Delftse raketmotor als aandrijving voor nieuwe satellietmarkt

Innovationquarter sluit zich aan bij een investeringsronde van het Delfts/Nieuw-Zeelandse bedrijf Dawn Aerospace, waarmee dit ‘new space’-bedrijf in totaal twee miljoen euro heeft opgehaald. Met het geld wil het bedrijf een innovatieve satellietaandrijving commercialiseren. Nog dit jaar moeten de eerste kunstmanen met een Dawn-motor de ruimte in gaan. Ook wordt het geld gebruikt voor de verdere ontwikkeling van een ruimtevliegtuig, dat op den duur satellieten in een baan om de aarde moet kunnen brengen.

Het idee van Dawn komt van vier Delftse studenten lucht- en ruimtevaarttechniek: Jeroen Wink, Robert Werner, Stefan Powell en Tobias Knop. Samen met James Powell startten zij het bedrijf in 2016 als spinoff van de tu. Het hoofdkwartier is gevestigd bij Yes!Delft, maar de r&d en productie zitten in Auckland. De Nieuw-Zeelandse regering zet momenteel sterk in op het aantrekken van ruimtevaartbedrijven en heeft open luchtruim in overvloed, waardoor het een aantrekkelijke locatie is om tests uit te voeren.

Kiezen uit kwaden

Dawn mikt op een nieuwe generatie van zogenaamde ‘storable’ brandstoffen. Bij raketbrandstoffen is het altijd een kwestie van kiezen uit kwaden. Wanneer wordt gekozen voor een ‘gewone’ brandstof die reageert met zuurstof, moet dat in vloeibare vorm worden meegenomen, wat betekent dat het tot cryogene temperaturen gekoeld moet. Dat geldt ook voor de best presterende brandstoffen zelf, zoals waterstof en methaan. Dat maakt de stoffen ingewikkeld om mee te werken en ongeschikt om langere tijd op te slaan, zoals in de tanks van een satelliet.

Een simpel alternatief is om stoffen te gebruiken die brandstof en oxidant integreren. Maar dan is het alles of niets; bij vloeibare brandstoffen kan de toevoer worden gereguleerd, maar vastestofmotoren kunnen alleen aan op vol vermogen totdat ze zijn uitgebrand. Ze zijn daarom alleen geschikt om tijdens lanceringen extra vermogen te leveren, niet voor fijne controle.

Er zijn ook brandstoffen die wel vloeibaar zijn bij een groot temperatuurbereik en ook goed presteren, zoals hydrazine. Maar die hebben weer als nadeel dat ze in de regel zeer giftig zijn. Deze stoffen worden daarom nauwelijks gebruikt voor raketten; te vervuilend en een te groot risico als er iets misgaat. Satellieten hebben echter geen andere optie en krijgen dus te maken met strenge veiligheidseisen in aanloop naar de lancering.

 advertorial 

Test less, verify Moore

At the Bits&Chips Event 2023 on 12 October 2023, Phillipa Hopcroft from Cocotec and Ivo ter Horst from ASML will kick off with a keynote speech on transforming how lithography machine software is built. Make sure to keep an eye on the website for program updates and save the date!

Dawn heeft echter een aandrijving ontwikkeld die een vloeibare, maar niet-giftige brandstof gebruikt. Daarmee wil het inhaken op de miniaturisatietrend die momenteel door de ruimtevaart waait: het wordt steeds populairder om een of een paar kleine cubesats te lanceren in plaats van één traditionele grote satelliet. De productie- en lanceerkosten daarvan zijn veel lager. De Dawn-aandrijving kan daar mooi op inspelen. Omdat de Delfts-Nieuw-Zeelandse brandstof veilig in gebruik is, wordt het eenvoudiger om de satellieten te maken en de ruimte in te schieten.

Aftanken en gaan

Dawn denkt zijn technologie nog op een ander vlak in te kunnen zetten. Dankzij de opkomst van de smallsat-industrie zien op dit moment allerlei nieuwe raketbedrijven het levenslicht die zich op deze sector richten. Zij kunnen dit soort kleine en lichte ladingen efficiënter in een baan om de aarde krijgen door concepten toe te passen die niet voor grote raketten werken.

Ook daar past de Dawn-aandrijving goed. De brandstof is namelijk veilig genoeg om voor raketten te gebruiken en maakt lanceringen mogelijk zonder dat de hele infrastructuur voor cryogene koeling nodig is. ‘Aftanken en gaan’, omschrijft het Delfts-Nieuw-Zeelandse bedrijf zijn concept.

Sterker nog: Dawn wil dit idee uitwerken tot een systeem dat helemaal geen lanceerinfrastructuur nodig heeft. Het werkt aan een autonoom toestel dat met behulp van vleugels kan opstijgen en landen zoals een vliegtuig, en eenmaal in de lucht met zijn raketmotor naar een baan om de aarde kan versnellen. De kleine schaal van het systeem zou dit concept mogelijk maken en het is volledig herbruikbaar, wat de kosten drukt.

Dawn heeft een jaar geleden al de eerste testvluchten uitgevoerd met een proefmodel, en voert sinds het voorjaar proeven uit met een tweede prototype. Daarbij gaat het nog wel om schaaltests waarbij het toestel in de atmosfeer blijft. Volgend jaar moet er al een derde prototype vliegen als opmaat naar een daadwerkelijke spaceplane.

Het moet echter gezegd worden dat al vele bedrijven hun tanden hebben stukgebeten op vernieuwende lanceerconcepten. Bovendien zijn er op dit moment vele starters die een positie proberen te veroveren in de smallsat-markt. Succes is dus allerminst verzekerd.

Met aandrijvingen voor satellieten is Dawn echter al een stuk verder. De eerste twee satellieten met een Dawn-motor worden later dit jaar gelanceerd. Van een is bekend om welk bedrijf het gaat: Hiber, dat ook in Delft zit, zal een van zijn kleine communicatiesatellietjes ermee uitrusten.