Wat is een raketmotor?
Een raketmotor is een type straalmotor, wat betekent dat het een reactiemotor is die stuwkracht veroorzaakt door een hogesnelheidstroom gas in de tegenovergestelde richting van de gewenste rijrichting af te voeren en zichzelf voortbeweegt vanwege het behoud van momentum. Het onderscheidende kenmerk van een raket is dat zijn voortstuwende straal volledig wordt geproduceerd uit de eigen drijfgasmassa van de motor, zonder dat deze wordt onttrokken aan de externe omgeving. Dit verschilt van andere vormen van straalmotoren, zoals turbojets, turbofans en ramjets, die hun brandstof mengen met perslucht uit de atmosfeer om hun brandstof te verbranden en een jet te produceren. Rocket-motortechnologie is essentieel voor ruimtevaart, omdat raketten buiten een atmosfeer kunnen werken. Raketten worden ook gebruikt voor doeleinden zoals vuurwerk, wapens en hogesnelheidsvliegtuigen.
Er bestaan verschillende vormen van raketmotoren. Het meest gebruikte type wordt een chemische raket genoemd. Een chemische raket wordt voortgestuwd door chemische reacties in zijn drijfgas die warmte produceren, waardoor een stroom hogesnelheidsuitlaat wordt geproduceerd die via de achterkant van de raket wordt afgevoerd. Elke chemische raket draagt een brandbare drijfgas als brandstoftoevoer. Dit wordt gecombineerd met een nog meer ontvlambare stof, de initiator of ontsteker genoemd. De initiator wordt ontstoken, meestal door een elektrische vonk of pyrotechnische lading, en de warmte ontsteekt op zijn beurt het drijfgas, dat brandt om een voortstuwende uitlaatstraal te produceren.
De drijfgaschemicaliën kunnen vaste stoffen, vloeistoffen of vaste stoffen zijn gecombineerd met vloeistoffen of gassen. In een raket met vaste brandstof wordt het vaste drijfgas, het graan genoemd, opgeslagen samen met oxiderende chemicaliën die als initiator dienen, terwijl raketten met vloeibare brandstof het vloeibare drijfgas en de initiator in afzonderlijke tanks opslaan totdat het tijd is om ze in de verbrandingskamer om te mengen. Hybride brandstofraketten gebruiken een vaste stuwstof, die vervolgens wordt gemengd met een vloeibare of gasvormige initiator opgeslagen in een afzonderlijke tank totdat deze klaar is voor gebruik.
De meest voorkomende vaste brandstof die tegenwoordig wordt gebruikt, wordt ammoniumperchloraat composietstuwmiddel (APCP) genoemd, wat verwijst naar een aantal verschillende chemische mengsels die zowel het drijfgas als de initiator bevatten. APCP omvat gewoonlijk het oxidatiemiddel ammoniumperchloraat (NH 4 ClO 4 ), elastische polymeren genaamd elastomeren en aluminium in poedervorm of andere metalen. Vloeibare raketbrandstoffen zijn vaak samengesteld uit vloeibare zuurstof gemengd met geraffineerde kerosine of vloeibare waterstof of uit distikstoftetroxide (N 2 O 4 ) gemengd met hydrazine (N 2 H 4 ) of een van zijn derivaten.
Solid-fuel raketten waren de eerste vorm van raketmotor, maar zijn grotendeels vervangen door efficiëntere ontwerpen voor vloeibare brandstof en hybride. Ze worden echter nog steeds vaak gebruikt voor doeleinden zoals vuurwerk en modelbouwraket, en worden soms in de ruimtevlucht gebruikt om kleine ladingen in een baan om de aarde te lanceren of als supplementen voor een raket met vloeibare brandstof om de nuttige lading te vergroten. De Space Shuttle gebruikt bijvoorbeeld een enkele grote raket met vloeibare brandstof geflankeerd door twee kleinere raketten met vaste brandstof om de baan te bereiken.
Een thermische raket gebruikt een drijfgas dat wordt verwarmd door een externe warmtebron in plaats van door chemische reacties in het drijfgas zelf. Heetwaterraketten, ook wel stoomraketten genoemd, gebruiken water als drijfgas door het te verwarmen om stoomstralen te produceren. Die worden vaak gebruikt in zeer snelle landvoertuigen, zoals drag racers. Elektrothermische raketten gebruiken elektrische velden om verwarmd plasma te produceren, dat vervolgens het drijfgas verwarmt om een straal te produceren. Elektrothermische raketten zijn nuttig voor het produceren van korte stoten en worden vaak gebruikt voor doeleinden zoals hoogteregeling in satellieten.
Verscheidene andere soorten thermische raketten zijn voorgesteld en kunnen uiteindelijk in gebruik komen. Een thermische zonne-raket zou zonne-energie als warmtebron gebruiken, hetzij door het drijfgas rechtstreeks bloot te stellen aan straling van de zon of zonne-energie te gebruiken om een warmtewisselaar aan te drijven die het drijfgas zou verwarmen. De zonne-energie zou worden verzameld en geconcentreerd door spiegels of lenzen om voldoende geconcentreerde warmte te leveren. Een thermische raketmotor kan ook worden aangedreven door energie die van een externe bron via laser- of microgolfstralen wordt overgebracht. Een nucleair aangedreven thermische raket zou zijn drijfgas kunnen verwarmen met de energie van een kernreactor of van het verval van radioactieve isotopen.