Wat drijft raketten aan?

We gebruiken raketten om ons naar de grenzen van de menselijke verkenning te brengen en de technologie in te zetten die verafgelegen individuen verbindt en ons in staat stelt om sommige van onze meest complexe technologie te creëren en te implementeren. Toch is van alle motoren die ons en onze systemen bewegen, de raketmotor waarschijnlijk de eenvoudigste.

Verbranding

Wanneer brandstof verbrandt, combineert het met zuurstof om lichtere gassen en hitte te vormen. Dit heet verbranding. De gassen expanderen snel omdat ze veel minder dicht zijn dan de brandstof zelf. Wanneer het buskruit in een knalblad verbrandt, hebben de expanderende gassen nergens heen te gaan, dus de plotselinge druktoename vernietigt de behuizing van het knalblad. De zwakke afdichting tussen de behuizing en de kogel in een patroon munitie laat de expanderende gassen de kogel van de behuizing afduwen en uit het loop van het geweer. Het duwt ook het geweer weg van de verbrandingsplaats, wat de rugslag veroorzaakt wanneer een geweer wordt afgevuurd. Verbrandingsmotoren verbranden brandstof om beweging te creëren, maar waar gasmotoren die verbranding gebruiken om complexe machines te bewegen, gebruiken raketten hun kracht direct. In een raketmotor, net als bij een kogel, is de kracht die ontstaat door de verbranding van brandstoffen gericht in één richting; gericht naar de opening van het loop in een geweer en naar de opening aan de onderkant van de raket in een raketmotor. In plaats van de verbranding te gebruiken om een projectiel van de expanderende gassen weg te duwen, gebruikt een raketmotor die kracht om zichzelf van de expanderende gassen weg te stoten, net als de rugslag van een geweer.

Oxideringsmiddel

Raketbrandstof is een combinatie van brandstof en oxideringsmiddel. Brandstof heeft zuurstof nodig om te verbranden. Alle zuurstof die in de lucht binnenin een raketmotor aanwezig is, wordt snel verbruikt tijdens verbranding. Raketmotoren gebruiken oxideringsmiddelen, stoffen die zuurstof vrijgeven tijdens het verbranden van de brandstof, om een constante bron van zuurstof te bieden. De twee hoofdtypes brandstof die in raketbrandstof gebruikt worden, zijn vast en vloeibaar.

Vaste brandstof

Vaste brandstoffen zijn lichtgewicht en stabiel bij kamertemperatuur. Ze zijn ontworpen met een holle kern die de expanderende gassen laat ontwijken tijdens het verbranden van de brandstof. Het oxideringsmiddel is geïntegreerd in het brandstofmengsel. Vaste brandstoffen kunnen niet worden gestopt zodra ze zijn ontsteekt. Deze motoren branden tot hun brandstof op is. De twee vaste raketboosters aan weerskanten van de externe tank van de ruimteshuttle leveren de hoofddruk tijdens de lancering. Vanwege hun stabiliteit en eenvoud worden vaste brandstoffen ook gebruikt in commerciële modelraketten.

Vloeibare brandstof

In een raket die vloeibare brandstoffen gebruikt, worden de brandstof en het oxideringsmiddel in afzonderlijke tanks opgeslagen. De twee vloeistoffen worden gemengd, vaak gespoten samen in de verbrandingskamer, en ontbranden bij contact of worden ontsteekt door een externe ontbrandingsbron, afhankelijk van het type brandstof dat gebruikt wordt. Deze brandstoffen zijn minder stabiel dan vaste brandstoffen – vloeibare zuurstof, een veelvoorkomend oxideringsmiddel, moet bij een zeer lage temperatuur worden gehouden om vloeibaar te blijven. De verbranding van vloeibare brandstof kan echter worden aangepast of zelfs gestopt voordat de brandstof op is. De grote externe tank waaraan de ruimteshuttle tijdens de lancering vastzit, draagt de vloeibare brandstof die de shuttle tijdens de lancering gebruikt.