Wat is een cryogene motor?
Een cryogene motor is meestal een raketmotor die is ontworpen om ofwel aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen om sondes op afstand te sturen of om satellieten in een baan om de aarde te brengen. Ze gebruiken vloeibare brandstoffen die tot zeer lage temperaturen worden gekoeld en die anders bij normale atmosferische druk en temperatuur in een gasvormige toestand, zoals waterstof en zuurstof, zouden verkeren. Deze brandstoffen worden gebruikt in een van de twee hoofdontwerpen om drijfkracht te produceren. Ofwel wordt de waterstof verdampt als de brandstof en ontstoken door de oxidator van zuurstof om standaard hete raketstuwing te genereren, of ze worden gemengd om super hete stoom te creëren die uit het mondstuk van de motor komt en stuwkracht creëert.
Vijf landen hebben momenteel met succes geteste cryogene motoraandrijfsystemen vanaf 2011. Deze omvatten de Verenigde Staten, Rusland en China, evenals Frankrijk en Japan. Er wordt gewerkt aan het Duitse ruimtevaartcentrum in Lampoldshausen, Duitsland, om cryogene aandrijving te ontwikkelen. India heeft in 2009 ook een cryogeen raketontwerp in de praktijk getest, geproduceerd bij de Indian Space Research Organisation (ISRO), wat resulteerde in een catastrofaal falen van het testvoertuig.
Cryogene techniek voor raketbrandstoffen bestaat al sinds het ontwerp uit de jaren zestig van de Saturn V-raket, gebruikt door de Amerikaanse Apollo Moon-missies. De hoofdmotoren van de US Space Shuttle gebruiken ook cryogeen opgeslagen brandstoffen, evenals verschillende vroege modellen van intercontinentale ballistische raketten (ICBM's) die door Rusland en China als nucleaire afschrikmiddelen worden gebruikt. Vloeistofgestookte raketten hebben een grotere stuwkracht en daarom een snelheid dan hun tegenhangers met vaste brandstof, maar worden opgeslagen met lege brandstoftanks, omdat de brandstoffen moeilijk te onderhouden kunnen zijn en de motorafsluiters en fittingen na verloop van tijd verslechteren. Het gebruik van cryogene brandstof als drijfgas vereist opslagfaciliteiten voor de brandstof, zodat deze indien nodig in raketmotortanks kan worden gepompt. Omdat de lanceringstijd van raketten die worden aangedreven door een cryogene motor tot enkele uren kan worden uitgesteld, en de opslag van brandstof riskant is, schakelden de VS in de jaren tachtig over op alle vaste brandstof-nucleaire ICBM's.
Vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof worden respectievelijk opgeslagen bij niveaus van -423 ° Fahrenheit (-253 ° Celsius) en -297 ° Fahrenheit (-183 ° Celsius). Deze elementen zijn gemakkelijk te verkrijgen en bieden een van de grootste energieconversiepercentages van vloeibare brandstoffen voor raketvoortstuwing, dus ze zijn de voorkeursbrandstoffen geworden voor elk land dat werkt aan cryogene motorontwerpen. Ze produceren ook een van de hoogst bekende specifieke impulssnelheden voor chemische raketaandrijving tot 450 seconden. Specifieke impuls is een maat voor verandering in momentum per verbruikte eenheid brandstof. Een raket die 440 specifieke impulsen genereert, zoals een cryogene motor van de Space Shuttle in een vacuüm, zou een snelheid bereiken van ongeveer 9.900 mijl per uur (15.840 kilometer per uur), wat net voldoende is om het in een rottende baan rond de aarde te houden voor een langere tijdsperiode.
Een nieuwe variant op cryogene motoren is de Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) die wordt ontwikkeld door de National Aeronautics and Space Administration (NASA) in de VS. Het gebruikt typische vloeibare zuurstof en waterstofbrandstof, maar de hele motor zelf is ook onderkoeld. De brandstofmengsels zorgen voor oververhitte stoom van 5.000 ° Fahrenheit (2760 ° Celsius) als een vorm van raketstuwkracht die op en neer kan worden gesmoord van iets meer dan 100% tot 10% stuwkrachtniveaus, voor manoeuvreren in landingsomgevingen zoals op het oppervlak van de maan. De motor is al in 2006 succesvol getest en kan worden gebruikt voor zowel toekomstige Mars- als Moon-bemande missies.