raketni pogon

raketni pogon, vrsta mlaznoga (reaktivnoga) pogona koji oksidans za izgaranje goriva ne uzima iz okoline, već ga letjelica (raketa, zrakoplov) nosi sa sobom. Izgaranjem goriva, nizom kemijskih i termodinamičkih procesa, njegova se kem. energija uz pomoć oksidansa pretvara u kinetičku energiju mlaza vrućih plinova. Prema zakonu akcije i reakcije (treći Newtonov aksiom), akciji toga mlaza odgovara reakcija suprotnoga smjera u obliku reaktivne sile (potiska) koja pokreće letjelicu naprijed (→ mlazni pogon). Što je veća brzina istjecanja plinova i što je veća njihova masa, to će biti veći potisak, odn. konačna brzina rakete (taj je princip definiran raketnom jednadžbom Ciolkovskoga); potisak raketnoga motora ovisi o omjeru goriva i oksidansa, gustoći goriva i dr. Djelotvornost raketnoga goriva izražava se specifičnim → impulsom.

Osnovni dijelovi nužni za rad raketnoga pogona jesu spremnici s gorivom i oksidansom (s pripadajućim sklopovima ovisno o vrsti goriva), te raketni motor kojega je gorivo kadšto sastavni dio, a sastoji se još od komore izgaranja i izlazne mlaznice (→ mlazni motor). Raketno gorivo, koje čini 90 do 95% ukupne mase rakete, izgara u komori izgaranja, gdje temperature mogu dosegnuti i više od 3000 ºC. Izgaranjem se razvijaju plinovi koji djeluju na stijenke komore tlakom i do nekoliko stotina bara. Vrući plinovi prvo prolaze kroz grlo mlaznice (→ sapnica) koje ih ubrzava, a zatim kroz divergentnu (ekspanzijsku) mlaznicu u kojoj se zbog njezina posebnog oblika (konični, ovalni ili dr.) dodatno ubrzavaju do brzine koja može biti i desetak puta veća od brzine zvuka. Zbog vrlo visokih temperatura izlaznoga mlaza, mlaznice se izrađuju od posebnih materijala (vatrootporni čelik, keramika, ugljikovi kompoziti), te su dodatno hlađene (npr. strujanjem goriva oko stijenki). Često se kao toplinski izolator koriste i ablativni slojevi, koji se izgaranjem polako troše. Gorivo izgara velikom brzinom, pa čak i najveće rakete potroše gorivo u nekoliko minuta, dosegnuvši pritom veliku brzinu i visinu. Danas se za rakete najčešće koriste čvrsta, tekuća i hibridna raketna goriva.

Raketni pogon na čvrsto gorivo

Raketni pogon na čvrsto gorivo koristi smjese koje sadrže i gorivo i oksidans, kakva je primjerice bezdimni → barut. Danas se češće rabi vrlo fini aluminijski prah (gorivo), pomiješan s amonijevim perkloratom (oksidans), a oni su aditivima povezani u viskoelastičnu masu; kao oksidans kadšto se koristi i amonijev nitrat. Čvrsto gorivo ima manji specifični impuls nego tekuće, a prilikom izgaranja gorivo je izloženo velikim naprezanjima zbog izrazito visokih tlakova. Upravljanje potiskom, gašenje ili ponovno paljenje takva motora gotovo je nemoguće, jer se nakon paljenja goriva reakcija dalje odvija spontano. Ta su goriva osjetljiva i na oštećenja prilikom proizvodnje, koja mogu dovesti do eksplozije raketnoga motora. Sam je amonijev perklorat nagrizajući, otrovan te produkti njegova gorenja uništavaju ozonski sloj. Ipak, prednost je čvrstih goriva to što, pravilno održavana, mogu biti spremna za uporabu i dulje vrijeme, a rad s njima znatno je lakši nego s tekućim gorivima; stoga se često rabe u voj. svrhe te za prve stupnjeve (rakete potisnice) raketa-nosača ili raketoplana.

Raketni pogon na tekuće gorivo

Raketni pogon na tekuće gorivo zahtijeva odvojene spremnike za gorivo i oksidans, koji se tlačeni snažnim pumpama dovode u komore izgaranja, gdje se miješaju i izgaraju. Kao gorivo koriste se npr. kerozin, hidrazin i ukapljeni vodik, a kao oksidansi ukapljeni kisik, dušični tetroksid, vodikov peroksid i dr. Paljenje se provodi posebnom el. svjećicom, pirotehničkom smjesom, ili pak do paljenja dolazi spontano pri miješanju goriva i oksidansa. Takvim je motorima moguće upravljati veličinom potiska, prema potrebi ugasiti motor, te ga ponovno upaliti. Kod tekućih goriva poteškoća su oksidansi, koji mogu biti izrazito otrovni i skladište se na iznimno niskim temperaturama. Sustav za dovod goriva, koji se sastoji od cjevovoda, ventila i visokotlačnih pumpi, vrlo je složen i opterećen, posebice kod ukapljenoga vodika kojemu je učinkovitost po jedinici mase velika, ali znatno manja po jedinici obujma; to zahtijeva velike spremnike i cjevovode, te pumpe vrlo velikoga protoka, što znatno povećava masu prazne rakete. Tekuća goriva imaju u odnosu na čvrsta znatno veći specifični impuls, odn. potisak po jedinici mase goriva, a cijena im je znatno niža. S druge strane, iznimno je važno pravodobno paljenje, jer prevelika količina goriva u mlaznici može dovesti do eksplozije motora. Tekuće gorivo često je vrlo otrovno, opasno za okoliš, zahtijeva pažljivo rukovanje, a sam raketni motor složenije je konstrukcije.

Hibridni raketni pogon

Hibridni raketni pogon podrazumijeva upotrebu čvrstoga goriva i tekućeg oksidansa (ukapljeni kisik ili dušični oksid), što ga čini znatno prihvatljivijim za okoliš. Ti su motori konstrukcijski jednostavniji od motora na tekuće gorivo, jer zahtijevaju manje pumpi i cjevovoda. Poteškoće su vezane uz gorivo, koje mora izdržati visoke temperature i tlakove, kao i uz pravilno miješanje goriva i oksidansa u komori za izgaranje. Također, ti motori imaju malu brzinu izgaranja, pa je hibridni pogon danas znatno manje zastupljen nego ostali. Inverzni hibridni motori sastoje se od čvrstog oksidansa i tekućega goriva i još su manje zastupljeni zbog velike zapaljivosti.

Raketni pogon ima ozbiljne nedostatke, koji sputavaju daljnji prodor u svemir (npr. velika količina goriva koja znatno smanjuje korisni teret, ograničena brzina, neučinkovitost na međuplanetarnim letovima i dr.). Danas se ozbiljno razmišlja i o drugim načinima pogona, premda je njihova primjena ugl. tek u začetcima. Tako se, npr., kod plazmatskoga pogona vrlo velika brzina izlaznoga mlaza (i do 300 km/s) nastoji postići korištenjem plazme na temperaturi od približno 10 mil. Celsiusovih stupnjeva. To zahtijeva posebno konstruirane komore izgaranja, kod kojih se plazma kontrolira magnetskim i el. poljima. Pri ionskom pogonu el. energija koristi se za stvaranje mlaza električki nabijenih čestica (iona) vrlo velike brzine (npr. prolaskom ksenonovih atoma u obliku pare kroz električki nabijenu rešetku od volframa ili platine). Osnovni je nedostatak takva pogona malen potisak u odnosu na veličinu motora, ali se za međuplanetarne letove već probno koristi, jer tijekom dugotrajna rada pokazuje bolji učinak od uobičajenoga pogona. (→ raketa; svemirski letovi)

raketni pogon. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 20.8.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=51682>.