk flytande polymer. Även om denna manipuleras för att utgöra en del av en fast matris, behåller den de elektriska konduktivitetsegenskaperna hos de smälta salterna som den tillverkades med.

Å andra sidan genomgår detta nya fasta bränsle en process som kallas nanosekundspulsad plasmaurladdning (NPPD). I denna process genereras mycket korta pulser med mycket hög spänning som varar mindre än 100 nanosekunder, vilket ger upphov till en joniseringsprocess där plasma erhålls som en produkt. Vad då?

NPPD-plasma genereras i gasen i förbränningszonen. Vid jonisering genereras elektroner och fria radikaler som tack vare drivmedlets jonledningsförmåga kan interagera med flamfronten och kontrollera förbränningen. Detta kan stoppas eller återaktiveras genom att aktivera eller avbryta de elektriska pulserna.

Andra fördelar. Andra stora fördelar med dessa bränslen är att de på grund av sin kompakta form kan integreras i alla typer av rymdplattformar, från CubeSats till stora fartyg.

Flest förmånstagare. Även om många byråer och företag skulle kunna hoppa på fastbränsletåget om de blir livskraftiga, kommer de största förmånstagarna att vara små satellitoperatörer, eftersom de vanligtvis inte har råd med en komplex bas för flytande drivmedel på sina raketer.

Även om de är enklare behöver de också manövrera, slå på eller stänga av förbränningen i steg som t.ex. orbitinsättning. Fastbränslemotorer är enklare och kan vara billigare. Om de problem de redan har löses kommer de att bli en riktig revolution för stora och små fiskar.

Bild | 中央通訊社 I Xataka | 2023 var året med flest rymduppskjutningar i historien. Den stora majoriteten av SpaceX och Kina