Raket

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Zie het artikel Zie Raket (ijs) voor het gelijknamige ijsje.
Zie het artikel Zie Raket (plantengeslacht) voor het gelijknamige plantengeslacht.
De V-2, de eerste ballistische raket

Een raket is een voorwerp voortgedreven door een reactiemotor met de benodigde reactiemassa aan boord.

Stuwkracht[bewerken]

De raket krijgt impuls naar voren door massa (meestal hete gassen) met hoge snelheid naar achteren uit te werpen. Omdat naast de brandstof ook de Oxidator (zoals zuurstof) voor de motor aan boord zijn kan een raket ook in vacuüm werken. Een belangrijke parameter van een raketsysteem is de specifieke impuls: hoe hoger, hoe zuiniger in gebruik van reactiemassa. Daarnaast is bij een lancering essentieel dat de raket meer kracht kan uitoefenen dan zijn eigen gewicht. Eenmaal in de ruimte kan een langdurige werking met beperkte capaciteit ook goed werken. De benodigde energie komt meestal uit een chemische reactie die de reactiemassa ondergaat (chemische raket), maar kan bijvoorbeeld in de ruimte bij langdurige werking met beperkte capaciteit ook van de zon komen.

Een grote chemische raket is vaak een meertrapsraket. Sommige lanceertuigen zijn modulair opgebouwde raketten. Dat houdt in dat afhankelijk van de massa, het formaat en de vereiste snelheid van de lading er extra hulpraketten, een andere of een extra bovenste rakettrap of een ander formaat neuskegel gebruikt kunnen worden.

Aërodynamica en besturing[bewerken]

Vroegere en hedendaagse simpele, kleine raketten hebben een scherpe vorm om de luchtweerstand zo laag mogelijk te houden. De vinnen (net zoals vissen die hebben) zorgden ervoor dat dit soort raketten niet onbeheerst om hun as gaan draaien of wiebelen tijdens het atmosferische gedeelte van de vlucht. Door de vinnen te draaien kan zo'n raket worden bestuurd.

Grotere raketten hebben tegenwoordig meestal een stompe (afgeronde) neuskegel omdat deze de hitte als gevolg van supersonische luchtwrijvingsweerstand beter kunnen afvoeren. Uitzondering hierop zijn de raketten die een ruimteschip met ontsnappingstoren (zoals Sojoez en Orion) lanceren. Na het passeren van de Kármánlijn die algemeen als grens van de ruimte wordt gezien wordt de aërodynamische neuskegel die de lading tegen winddruk beschermt afgeworpen. Op die hoogte is praktisch geen lucht meer en met minder massa aan boord kan de raket effectiever versnellen.

De besturing gebeurt niet meer door vinnen maar wordt met de volgende (combinatie van) methodes bewerkstelligd:

  • Een bewegende raketmotor of beweegbare straalpijp die enkele graden opzij van de raket-as gericht kan worden.
  • Veniermotoren. Dit zijn geen daadwerkelijke raketmotoren, maar twee kleinere richtbare straalpijpjes aan weerszijde van een niet beweegbare hoofdstraalpijp die lichte zijwaardse druk uit de verbrandingskamer van de hoofdmotor kunnen aftappen. Hiermee kan ook een rolbeweging worden bewerkstelligd.
  • Kleine stuurmotoren. Dit zijn kleine motoren met een vaste positie die of bovenaan of onderaan een rakettrap zitten. Door de combinatie van deze motoren met de juiste druk en duur te vuren kan de richting van de raket worden gecontroleerd. Deze motoren waarvan er vaak acht, twaalf of zestien stuks samenwerken kunnen op hypergolische brandstoffen of op de druk van vloeibare stikstof werken.
  • Stuwkrachtverschil - wanneer er meerdere hoofdmotoren gebruikt worden (zoals bijvoorbeeld op de Falcon 9) kan de raket door meer of minder stuwkracht aan een zijde te geven de richting aanpassen.

Geschiedenis[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Geschiedenis van de raket voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Een antieke Chinese raket
Afbeelding uit Conrad Kyeser's Bellifortis, ongeveer 1405
Proeven met postraketten (1935).

De raket is in China uitgevonden. Als raketbrandstof gebruikten ze buskruit, dat ze in de eeuwen ervoor hadden uitgevonden. Een eerste betrouwbare bron (Ko Chieh Ching Yuan)[1] van de ontwikkeling van de raket vermeldt dat in het jaar 998 ene Tang Fu een nieuw soort raket met een ijzeren kop heeft uitgevonden. De NASA noemt het gebruik van grote en krachtige raketten in de strijd van de Chinezen tegen de Mongoolse invasie in 1232.[2]

Het lijkt erop dat Europa in 1241 voor het eerst kennismaakte met de raket bij de inname van Boedapest door de Mongoolse troepen in dat jaar.[2] In de Arabische literatuur verschijnt de raket in 1248 als in dat jaar de Mongolen Bagdad innemen. De Arabieren gebruiken daarna in 1268 zelf raketten tegen het Franse leger tijdens de Zevende Kruistocht. Ook de Fransen zien het nut van dit nieuwe wapen en in 1428 verschijnen er berichten van het gebruik van raketten bij de belegering van Orleans tijdens de Honderdjarige Oorlog tussen Frankrijk en Engeland. In 1650 begonnen de Nederlanders raketten te gebruiken en in 1668 begonnen de Duitsers ermee te experimenteren.[2]

Verbrandingsraketmotoren[bewerken]

Raketten werken meestal door middel van de chemische verbranding van een geschikte brandstof (waterstof, benzine, hydrazine, RP1-raketkerosine) met zuurstof of een ander oxidatiemiddel (bijvoorbeeld vloeibare zuurstof, of waterstofperoxide) hoewel enkele andere reacties theoretisch in aanmerking komen. Het geheel wordt, vooral als het al is gemengd, propellant genoemd, om de minder juiste term brandstof te vermijden.

Van belang bij de keuze van de brandstof is:

  • de specifieke impuls (de energie die een brandstof levert bepaalt een theoretisch maximum voor die brandstof, die bij geen enkel raketontwerp overschreden kan worden)
  • de reactiviteit en giftigheid van de reactieproducten
  • de gevaren van de opslag van grote hoeveelheden brandstof
  • de benodigde secundaire apparatuur en het gewicht daarvan (bijvoorbeeld pompen voor vloeibare zuurstof)
  • de prijs van het materiaal

De chemische reactie die per gewichtseenheid de meeste energie levert, is die van fluorgas met waterstof. Deze komt echter om praktische reden niet in aanmerking als brandstof, aangezien zowel elementair fluor als het reactieproduct waterstoffluoride extreem giftig en corrosief zijn.

Vastebrandstofmotoren[bewerken]

Eenvoudige raketten maken gebruik van vastebrandstofmotoren, waarbij de aandrijfstof, bestaande uit een oxidator en een brandbare stof, voorgemengd aanwezig is en na ontsteking opbrandt als in een vuurpijl (het oudste bekende type raket). Buskruit is dus de oudst bekende raketbrandstof. Een probleem bij dit soort raketten is de verandering van de vorm van de verbrandingskamer tijdens de vlucht, omdat het vlamfront een wand ervan vormt.

Een ander probleem is dat als vaste brandstof eenmaal is aangestoken, het lastig is om de ontbranding weer te stoppen. Vanwege veiligheidsredenen wordt dit voor het vervoer van mensen soms bezwaarlijk geacht. Bij de inmiddels buiten gebruik gestelde Spaceshuttle, de geannuleerde Ares I en het in ontwikkeling zijnde Space Launch System van NASA is/wordt vaste brandstof toch bij het vervoer van mensen toegepast. Ook de Atlas V-configuratie die de bemande Boeing Starliner zal lanceren gebruikt twee vastebrandstofmotoren.

Vorm van de verbrandingskamer[bewerken]

De verbrandingskamer is naar een kant open, waar een straalpijp is geplaatst, die de hete reactiegassen gericht en gecontroleerd laat expanderen waardoor de efficiëntie van de aandrijving toeneemt. Dit is niet een letterlijke verbrandingskamer, het wordt alleen zo genoemd.

Ionenmotor[bewerken]

Een ander type raket wordt aangedreven door een ionenmotor; hierbij worden zware atomen (bv. van het edelgas xenon) geïoniseerd en door middel van een elektrisch veld versneld. De hiervoor benodigde energie kan bv. uit een zonnepaneel, een batterij of kernreactor komen. Het impulsrendement en de maximale te bereiken snelheden zijn bij dit type aandrijving veel hoger, omdat de ionen met een veel grotere snelheid de motor verlaten dan de hete reactiegassen van een verbrandingsmotor. De maximale stuwkracht is echter zeer klein (in de orde van grammen), zodat een dergelijke motor zeer lang aan moet staan om een goed effect te bewerkstelligen. De geringe stuwkracht maakt de motor ongeschikt om op te stijgen van de aarde of zelfs maar wrijving van enig belang te overwinnen; hierdoor werkt dit type alleen in vacuüm.

Raketwapens[bewerken]

Tegenwoordige raketwapens zijn veelal zogenaamde geleide wapens. Tevens kan er onderscheid gemaakt worden naar de tactische rol die een geleid wapen heeft:

Naar lading kunnen worden onderscheiden:

Spaceshuttle[bewerken]

De Spaceshuttle maakte bij de start gebruik van twee vastebrandstofopduwraketten gevuld met vaste brandstof of stuwstof. Dit brandstofmengsel bestond uit ammoniumperchloraat (69,9%, oxidant), aluminiumpoeder (16%, brandstof), rood ijzeroxide (0,4%, katalysator), een polymeer (12,04%, PBAN of HTPB) en epoxy (1,96%). Deze "Thiokol" (nu Orbital ATK)-raketmotoren zorgden voor 1320 ton stuwdruk per motor op zeeniveau en 83% van de stuwkracht bij het opstijgen en zijn vastgehecht aan de enorme centrale cryogene brandstoftank. Zij wegen bij de lancering samen 590 ton en verbruiken in ongeveer 2 minuten 7700 kg stuwstof. De onderdelen van deze motoren worden nu hergebruikt op het Space Launch System.

Voorbeelden van raketten[bewerken]