Till innehåll på sidan

Återbruk – även i rymden

Porträtt på forskare i labbmiljö.
Jens Fridh, energiforskare, undersöker hur raketmotors prestanda påverkas av att delar av motorn 3D-printas. (Foto: Anna Gullers)
Publicerad 2023-03-20

Recycling har nått den konkurrensutsatta rymdindustrin. Genom att återanvända raketmotorer och 3D-printa motordelar kan även kostnaderna pressas. Men hur påverkas motorernas prestanda? Det ska Jens Fridh, forskare i energiteknik, ta reda på.

Om du tittar upp mot himlen en stjärnklar kväll kommer du upptäcka ett myller av små lysande prickar – det är satelliter som ligger i en omloppsbana på cirka 20 000 kilometers höjd. De behövs bland annat för mobiltelefoni, GPS-teknik, för att övervaka klimatet och för forskning av olika slag.

– Det är trångt där uppe. Raketuppskjutningar har ökat dramatiskt de senaste åren, till stor del handlar det om att få upp satelliter. Idag är det kommersiella aktörer som driver en bransch som förut baserades främst på statliga anslag, och de här aktörerna är naturligtvis angelägna om att vara kostnadseffektiva, säger Jens Fridh , forskare på Institutionen för energiteknik.

Ett sätt att spara kostnader är att återanvända raketmotorerna som lösgörs efter starten och idag brinner upp i atmosfären.

– Recycling har äntligen nått rymdindustrin, kan man säga. Varför ska man skicka upp dyra saker som brinner upp? Dessutom går det i linje med samhällets generella hållbarhetstänk.

Kostsamma turbiner

Jens Fridh samarbetar med GKN Aerospace som är med i det europeiska forskningsprogrammet Themis, där man ska utveckla återanvändningsbara raketmotorer.

I en vätskedriven raketmotor drivs bränsle- och syrepumparna av en eller flera turbiner. Dessa innehåller delar som både är komplicerade och kostsamma att tillverka. Men om man kan 3D-printa delar till dessa motorer får man ner kostnaderna ytterligare, förklarar Jens Fridh.

– Ett enda turbinblad, exempelvis, kan kosta lika mycket som en sportbil. Om du har komplicerad geometri, lönar sig additiv tillverkning. 3D-printade turbindelar blir betydligt billigare och man kan tillverka delarna snabbt.

Utmaningen med 3D-printade delar är att de får en lite skrovlig yta i tillverkningsprocessen. När delarna behöver efterbearbetas går man miste om kostnadsfördelarna med den additiva tillverkningen.

Återbruk ger nya krav

Frågan är hur mycket skrovligheten förändrar turbinens funktion, och därmed raketmotorns prestanda, och det är precis vad Jens och hans team ska undersöka.

– Vi ska kartlägga hur ytråheten påverkar friktion och värmeöverföring. Här på KTH har vi både en vindtunnel och en provturbin som väntar på de första försöken. Vi kommer att samarbeta med en ytmätsexpert från Institutionen för Produktionsutveckling för att få en bra karakterisering av ytan.

En återbrukbar raktetmotor har andra krav på sig. Bland annat måste den klara fler återstarter; man måste kunna ha koll på var den befinner sig och den ska vara enkel att serva och byta ut delar på.

Så hur får man tillbaka en bortkopplad raketmotor till jorden?

– I det här fallet behåller man lite bränsle i raketerna och landar dem igen, helt enkelt.

Text: Anna Gullers

Forskningen i korthet

I projektet STAMPE (Space Turbines with Additive Manufactured Performance ) ska forskarna experimentellt och numeriskt undersöka ytråhetens påverkan på aerodynamiska förluster och värmeöverföring. Projektet är ett samarbete med GKN Aerospace och får finansiering via Rymdstyrelsen.

Innehållsansvarig:redaktion@kth.se
Tillhör: Om KTH
Senast ändrad: 2023-03-20