Rozwój i zastosowanie rakietowych napędów hybrydowych

• Autorzy: Surmacz P. , Rarata G.

Warianty tytułu

EN

Hybrid rocket propulsion development and application

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesny intensywny rozwój oraz wykorzystanie technik satelitarnych stawiają przed napedem rakietowym coraz większe wymagania. Jednym z najważniejszych jest dążenie do ograniczenia kosztów transportu kosmicznego, w przeliczeniu na 1 kilogram ładunku. Nie tylko rakiety kosmiczne wykorzystują silniki rakietowe. Ich zastosowanie obejmuje równiez korektę i transfer orbity sztucznych satelitów, napęd sond kosmicznych, pojazdów księżycowych i międzyplanetarnych, a także lądowników. Uwagę zwraca nowa dziedzina transportu, zwana turystyką kosmiczną. Wszystkie wymienione obszary wymagają zastosowania różych rodzajów i wielkości (impulsów całkowitych) napędów rakietowych. Upowszechnienie dostępu do rpzestrzeni kosmicznej wymaga redukcji kosztów rozwoju, produkcji i eksploatacji systemów transportu, przy zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Od stosowanych materiałów pędnych wymaga się wysokich osiagów, bezpiecznego i długotrwałego przechowywania, a takż minimalnego wpływu produktów spalania na środowisko naturalne. Wymagania odnosnie silników rakietowych coraz częściej obejmują możliwość sterowania wartością ciągu oraz zdolność do wielokrotnego uruchomienia. Atrybuty te generalnie nie mają zastosowania w odniesieniu do tanich i prostych w budowie napędów rakietowych na stały materiał pędny. Natomiast silniki na materiał ciekły, pomimo znacznie szerszych możliwości zastosowania, charakteryzuje złożona budowa i związany z tym wysoki koszt rozwoju, produkcji i eksploatacji. W okreśIonych segmentach transportu kosmicznego rozważa się wykorzystanie napędu hybrydowego. Do zastosowań tych należą małe i średnie satelity (transfer i korekta orbit), lądowniki księżycowe i planetarne oraz samoloty do turystyki kosmicznej. Część z wymienionych potencjalnych zastosowań silników hybrydowych została sprawdzona i zyskała aprobatg do dalszych działań rozwojowych. Podstawowym kryterium stosowania tego typu napędu rakietowego są: prostota, bezpieczeństwo pracy, możliwość restartowania i sterowania siłą ciągu. Materiały pędne dla silników hybrydowych sa najcześciej łatwo przechowywalne i nietoksyczne. Co więcej, wstępne odseparowanie paliwa i utleniacza, znajdujących się podczas składowania w różnych fazach, istotnie wpływa na bezpieczeństwo przechowywania i transportu. Wszystkie te aspekty kwalifikują napęd hybrydowy do wykorzystania w określonej grupie zastosowań.

EN

Nowadays, the satellite technology development becomes very intensive. Progress in the satellite technology requires many desirable features from the rocket propulsion. One of the most important is reduction of the overall transport cost, with reference to one kilogram of payload. Rocket engines are being used not only for launch vehicles. The application includes also satellite manoeuvring and orbit transfer, space probe and lander propulsion. There is a very interesting new transport area called space tourism. In order to make the Space widely accessible, it is necessary to reduce the development, production and utilization cost of space transportation systems. It must also not influence the safety level. Features including high performance, storability, non-toxicity and safety of rocket propellants are required. There are also many other features essential for a rocket engine. Among them the most important are restart ability and throttling ability. These features cannot be reached by a solid rocket motor. Although a liquid rocket engine might be both restartable and throttlable, it is complicated and very expensive to develop. Hybrid rocket propulsion is being considered in several specific areas of space transportation. Those applications are: microsatelites (manoeuvring and orbit transfer), lunar and planetary landers, suborbital and orbital tourism vehicles. Some of these applications have been already approved and are still being developed. The most positive qualities of a hybrid propulsion are: simplicity, safety, stop and restart ability, throttling ability. Hybrid propellants are mostly storable and non-toxic. What is more, fuel and oxidiser are separated and stored in different phases, which positively affects on the safety level.

Słowa kluczowe

PL

rakietowe napędy hybrydowe; rozwój; zastosowanie

EN

hybrid rocket propulsion; development; application

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2009
• Tom: Nr 3 (198)
• Strony: 123--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Surmacz P.

autor

Rarata G.

• Instytut Lotnictwa

Bibliografia

• [1] B. Cantwell, A. Karabeyoglu, G. Zilliac: Recent Advances in Hybrid Propulsion, Stanford University Department of Aeronautics and Astronautics, 2007.
• [2] A. Karabeyoglu: Hybrid Rocket Propulsion for Future Space Launch, Stanford University Department of Aeronautics and Astronautics, 2008.
• [3] A. Karabeyoglu, G. Zilliac, B. J. Cantwell, S. De Zilwa, P. Castelluci: Scale-up tests of high regression rate liquefying hybrid rocket fuels, AIAA 2003-6475, 2003.
• [4] G. P. Suton, O. Biblarz: Rocket Propulsion Elements, Seventh Edition, 2001.
• [5] N. A. Davydenko, R. G. Gollender, A. M. Gubertov, V. V. Mironov, N. N. Volkov: Hybrid rocket engines: The benefits and prospects, Moscow FSUE “Keldysh Research Center”, 2006.
• [6] E. J. Jacob: The Effect of Oxidizer Laced Hybrid Rocket Regression Rates and Performance, University of Tennessee Space Institute, Tullahoma, 2007.
• [7] K. Lohner, J. Dyer, E. Doran, Z. Dunn: Fuel Regression Rate Characterization Using a Laboratory Scale Nitrous Oxide Hybrid Propulsion System, AIM 2006-4671, 2006.
• [8] A. McCormick, E. Hultgren, M. Lichtman, J. Smith, R. Sneed, and S. Azimi: Design, Optimization, and Launch of a 3" Diameter N20/Aluminized Paraffin Rocket, AIAA, 2005.
• [9] M. C. Ventura: Long Term Storability of Hydrogen Peroxide, 41 st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Tucson, AZ, July 10-13, 2005.
• [10] Wouter A., Jonker, A. E. H. Mayer, Barry T.C. Zandbergen, Development of o Rocket Engine Igniter Using the Catalytic Decomposition of Hydrogen Peroxide, Delft, Netherlands, 2006.
• [11] E. Wernimont, M. Ventura, G. Garboden and P. Mullens: Past and Present Uses of Rocket Grade Hydrogen Peroxide, General Kinetics, LLC Aliso Viejo, CA 92656
• [12] K. K. Kuo, M. J Chiaverini, D. K Johnsonn, N. Serin: Fundamental Phenomena on Fuel Decomposition and Boundary-Layer Combustion Processes with Applications to Hybrid Rocket Motors, Propulsion Engineering Research Center, The Pennsylvania State University, PA 16802, June 30, 1996
• [13] G. Rarata, P. Surmacz, S. Siwiec, J. Kindracki, P. Wolański: Badania hybrydowego silnika rakietowego, Polskie Towarzystwo Astronautyczne, Postępy Astronautyki, vol. 30 no 1, 2007.
• [14] Encyclopedia Astronautica: http://www.astronautix.com
• [15] Peroxide Propulsion: http://www.peroxidepropulsion.com/