Hvordan kan en raketmotor virke i rummet, hvor der ikke er ilt?
En forbrænding kræver ilt, men hvordan kan en flymotor så fungere i de højere luftlag, hvor luften er meget tynd, og hvordan kan en raketmotor brænde i rummet? Det spørger vi en vaskeægte raketnørd om.

Hvert rakettrin i den enorme rumraket Saturn V havde to tanke -- én til selve brændstoffet og én til flydende ilt. (Foto: NASA)

Hvert rakettrin i den enorme rumraket Saturn V havde to tanke -- én til selve brændstoffet og én til flydende ilt. (Foto: NASA)

 

Når noget skal brænde, skal der være ilt tilstede. Det gælder både, når der brændes benzin af i en bilmotor, når jetmotorer holder et fly i luften og når raketmotorer bruges til at sende en rumraket langt ud i rummet.

Det har fået vores læser Ole Horn til tasterne. Han spørger:

»Hvordan kan jetmotorer i de iltfattige højder få nok ilt til at lave en forbrænding - og hvordan kan raketter fungere i det totalt iltløse rum?«

Det kan videnskaben selvfølgelig svare på, og vi lægger hårdt ud med rumraketterne.

Ilten skal tages med hjemmefra

En raketmotor virker ved, at brændstoffet brændes af, så udstødningsgasserne farer ud gennem raketdyserne med høj fart. Når gasserne bevæger sig den ene vej, bevæger raketten sig den modsatte vej, jævnfør Newtons tredje lov om, at der til enhver aktion hører en lige så stor, men modsat rettet reaktion.

En forbrænding er en kemisk proces, hvor et stof reagerer med ilt under udvikling af varme, og spørgsmålet er så, hvordan en raketmotor kan fungere ude i rummet, hvor der ikke er noget ilt.

Man kan måske tænke sig til svaret ved at spørge sig selv om, hvordan en dykker kan trække vejret under vandet, hvor der ikke er luft.

Fakta

De første raketter brugte krudt Kineserne var sandsynligvis de første, der opsendte raketter, og det gjorde de ved hjælp af sortkrudt. Krudt er en blanding af svovl, trækul og salpeter, og i en fyrværkeriraket er svovl og kul brændslet, mens salpeter - kaliumnitrat, KNO3 - leverer den nødvendige ilt til forbrændingen.

Svaret er selvfølgelig, at dykkeren må sørge for at tage luft med sig ned i dybet, og på samme måde må en raket medbringe den ilt, der skal bruges i forbindelse med forbrændingen i motoren.

Ren ilt skal køles ned

Raketbrændstoffet kan for eksempel være petroleum, brint i flydende form eller en form for fast brændstof, og så skal der altså også bruges ilt i en eller anden form - og der skal bruges meget af det.

For at finde ud af, hvordan man pakker ilt sammen, så det kan komme med på en rumraket, ringer vi til Peter Madsen. Han har brugt de seneste mange år på at bygge forskellige former for raketter, og han står bag RaketMadsens Rumlaboratorium, hvor målet er at sende en mand ud i rummet.

»Raketter medbringer ilt, og det kan de gøre på forskellige måder. Det mest oplagte er at bruge ren ilt, men i gasform fylder ilt alt for meget. Så når det skal med en raket, skal det først køles ned til minus 183 grader celsius, for så bliver det flydende og fylder meget mindre,« fortæller Peter Madsen.

Den tyske V2-raket, der blev udviklet af Wernher von Braun under 2. verdenskrig, var den første rigtige rumraket. Den brugte flydende ilt, og det samme gjorde måneraketten Saturn V og de amerikanske rumfærger. Mange moderne raketter bruger også ilt i flydende form, dog ikke nødvendigvis til alle rakettrinene.

Pakkes ind i molekyler

»Problemet med den flydende ilt er, at den skal holdes ekstrem kold, for ellers fordamper den. Ren ilt i flydende form er besværligt at have med at gøre, så man har fundet på måder at gemme ilten i molekyler, der kan holde på den, indtil den skal bruges,« fortsætter Peter Madsen.

»Det kan for eksempel være i dinitrogentetraoxid, der har den kemiske formel N2O4 - altså to kvælstofatomer og fire iltatomer. Det er noget forfærdelig giftigt stads, men det er en væske, der er ret nem at have med at gøre. Det koger nemlig først ved lidt over 21 grader, så det kan altså opbevares ved stuetemperatur - eller en smule under.«

Luften suges ind i jetmotoren og komprimeres, før den blandes med brændstoffet, der så antændes. (Tegning: NASA)

»En tredje mulighed er at bruge ammonium­perklorat, et ammoniaksalt med formlen NH4ClO4. Det er et fast stof,« siger han.

 

Fly har ikke ilt med

Peter Madsen har selv arbejdet med alle tre af de såkaldte oxidationsmidler, og der findes faktisk flere endnu - eksempelvis saltet kaliumperklorat (KClO4), som Peter Madsen senest har kastet sin kærlighed på.

Under alle omstændigheder skal der ilt med op, og typisk fylder og vejer ilten - hvad enten der er ren eller bundet i molekyler sammen med andre grundstoffer - faktisk mere end selve brændstoffet. En meget stor del af rakettens løftekraft skal bruges til at løfte den nødvendige ilt.

Jetmotorerne på et fly har også brug for ilt til forbrændingen af flybrændstoffet, og til forskel fra raketter medbringer fly ikke deres egen ilt. Flymotorer har altså brug for atmosfærens ilt for at virke, og det betyder også, at der er grænser for, hvor højt op et fly kan komme.

 

Den tynde luft suges ind i motoren

I en jetmotor suges luften ind og komprimeres, før den sendes ind i brændkammeret, blandes med flybrændstof og antændes. De varme gasser udstødes med høj hastighed, og når udstødningsgasserne sendes bagud, skubbes flyet fremad.

Almindelige passagerfly flyver typisk i en højde på omkring 10 kilometer, og deroppe er luften meget tyndere end ved jordoverfladen. Der er mindre ilt til rådighed for motorerne, men til gengæld skal der så heller ikke så meget kraft til at drive flyet fremad, for luftmodstanden er jo også meget mindre.

Jo større flyvehøjde, desto mindre bliver brændstofforbruget, men der skal stadig kunne suges nok luft (og dermed ilt) ind til forbrændingskammeret, så der er trods alt grænser for hvor højt op, et fly med jetmotorer kan komme.

Vi håber, at det er svar nok til Ole Horn, der får en T-shirt som tak for det gode spørgsmål. Andre gode spørgsmål, som kræver et videnskabeligt svar, kan sendes til sv@videnskab.dk.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om det utroligt velbevarede dinosaur-foster, som du kan se herunder.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk