Vad är en kryogen motor?
En kryogen motor är vanligtvis en raketmotor som är utformad för att antingen undvika jordens tyngdkraft för att skicka sondor i avstånd eller för att lyfta satelliter till bana. De använder flytande bränslen som kyls till mycket låga temperaturer och som annars skulle vara i gasformigt tillstånd vid normalt atmosfärstryck och temperatur, såsom väte och syre. Dessa bränslen används i en av två huvudkonstruktioner för att producera drivkraft. Antingen förångas vätet som bränslet och antänds av oxideraren av syre för att generera standard het raketkraft, eller så blandas de för att skapa super het ånga som kommer ut från motorens munstycke och skapar tryck.
Fem nationer har för närvarande framgångsrikt testade kryogena motorframdrivningssystem från och med 2011. Dessa inkluderar USA, Ryssland och Kina samt Frankrike och Japan. Arbetet vid det tyska flyg- och rymdcentret i Lampoldshausen, Tyskland, pågår för att utveckla kryogen framdrivning. Indien har också testat en kryogen raketdesign så sent som 2009, producerad vid Indian Space Research Organization (ISRO), vilket resulterade i katastrofalt fel i testfordonet.
Kryogenteknik för raketbränslen har funnits sedan åtminstone 1960-talets design av Saturn V-raket, som används av Förenta staternas Apollo Moon-uppdrag. Den amerikanska rymdfärjens huvudmotorer använder också kryogenlagrade bränslen, liksom flera tidiga modeller av interkontinentala ballistiska missiler (ICBM) som används som kärnkraftsavskräckande medel av Ryssland och Kina. Flytande eldade raketer har högre tryckkraft och därför hastighet än deras massbränslade motsvarigheter, men lagras med tomma bränsletankar, eftersom bränslena kan vara svåra att underhålla och försämrar motorventiler och armaturer med tiden. Att använda kryogent bränsle som drivmedel har krävt lagringsutrymmen för bränslet, så att det kan pumpas in i raketmotorns behållare när det behövs. Eftersom lanseringstiden för missiler som drivs med en kryogen motor kan försenas upp till flera timmar, och lagring av bränsle är riskabelt, konverterade USA till alla fasta kärnkrafts ICBM på 1980-talet.
Flytande väte och flytande syre lagras i nivåer av -423 ° Fahrenheit (-253 ° Celsius) respektive -297 ° Fahrenheit (-183 ° Celsius). Dessa element erhålls lätt och erbjuder en av de största energiomvandlingsfrekvenserna för flytande bränslen för raketframdrivning, så de har blivit de bränslen som valts för varje nation som arbetar med kryogent motorkonstruktion. De producerar också en av de högsta kända specifika impulshastigheterna för kemisk raketframdrivning på upp till 450 sekunder. Specifik impuls är ett mått på förändring i fart per enhet förbrukat bränsle. En raket som genererar 440 specifik impuls, till exempel en kryogen rymdmotor i vakuum, skulle uppnå en hastighet på cirka 9 900 mil per timme (15 840 kilometer per timme), vilket är tillräckligt för att hålla den i en förfallande bana runt jorden för en förlängd tid.
En ny variation på kryogena motorer är Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) som utvecklas av National Aeronautics and Space Administration (NASA) i USA. Den använder typiskt flytande syre och vätebränsle, men hela själva motorn är också superkyld. Bränslet blandas för att skapa 5 000 ° Fahrenheit (2 760 ° Celsius) överhettad ånga som en form av rakettryck som kan strypas upp och ner från drygt 100% till 10% trycknivåer, för att manövrera i landningsmiljöer som på ytan av månen. Motorn har genomgått framgångsrika tester så sent som 2006 och kan användas på både framtida Mars- och Moon bemannade uppdrag.