Hvordan styres rumfærgen i rummet? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvordan styres rumfærg...

26. august 2011

Hvordan styres rumfærgen i rummet?

Hej Spørg om Fysik
Hvordan bevæger en rumfærge sig i rummet? Ude i rummet er der jo ingen luft eller anden modstand. Grunden til at fremdrift skabes er vel ved at "ting/stof" flyttes?

Med venlig hilsen
J N

Når man skal bevæge objekter i lufttomt rum, sker det ud fra Newtons love. Skal man have mere fart på må man tænde en raket, der peger bagud og "skyde" masse i den retning, som reaktion får rumfartøjet større hastighed fremad.

Samme princip gælder opbremsning og rotationer. Hvis man ikke påvirker rumfartøjet med reaktionskræfter bevæger det sig med konstant hastighed i en ret linje, hvis det ikke er påvirket af andre kræfter. Aktuelt er der andre kræfter nemlig tyngdekraften så fartøjet bevæger sig i en cirkel- eller ellipsebane om jorden, når det ikke anvender sine raketter. 

Frontdyser (NASA)

Når man sender gas ud af en raketmotor, er det der bevares, det man kalder bevægelsesmængden. Det er massen af den udsendte gas gange med gassens hastighed. Ændringen for rumfartøjet bliver så fartøjets masse gange dets hastighed, dvs. disse to størrelser er lige store. For at økonomisere med massen søger man normalt at få en stor gashastighed for udstødningen ud fra raketmotoren, altså en stor reaktionskraft. Skal man foretage store ændringer, må man så i stedet lade motoren brænde i lang tid.

Kemiske raketdyser 

Foruden de gigantiske hovedmotorer, som rumfærgen har bagerst, og som anvendes ved start, og når farten skal bremses ned som det første trin af landingen lige inden mødet med Jordens atmosfære, har de en række små kemiske raketdyser (ialt 44) forskellige steder, som bruges ved fin manøvrering og drejning af rumfærgen. Det kaldes Orbital Manøvrerings System, eller OMS.

Haledyser (NASA)

Det består bl.a. af to systempakker; et på hver side af den lodrette stabilisator. De indeholder raketdyser og et såkaldt hypergolic drivmiddelpar, dvs. drivmidler som selvantænder, når de føres sammen i forbrændingskammeret. Det kan være f.eks. monomethylhydrazin og kvælstoftetraoxid (det sidste er iltningsmiddel). Det har den fordel, at der ikke skal være antændelsesmekanismer, og at motorerne kan affyres mange gange. Ulempen er, at det er meget reaktive stoffer, som er vanskelige at håndtere og ofte giftige. Disse stoffer er flydende, men velegnede til længere tids brug i modsætning til flydende gasser som flydende brint og ilt (som anvendes i andre raketmotorer), som opbevares ved meget lave temperaturer og fordamper i løbet af forholdsvis kort tid. Motor-modulerne i OMS-systemet kan genbruges og kan "brænde" i alt i ca. 15 timer, og starte sikkert mindst 1000 gange. Karakteristisk affyringstid er 0,8 sek. eller mindre.

Systemet skal kunne rotere rumfærgen om 3 akser samt accelerere og bremse færgen ved manøvrer, som f.eks. dokning ved ISS eller andre rumfartøjer. De skal desuden kunne bringe færgen i den rette udgangsstilling til opbremsning, når den skal lande (før brug af hovedmotoren til nedbremsning). De betjenes af piloten computerstyret via en joystik.

Produkterne for disse motorer er giftige, monomethylhydrazin kan optages igennem huden og kan give canser, og ved landing sikre jordpersonale besætningen ved rensning, de går fra borde (laboratoriesikkerhed maks. 0,2 dele pr. million dele luft eller 0,35 milligram pr. kubikmeter luft).

Med venlig hilsen
Morten Bo Madsen
Malte Olsen