Kosmonautyka.pl

Kosmonautyka.pl > OTRAG

OTRAG

Rakieta OTRAG

Lutz Kayser interesował się rakietami od dzieciństwa. Już podczas studiów w Niemczech u samego austriackiego pioniera kosmonautyki Eugena Sängera zastanawiał się jak osiągnąć największy ciąg rakiet wykorzystując do tego najtańsze materiały i środki. Zaprojektował on maksymalnie prostą konstrukcję z tanich, masowo produkowanych i łatwo dostępnych materiałów jak np. przemysłowe rury czy części samochodowe.

Pojedyńczy moduł-rura wykonany był z gotowej metalowej rury. Moduły te łączone w wiązki tworzyły rakietę (grafika: OTRAG)

Dzięki produkcji masowej tak zaprojektowane rakiety miały 10 krotnie obniżyć koszt wynoszenia ładunków na orbitę wokołoziemską w porównaniu do typowych rakiet nośnych.

Start rakiety OTRAG złożonej z 4 modułów-rur z jednym nieodpalonym modułem (grafika: OTRAG)

Opracowana przez Kaysera koncepcja wiązki równoległych rakiet nie była nowym pomysłem. Rozważał go m.in. legendarny Wernher von Braun, nazywany ojcem lotów kosmicznych, w ośrodku rakietowym III Rzeszy w Peenemünde. Doradzał on zresztą później Kayserowi. Podobnie uważał Kurt Debus, inny niemiecki pionier z czasów Peenemünde, który od 1962 roku był szefem ośrodka Kennedy Space Center oraz był w radzie nadzorczej spółki OTRAG.

Lutz Kayser złożył firmę OTRAG w 1971 roku, kiedy dla niemieckiego ministerstwa rozwoju szukał alternatywy dla nieudanej rakiety nośnej Europa, wspólnego projektu Wielkiej Brytanii, Francji i Niemiec Zachodnich. W sumie otrzymał on od niemieckiego rządu 4 mln marek niemieckich.

Z tych pieniędzy zaczął prace nad własnymi rakietami OTRAG, które dostarczać miały sztuczne satelity o wadze 1-10 ton na niską (LEO) i geostacjonarną (GEO) orbitę wokołoziemską.

Wiązka zgrupowanych wokół siebie modułów-rur zwana były CRPU (skrót od ang. Common Rocket Propulsion Unit). Na szczycie wiązki znajdować się miał ładunek użyteczny.

Lutz Kayser z modelem koncepcji (grafika: OTRAG)

W zależności od wynoszonego ładunku rakieta składać się miała z dziesiątek lub nawet setek modułów-rur. Planowano ich nawet do 1024.

Rakiety dowolnej wielkości miały być układane z wiązek dziesiątek lub setek pojedynczych modułów-rur. W miarę wznoszenia się rakiety zewnętrzne rury miałby być odrzucane, wynoszenie ładunku na orbitę kontynuowałby te wewnętrznie (grafika: Popular Science)

Budowa

Konstrukcja pojedynczego modułu-rury była bardzo prosta. Moduł stanowiła stalowa rura o średnicy 27 cm składająca się z krótszych odcinków (aż do długości 24 metrów). Tworzyła w ten sposób zbiornik, który dzielony był wewnętrznie na 3 sekcje przedzielone aluminiowymi przegrodami. Zastosowanie tej wielkości rur jako zbiorników paliwa rakietowego nie wymagało zastosowania skomplikowanych pomp przetłaczających to paliwo do silnika rakietowego.

Wszystkie ruchome części rakiety OTRAG na jednym zdjęciu. Od lewej 2 kulkowe zawory regulujące przepływ paliwa rakietowego ze zbiornika do silnika przestawiane przez silniczek z samochodowej wycieraczki. Po prawej mikrokontroler z baterią odpowiedzialny za dławienie silnika i w efekcie kąt nachylenia rakiety (grafika: Popular Science)

Sam silnik rakietowy także był maksymalnie prosty. Miał długość 1 m i średnicą 27 cm - czyli taką, jak sama rura.

Po lewej widoczny jest pierścień wtrysku paliwa oraz przekrój przez silnik. Po prawej przekrój przez silnik rakietowy. Silniczek wycieraczki od Volkswagena sterował przepływem paliwa i utleniacza z 2 zbiorników do pierścienia wtrysku i komory spalania (grafika: Lutz Kayser)

Komora spalania była cylindryczna, czyli łatwa do wykonania. Zrezygnowano z typowego dla dużych rakiet nośnych chłodzenia ścianek komory spalania silnika rakietowego przez przepływający składnik paliwa między ściankami komory spalania i dyszy . Zdecydowano się na radialny wtrysk paliwa. Paliwo wtryskiwane było radialnie. W ten sposób, przed spaleniem paliwa, oddzielało ono ścianki silnika rakietowego od wysokiej temperatury procesu spalania.

Dodatkową ochronę termiczną komory spalania stanowiła warstwa żywicy syntetycznej z włóknem szklanym. Zapewniała ona ochronę ścian komory spalania na okres 130 sekund pracy silnika. Było to tzw. chłodzenie ablacyjne.

Dysza silnika rakietowego była grafitowa. Jej przekrój ablacyjnie zwiększał się w miarę pracy silnika.

Składniki paliwa znajdowały się w rurze w proporcjach 1:3 (nafta:utleniacz). Część rury z naftą wypełniona była w 66%.

Pojedyncza moduł-rura w wersji o długości 24 m z 1 metrowym silnikiem ważyła 1 508 kg - z tego:

• 1 130 kg przypadło na utleniacz (tetratlenek diazotu z dodatkiem tlenku azotu)
• 220 kg przypadło na naftę.

Zdecydowano się na łatwo dostępną naftę, nie zaś jej drogą rakietową odmianę RP-1.

Paliwo tłoczone było do silnika przez panujące w zbiornikach nadciśnienie. Przepływ paliwa sterowany był elektronicznie przez silniczek wycieraczki samochodowej sterującej zaworami kulkowymi (mogły się one otwierać lub zamykać). W chwili zapłonu nadciśnienie to wynosiło 40 barów, aby potem spaść do 15 barów (w chwili zakończenia spalania).

Zapłon następował samoczynnie przez chemiczną reakcję podczas łączenia składników paliwa po wtrysku paliwa do komory splania.

Loty

Loty pojedynczych modułów "rur" obywały się w Afryce:

• w Zairze (1977-1978)
• w Libii (1981-1982)

W Zairze (dziś Kongo) niemiecka firma ustanowiła swoją bazę w Shaba (Kapani Tonneo, 7.92587 S, 28.52766 E) i miała do swojej dyspozycji poligon o powierzchni 100 tys. km2. Jest to obszar połowy Polski.

17 maja 1977 rakieta testowa składająca się z 4 "rur" osiągnęła wysokość 10 km przy 2 min lotu. Spadła 4 km od miejsca startu. Podczas następnej próby 20 maja 1978 osiągnięto wysokość 30 km. Kolejna próba miała dać wysokość 100 km. Wysokość ta uznawana jest jako umowna granica kosmosu i znana jest jako linia Karmana. Start rakiety jednak się nie udał. Z powodu awarii zaworu rakieta zaraz po starcie odchyliła się i uderzyła w busz.

Zairski dyktator Mobutu i Lutz Kayser podczas nieudanej próby

Kilka miesięcy później baza została zlikwidowana - Zair wymówił umowę. Lutz Kayser jest przekonany, że Zair zerwał umowę na próby rakietowe w zamian za pomoc militarną od rządu RFN.

Pracami niemieckiej firmy interesował się inny afrykański przwódca Kadafii. Próby przeniesiono do Libii (Camp Tawiwa, 26.9939 N, 14.4642 E). Zaoferował on OTRAG-owi poligon testowy na Saharze w Tawiwa, 600 km na południe od Trypolisu. Mimo, że lot z następnej próby 1 marca 1981 roku zakończył się powodzeniem (nie są niestety dostępne dokładniejsze dane na temat uzyskanych tam rezultatów) to firma zakończyć musiała swoje działanie w Libii już w 1982 roku. Rzekomo Kayser nie zgodził się na kontynuowanie prac na rakietami dla wojska. Cześć pracowników jego firmy jednakże została przejęta przez wojsko libijskie i rozwijała dalej rakiety wojskowe.

Ostatni start rakiety OTRAG miał miejsce 19 września 1983 na kosmodromie w Esrange w Szwecji. Osiągnęła ona wysokość zaledwie 4,2 km.

Ze względu na zastosowane dosyć ciężkich ciśnieniowych rur oraz taniego paliwa impuls właściwy rakiet OTRAG był dosyć niski. Stanowi to słabość tego rozwiązania. Silnik dawał ciąg od 50 do 5 kN.

Polityka

Firma OTRAG komunikowała, że pracuje na rakietami cywilnymi pozwalającymi Trzeciemu Światowi na tanie wynoszenie sztucznych satelitów. Jednakże niemiecki minister spraw zagraniczny tłumaczyć się musiał z prób rakietowych niemieckiej cywilnej firmy w Afryce. ZSRR i DDR mówiły wprost o bazie NATO w Afryce, czy nowym Peenemünde w Zairze. Bały się, że rakiety służyć mogą w przyszłości jako nośnik ładunków jądrowych dla RFN-u.

Francuski prezydent Valery Giscard d'Estaing naciskał na RFN, aby ta powstrzymała konstruktora ze względu na możliwą konkurencję dla rozwijanej przez niego rakiety w kooperacji rakiety Ariane.

"Mógłbym skręcić kark temu typowi." - powiedział niemiecki kanclerz Helmut Schmidt o Lutzu Kayserze

Działo się to w czasie, kiedy afrykańscy dyktatorzy swobodnie zaopatrywali się przez Francuzów w produkowane w Niemczech rakiety przeciwpancerne i przeciwlotnicze Roland, Hot i Milan. Mimo międzynarodowych zakazów niemieckie firmy jak Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) produkowały taką broń rakietową. Przypomnijmy, że w RFN przystępując w 1955 roku do polityczno-wojskowej Unii Zachodnioeuropejskiej nie tylko zrezygnowało z posiadania broni ABC, ale także z rozwoju rakiet.

Spółka OTRAG zakończyła działalność w 1984 roku. Najwyższy niemiecki federalny sąd podatkowy - zapewne pod naciskiem władz - zdecydował, że firma musiała zostać zlikwidowana.

Lutz Kayser został w Libii do połowy lat 80. XX wieku gdzie pracował przy wieżach słonecznych służących pozyskiwaniu energii słonecznej. Potem mieszkał na Wyspach Marshalla, gdzie kiedyś Amerykanie testowali bomby jądrowe.

Kilkanaście lat temu próbował on założyć firmę "Von Braun, Debus, Kayser Raketenforschung". Był konsultantem m.in. dla firm:

• Interorbital Systems - mała amerykańska prywatna firma z Kalifornii pracująca nad małą rakietą nośną Neptune (bardzo podobna koncepcja)
• Armadillo Aerospace - była mała amerykańska prywatna firma pracująca nad rakietą nośną i lądownikiem księżycowym

Lutz Kayser zmarł 19 listopada 2017 roku.

Wsparcie

Na bieżąco. Za darmo. Codzienne. Wesprzyj rozwój portalu Kosmonautyka.pl!

Strona ta wykorzystuje mechanizm plików cookies. Dalsze korzystanie z niej, bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza, że użytkownik akceptuje ich stosowanie (polityka prywatności i cookies).