На каком топливе летают ракеты: NASA испытает «зеленое» топливо для космических аппаратов. Дело не в заботе о природе |

Содержание

NASA испытает «зеленое» топливо для космических аппаратов. Дело не в заботе о природе

24 июня 2019, 09:22

Наука

Статья

При виде стартующей ракеты в голове крутятся разные мысли. От земли эта штуковина отрывается как-то натужно — того и гляди покосится и упадет. Раскрасить ее можно и поинтереснее, но спасибо, что на фюзеляже нет рекламы. А мы, люди, все-таки молодцы: приладили бочки к громадным трубам и запускаем внутри них всякую всячину в космос — это ведь надо было изловчиться. Что не приходит на ум, когда площадка космодрома скрывается в клубах дыма, так это горючее: вредное оно или нет, велик ли от него урон, кому из-за этого хуже всего. Но раз ученые, NASA и ракетостроители говорят о «зеленом» топливе, значит, обычное все же чем-то плохо.

Сам этот эпитет, «зеленое», напоминает о биодизеле из кукурузы и электричестве от ветряков и солнечных панелей, которые удовлетворяют наши потребности в энергии, но не разрушают природу так сильно, как уголь, нефть и газ. Тогда и в космической ракете сначала видится что-то вроде движка автомобиля, только громадного, а потому намного более опасного для окружающей среды. Например, в американской ракете Atlas V почти 600 т топлива (в зависимости от конфигурации его может быть больше или меньше), сгорающего буквально на глазах. Этого хватило бы, чтобы на машине обогнуть Землю по экватору где-то 200 раз.

Вот только на свете ездит около 1 млрд автомобилей, а космические запуски бывают не чаще, чем выходные дни: порядка одной сотни в год. Но главное — ракеты в принципе почти не выбрасывают парниковые газы (именно растущие концентрации этих газов в атмосфере и вызванное этим изменение климата служат главным стимулом для развития «чистой» энергетики). Как космические запуски влияют на окружающую среду, вообще толком не понятно, а «зеленое» топливо ищут прежде всего затем, чтобы удешевить и упростить подготовку к полету.

Какое бывает топливо

Первый космический аппарат, советский «Спутник-1», был запущен в октябре 1957-го. За прошедшие 62 года появились новые материалы с удивительными свойствами, производительность вычислительной техники выросла даже не в разы, а на порядки, спутники, зонды, орбитальные обсерватории позволили составить точнейшие карты планеты, разглядеть тела в Солнечной системе и саму Вселенную — и только ракеты, которые поднимают их с поверхности, почти не изменились.

Вредит ли топливо

Одни ракеты заправляют тем, что называется топливом в обиходе: например, очищенным керосином или метаном, а окислителем служит сжиженный кислород. В этих ракетах происходят такие же реакции, как в двигателях внутреннего сгорания автомобилей: выделяется углекислый газ и водяной пар. И то и другое, усиливая парниковый эффект, поднимает среднюю температуру на планете, но десятки запусков в год погоды не делают.

В твердотопливных двигателях зачастую применяется перхлорат аммония и алюминиевая пудра. Из-за этого во время полета в воздух попадает едкая соляная кислота: один запуск европейской ракеты Ariane 5 дает до 270 т этого вещества. В масштабах всей атмосферы это опять-таки незначительное количество, но, как замечено в отчете Еврокомиссии, так можно сказать про все источники загрязнения, поэтому довод слабоват. С другой стороны, замеры, проведенные NASA в 1995 году после запуска ракеты Delta II, показали, что даже на краях стартовой площадки концентрация кислоты не повысилась; не пострадали и окрестные почвы.

Зачем полетит GPIM

Хотя любое ракетное топливо потенциально вредно, но на опытном аппарате GPIM (англ. Green Propellant Infusion Mission) испытают замену одному конкретному виду горючего — широко распространенному гидразину и его производным. Гидразин — сравнительно простое соединение, состоящее из двух атомов азота и четырех атомов водорода. С виду он похож на обыкновенную воду, у них почти одинаковые температуры плавления и кипения, плотность, поверхностное натяжение, но гидразин дымится на воздухе. И если из «водицы» идут сизые пары, это верный знак, что человеку нужно поскорее убираться!

На чем летают «Тополя» / Вооружения / Независимая газета

Есть в российской оборонке предприятия, о которых практически невозможно прочитать в открытой печати. Но без них самые знаменитые ракетные системы – «Тополь-М», «Булава», «Тайфун», «Искандер», «Печора», С-200, да и многие другие – просто не смогли бы существовать. Одно из таких предприятий – Федеральный центр двойных технологий (ФЦДТ) «Союз». Именно здесь создаются твердые ракетные топлива и уникальные артиллерийские пороха, проектируются и отрабатываются энергетические установки для ракетных комплексов самого разного назначения. Не только боевых, но и космических систем – в частности, «Протон», «Молния», «Зенит» и «Морской старт». Также выпускаются «Союзом» установки прямого преобразования энергий, разрабатываются высокоэффективные технологии двойного назначения, в том числе и для медицины.

УНИКАЛЬНАЯ ПРОДУКЦИЯ

«Союз» ведет свою историю с 1947 года. Будущий ФЦДТ был создан на базе опытно-исследовательского завода № 512, расположенного под стенами Николо-Угрешского монастыря, что в подмосковном Дзержинске. Советская власть сначала превратила монашескую обитель в коммуну для беспризорников, а затем – в колонию для малолетних преступников. В Великую Отечественную войну тут выпускались пороховые заряды для легендарных «катюш», а после размещалось Особое техническое бюро (ОТБ), куда собрали ученых-химиков, заложивших основу современной «твердотопливной» науки. ОТБ вскоре преобразовали в НИИ-125, а в 1975 году – в Люберецкое научно-производственное объединение «Союз». С 1994 года, после посещения предприятия первым президентом России, когда выяснилось, что кроме уникальных ракетных топлив здесь делают и уникальные образцы гражданской продукции, НПО стал Федеральным центром двойных технологий «Союз».

За прошедшие 60 лет на предприятии создано более 50 номенклатур смесевых твердых ракетных топлив, в том числе высоконаполненных, содержащих в своем составе взрывчатые вещества и высокодисперсные компоненты, скорость горения которых может регулироваться от долей миллиметра до нескольких десятков миллиметров в секунду, с низкой и высокой зависимостью скорости горения от давления, высокоэнергетического и высокоплотного, с низкой температурой горения и с экологически чистыми продуктами сгорания. Разработано свыше 30 рецептур баллиститных ракетных топлив (баллиститы – нитроглицериновые бездымные пороха). Беспламенных и бездымных, быстро и медленно горящих. Стойких к действию ионизирующего излучения и факторов космического пространства. Плазменных с высокой электропроводностью и других.

Твердые топлива – это многокомпонентные энергетические системы, представляющие собой высоконаполненную термореактивную или термопластическую полимерную композицию, содержащую до 50 разнообразных компонентов. В их числе горючее, окислители, катализаторы и ингибиторы горения, стабилизаторы химической стойкости, технологические добавки и целый ряд других структур, включая и термолабильные, и химически не совместимые между собой. Но при этом обеспечивается требуемая пожаро- и взрывобезопасность топлив и систем на их основе.

Если перевести эту информацию на обычный язык, то станет ясно, что в твердотопливных зарядах ракетных двигателей «Союза» заключены несовместимые в обычной жизни взрывчатые вещества, которые расположены там каким-то невообразимым образом. .. И в результате могут безопасно храниться в корпусе ракеты несколько десятков лет без дополнительного обслуживания и проверок. Но при этом в случае необходимости они готовы создать ракете столь высокие энергетические мощности, которые позволят доставить самый увесистый «груз» в заданную точку планеты в самое кратчайшее время. Например, ракеты комплекса «Тайфун», которыми пока еще вооружены отечественные атомные подводные лодки стратегического назначения, до сих пор имеют твердотопливный заряд, разработанный «Союзом», превышающий по уровню энергетики все мировые аналоги. Даже по сравнению с американскими «Трайдентами».

Как это достигается – очень большой секрет. Только для «Тополя-М» в ФЦДТ «Союз» было создано 17 твердотопливных зарядов, в том числе для всех маршевых ступеней и уникального двигателя с регулируемой тягой. Подобная работа была проделана и для морской «Булавы».

ТОПЛИВА ДЛЯ НЕПОБЕДИМОГО

В целом ФЦДТ «Союз» разработано и сдано в эксплуатацию около 500 номенклатур твердотопливных зарядов, в том числе свыше 150 зарядов и корпусов маршевых и специальных двигателей для стратегических ракетных комплексов шахтного и мобильного базирования РВСН и ВМФ. В числе таких систем недавно ликвидированные ракеты БЖРК 15Ж60 и их шахтный «собрат» 15Ж61, уже упомянутый комплекс «Тайфун», уничтоженные по Договору РСМД комплексы «Темп-С» и «Пионер», продолжающие существовать сегодня и развиваться все виды «Тополей».

ФЦДТ «Союз» отработал заряды для тактических и оперативно-тактических ракет Сухопутных войск «Луна» и «Луна-М», «Точка» и «Точка-У», «Ока» и «Искандер», активно-реактивных снарядов для артиллерийских установок «Б-4М», «Пион», «Гиацинт», «2С3М», высокоточных артиллерийских и минометных систем «Смельчак», «Сантиметр», «Китолов», «Краснополь», для ПТУРов «Малютка», «Штурм», «Атака», «Хризантема», реактивных систем залпового огня «Град», «Ураган» и «Смерч».

Для войск ПВО здесь созданы заряды к ЗРК «Печора» и «Печора-2», «Куб», «Шторм», уже упомянутые С-200, «Волга». Для ВМФ заряды к 35 ракетным системам, в том числе «Удав», «Ливень», «Гранит», «Малахит», «Базальт» и многим другим. Не остались в стороне и ВВС. Для них разработаны заряды к 35 ракетным системам. К Х-59, РС-2У, К-98, к авиационной бомбе «БЕТАБ-500» и прочим комплексам. Нет возможности перечислить другие системы и комплексы. Главный вывод – нет такого вида и рода войск, в системах вооружения которых не использованы твердые топлива и заряды разработки ФЦДТ «Союз».

Необходимо отметить, что «Союз» сотрудничает со всеми ведущими отечественными организациями генеральных и главных конструкторов, занимающихся высокоэнергетическими твердотопливными ракетными комплексами. В частности, знаменитый конструктор 18 видов боевой техники, создавший «Оку» и заложивший основы нынешнего «Искандера», Сергей Павлович Непобедимый отмечал, что именно высокоэнергетические топлива ФЦДТ «Союз» позволили его ракетным системам приобрести те уникальные боевые свойства, которые сделали их лучшими в мире.

Но, рассказывая о твердотопливных зарядах для ракет и снарядов, нельзя не упомянуть об уникальных изделиях общегражданского назначения, которые тоже созданы в «Союзе». Здесь, к примеру, на основе малопламенных порохов и баллиститных топлив для авиационных двигателей разработаны аэрозолеобразующие составы, обеспечивающие самый эффективный из известных ныне объемных способов тушения пожаров, в том числе и для применения в нефтяной и газовой промышленности, на транспорте, да и в быту тоже. Нужно сказать и о принципиально новом направлении в импульсной электроэнергетике – созданном здесь совместно с Институтом атомной энергии и рядом других промышленных организаций МГД-генераторе на твердом плазменном топливе мощностью 550 мегаватт в одном импульсе. С его помощью можно исследовать строение земной коры, вести разведку нефтегазовых месторождений, в том числе и на морском шельфе, и даже предупреждать землетрясения, воздействуя на их нарождающийся очаг┘

Таким организациям, соединяющим в себе уникальные военные технологии для производства вооружений и технологии для создания крайне необходимых внутреннему и международному рынку высокоинтеллектуальных инновационных технических средств, видимо, и принадлежит будущее российской оборонки. Первые 60 лет Федерального центра двойных технологий «Союз» это наглядно доказывают. Юрий Милёхин, генеральный директор ФЦДТ «Союз», резюмирует: «Главное здесь, как и в нашей работе, соблюсти гармонию пропорций и ингредиентов, чтобы не пострадали безопасность и обороноспособность страны».

«Гептил поражает буквально все системы организма человека» – Коммерсантъ FM – Коммерсантъ

Эксперты опасаются, что после падения ракеты-носителя «Протон-М» на землю могло попасть большое количество ядовитых веществ — гептила и амила. Директор по программам «Гринпис Россия» Иван Блоков ответил на вопросы ведущего Максима Митченкова.

Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ

2 июля ракета-носитель «Протон-М» с тремя спутниками ГЛОНАСС разбилась через минуту после взлета с космодрома Байконур. На борту ракеты находилось 600 тонн топлива.

— Что это за ядовитые вещества: гептил и амил? Можете нам рассказать, насколько они опасны?

— Гептил — это компонент ракетного топлива, который крайне опасен для человека, он имеет крайне невысокую предельно допустимую концентрацию. Но дело даже не в этом. Воздействуя на людей, он поражает буквально все системы человека, начиная с того, что он является канцерогенным веществом, и поражает иммунную систему, сердечно-сосудистую, лимфатическую, нервную систему, желудочно-кишечный тракт, печень, кожу, а также вызывает нарушение репродуктивной деятельности и появление врожденных уродств. По сути, любая часть организма человека поражается гептилом. Есть, правда, некоторые вещи, которые свидетельствуют о том, что он быстро разлагается, некоторые исследования свидетельствуют о том, что он быстро переходит в другую форму в окружающей среде. Но эти исследования пока до конца не подтверждены, и слово «быстро» все равно означает несколько дней, а не немедленно. Поэтому то, что произошло, может принести очень большой вред.

— Достаточно просто надышаться этим гептилом, чтобы были такие последствия?

— Понятно, что одновременно все последствия не проявляются, это вопрос вероятности. Но в принципе, достаточно того, чтобы концентрация, в несколько раз превышающая допустимую, попала в воздух рядом с вами, вы можете получить одно или несколько из этих последствий. Единственное, что онкологические последствия, естественно, будут проявляться не немедленно, а через годы, даже через десяток лет.

— Есть вероятность того, что это ядовитое облако, которое образовалось после крушения ракеты, все-таки выйдет за границы космодрома?

— Вот здесь очень сложно оценивать, это, скорее, вопрос, который должны оценивать гидрометеорологи. Но такой шанс явно не исключен, если поднимаются вопросы, причем официальными органами, о возможной эвакуации населения. Я вполне представляю себе, что оно может выйти за границы космодрома. Надо сказать, что разливы гептила — это ведь не что-то новое. Когда падали первые ступени ракет-носителей, то до примерно 2003-2004 годов где-то, может быть, до тонны гептила оказывалось на земле при падении ракеты-носителя, но они оказывались на земле, а не в воздухе. Сейчас это облако. Насколько я знаю, никаких детальных исследований, как он поведет себя в воздухе, не было. Могу предположить, хотя это будет такое предположение очень оценочное, что он будет себя вести аналогично отравляющему веществу.

— Что делать, чтобы его остановить? Есть какие-то способы?

— Неизвестно, поскольку подобного рода исследований не проводилось, то говорить достаточно рано. Я думаю, что самое простое, если есть хоть малейшая возможность, что это облако с серьезными концентрациями достигнет жилых территорий, то просто эвакуировать людей. Потому что это будет продолжаться, безусловно, не неделями, это вопрос одного, двух, максимум трех-четырех дней.

— Насколько сильная концентрация будет, если все-таки облако достигнет жилых районов, жилых массивов, потому что из близлежащих районов людей эвакуировали?

— У меня нет данных о том, какова концентрация сейчас, но предельно допустимые концентрации крайне, крайне невысоки. При этом имеются данные, что воздействие на человека есть и даже при меньших концентрациях. Стандартная предельно допустимая концентрация 0,1 мг/куб.м., но при 0,1 мг/куб.м. вполне возможно, что последствия тоже наступают. Через какое время в таких концентрациях это облако разбавится — сложно сказать, к сожалению, сидя в Москве это сделать невозможно.

— А люди как-то могут самостоятельно себя защитить?

— Опять же, поскольку специальных исследований не было, то можно только общие рекомендации, которые даются при любом появлении в воздухе отравляющих веществ, например, использовать средства защиты органов дыхания. Но я думаю, что наиболее оптимальная вещь все-таки — это эвакуация, а не попытка защитить. Я не думаю, что это потребует долгое время, сейчас гидрометеорологи и служба МЧС должны очень четко контролировать, что происходит на месте. У меня нет ни малейших сомнений, что они будут давать правильную адекватную информацию.

— Что касается Байконура, можно ли будет полностью очистить территорию от ядовитых веществ? Или они там все равно останутся?

— Безусловно, можно. В данном случае, во-первых, через какое-то достаточно ограниченное время это вещество осядет на землю и уже не будет находиться в воздухе, поэтому там можно будет находиться людям. А те участки земли, которые будут заражены, если естественного разложения будет недостаточно, их очищение вполне возможно. Другое дело, я не уверен до конца, что это будет нужно. Это должны смотреть на месте специалисты на основании измерений, а не на основании таких общих оценок.

Ракетное топливо

– Ракетология: Система космического запуска НАСА

Примечание редактора. Это вторая часть серии из двух статей о химических реакциях, лежащих в основе ракетных двигателей. На прошлой неделе мы говорили о жидкостных двигателях основной ступени SLS , на этой неделе поговорим о ускорителях.

Беверли Перри

Чтобы дать SLS дополнительную мощность для отрыва от земли, сдвоенные пятисегментные ракетные ускорители, построенные Orbital ATK, имеют высоту более 17 этажей, сжигают шесть тонн твердого топлива каждую секунду и помогите SLS вырваться из тисков земного притяжения.

Твердое ракетное топливо — это оригинальное ракетное топливо, восходящее к ранним фейерверкам, разработанным китайцами много веков назад. Для бустеров SLS алюминиевый порошок служит топливом, а минеральная соль, перхлорат аммония, является окислителем.

Мощная реакция перхлората алюминия и аммония питает двойные твердотопливные ракетные ускорители SLS.

Алюминий — самый распространенный металл на Земле. Он также очень реактивен. На самом деле алюминий настолько реактивен, что в природе он не встречается в чистом виде, а только в сочетании с другими минералами. Именно эта способность легко сочетаться с другими металлами делает алюминий таким полезным. Каждый день мы используем изделия из алюминиевых сплавов или смесей с другими металлами для таких вещей, как контейнеры для напитков, накрытие остатков пищи или iPhone. Удивительно, но это же вещество используется в твердотопливных ракетных ускорителях.

Перхлорат аммония, соль хлорной кислоты и аммиака, является сильным окислителем (читай: взрывоопасным). В бустерах алюминиевый порошок и перхлорат аммония удерживаются вместе связующим, полибутадиен-акрилонитрилом или PBAN. Затем смесь консистенции резинового ластика упаковывается в стальной футляр.

Так выглядел пустой корпус бустера внутри после первого квалификационного моторного испытания в марте 2015 года. Подготовка ко второму квалификационному испытанию этим летом уже идет полным ходом.

При горении кислород перхлората аммония соединяется с алюминием с образованием оксида алюминия, хлорида алюминия, водяного пара и газообразного азота, а также большого количества энергии.

Эта реакция нагревает внутреннюю часть твердотопливных ускорителей до более чем 5000 градусов по Фаренгейту, вызывая быстрое расширение водяного пара и азота. Как и в жидкостных двигателях, сопло направляет расширяющиеся газы наружу, создавая тягу и отрывая ракету от стартовой площадки.

По сравнению с жидкостными двигателями твердотопливные двигатели имеют более низкий удельный импульс — показатель эффективности ракетного топлива, который описывает тягу на количество сожженного топлива. Однако топливо плотное и сгорает довольно быстро, создавая большую тягу за короткое время. И как только они сожгли свое топливо и помогли запустить SLS в космос, ускорители выбрасываются, облегчая нагрузку на оставшуюся часть космического полета.

Так и есть. Сделайте воду и запустите огромную петарду, и вы получите: ракетная химия. Однако в этом масштабе вы не можете попробовать это дома. Посмотрите настоящее шоу, когда SLS выйдет в 2018 году.

Присоединяйтесь к обсуждению: посетите нашу страницу Facebook , чтобы прокомментировать сообщение об этом блоге. Мы будем рады услышать ваши отзывы!

Автор baperry3Опубликовано 21 апреля, 2016 5 мая, 2016 Рубрики Путешествие на Марс, Система космического запускаМетки #journeytomars, алюминий, перхлорат аммония, химические реакции, химия, хлор, фейерверки, водород, Путешествие на Марс, Марс, Космос Маршалла Центр полетов, MSFC, НАСА, азот, Orbital ATK, окислитель, кислород, топливо, двигательная установка, ракета, ракетное топливо, ракетология, ракеты, SLS, твердотопливные ракетные ускорители, космос, исследование космоса, система космического запуска, космический полет

Автор Беверли Перри

Что общего между водой и алюминием?

Если вы догадались, что вода и алюминий заставляют SLS летать, поставьте себе золотую звезду!

Химия лежит в основе запуска ракет. Движение ракеты следует третьему закону Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Чтобы поднять ракету со стартовой площадки, создайте химическую реакцию, при которой газ и частицы будут выбрасываться из одного конца ракеты, а ракета полетит в другом направлении.

В результате какой химической реакции горячие газы выбрасываются из рабочей части ракеты с достаточной скоростью, чтобы освободить ее от земного притяжения? Горение.

Будь то ваш личный автомобиль или гигантская ракета-носитель, такая как SLS, основы одинаковы. Горение (сжигание чего-либо) высвобождает энергию, которая приводит в движение вещи. Начните с топлива (что-то, что можно сжечь) и окислителя (что-то, что заставит его гореть), и теперь у вас есть топливо. Дайте ему искру, и высвободится энергия вместе с некоторыми побочными продуктами.

Для полета SLS сгорание происходит в двух основных областях: главных двигателях (четыре Aerojet Rocketdyne RS-25) и двойных твердотопливных ракетных ускорителях (построенных Orbital ATK), которые обеспечивают более 75 процентов тяги при взлете. Сгорание приводит в действие обе силовые установки, но топливо и окислители разные.

Облака пара, продукт водородно-кислородной реакции главных двигателей SLS, вытекают из двигателя RS-25 во время испытаний в Космическом центре Стенниса НАСА.

Маршевые двигатели РС-25 называются «жидкостными двигателями», поскольку в качестве топлива используется жидкий водород (Lh3). Жидкий кислород (LOX) служит окислителем. Ускорители, с другой стороны, используют алюминий в качестве топлива с перхлоратом аммония в качестве окислителя, смешанного со связующим, что создает однородное твердое топливо.

Создание воды заставляет SLS летать

Водород, топливо для основных двигателей, является самым легким элементом и обычно существует в виде газа. Газы — особенно легкий водород — имеют низкую плотность, а это значит, что их небольшое количество занимает много места. Чтобы иметь достаточное количество топлива, чтобы привести в действие большую реакцию сгорания, потребуется невероятно большой резервуар для ее хранения — противоположность тому, что необходимо для ракеты-носителя с аэродинамической конструкцией.

Чтобы обойти эту проблему, превратите газообразный водород в жидкость, более плотную, чем газ. Это означает охлаждение водорода до температуры -423 градуса по Фаренгейту (-253 градуса по Цельсию). Серьезно холодно.

Хотя кислород более плотный, чем водород, его также необходимо сжимать в жидкость, чтобы поместить в меньший и более легкий резервуар. Чтобы перевести кислород в жидкое состояние, его охлаждают до температуры -297 градусов по Фаренгейту (-183 градуса по Цельсию). Хотя это мягко по сравнению с Lh3, оба компонента топлива требуют особого обращения при этих температурах. Более того, криогенные Lh3 и LOX быстро испаряются при атмосферном давлении и температуре, а это означает, что ракета может быть загружена топливом только за несколько часов до запуска.

Попав в баки и когда обратный отсчет запуска приближается к нулю, Lh3 и LOX закачиваются в камеру сгорания каждого двигателя. Когда топливо воспламеняется, водород взрывоопасно реагирует с кислородом с образованием воды! Элементарно!

2H ₂ + O ₂ = 2H ₂ O + Энергия

Эта «зеленая» реакция высвобождает огромное количество энергии вместе с перегретой водой (паром). Водородно-кислородная реакция генерирует огромное количество тепла, в результате чего водяной пар расширяется и выходит из сопла двигателя со скоростью 10 000 миль в час! Весь этот быстро движущийся пар создает тягу, которая отталкивает ракету от Земли.

Все дело в импульсе

Но не только экологически чистая реакция воды делает криогенный Lh3 фантастическим ракетным топливом. Все дело в импульсе — удельный импульс . Эта мера эффективности ракетного топлива описывает количество тяги на количество сожженного топлива. Чем выше удельный импульс, тем больше «отталкивания от колодки» вы получаете на каждый фунт топлива.

Топливо Lh3-LOX имеет самый высокий удельный импульс среди всех обычно используемых ракетных топлив, а невероятно эффективный двигатель RS-25 обеспечивает большой расход бензина на уже эффективном топливе.

Но даже несмотря на то, что Lh3 имеет самый высокий удельный импульс, из-за его низкой плотности, перевозка достаточного количества Lh3 для подпитки реакции, необходимой для того, чтобы покинуть поверхность Земли, потребует слишком большого, слишком тяжелого бака со слишком большой изоляцией, защищающей криогенное топливо. практичный.

Чтобы обойти это, дизайнеры усилили SLS.

В следующий раз: Как твердотопливные ракетные ускорители используют алюминий — тот же материал, которым вы покрываете свои остатки — чтобы обеспечить достаточную тягу, чтобы SLS оторвался от земли.

Присоединяйтесь к беседе: Посетите нашу страницу Facebook , чтобы прокомментировать сообщение об этом блоге. Мы будем рады услышать ваши отзывы!

Автор Дженнифер ХарбоОпубликовано 15 апреля 2016 г. 22 апреля 2016 г. Рубрики Путешествие на Марс, Система космического запускаМетки #journeytomars, Aerojet Rocketdyne, алюминий, перхлорат аммония, астронавты, ускорители, химические реакции, химия, Исследовательская миссия 1, водород, Путешествие на Марс, жидкий водород, жидкий кислород, Марс, Центр космических полетов им. Маршалла, MSFC, НАСА, ракета НАСА, третий закон Ньютона, орбитальный АТК, Орион, окислитель, кислород, энергия, топливо, двигательная установка, ракета, ракетное топливо, ракетология, Ракеты, РС-25, Двигатель РС-25, Сатурн V, шаттл, SLS, твердотопливные ускорители, космос, освоение космоса, Система космического запуска, космические грузы, космический корабль, удельный импульс, Космический центр Стенниса, технологии, испытательный стенд

Из чего состоит космическое ракетное топливо?

Наличие достаточного количества топлива для большой реакции горения потребует невероятно большого бака для его содержания, что противоположно тому, что необходимо для ракеты-носителя с аэродинамической конструкцией. Водород, топливо для главных двигателей, является самым легким элементом и обычно существует в виде газа.

Ускорители, требующие постоянного охлаждения, из-за чего ракеты становятся все толще и толще ледяного покрова, непрактичны. Так что, если водород производится из солнечной энергии так же, как спутник Корнелла, эта космическая технология может стать частью вашей повседневной жизни раньше, чем вы думаете.

Из чего состоит космическое ракетное топливо?

Топливо для космических ракет обычно состоит из таких компонентов, как алюминий и перхлорат аммония, если речь идет о твердом топливе. Однако, когда это жидкое топливо, компонентами являются жидкий водород и жидкий кислород.

И когда вы объединяете эти два фактора вместе, топливо выделяет воду, которая позволяет ракете оторваться от земли. Хотя высокий удельный импульс является желательным качеством при перемещении в космосе, двигатели с высоким удельным импульсом не будут создавать достаточную тягу для выхода в космос с поверхности Земли. 16 марта 1926, Robert H.

В случае с порохом (прессованным компаундом без полимерного связующего) горючим является древесный уголь, окислителем является нитрат калия, а сера служит катализатором реакции, при этом расходуясь на образование различных продукты реакции, такие как сульфид калия. Органические соединения, содержащие только углерод и водород.

При смешивании топливо выделяет воду, что позволяет ракете отрываться от земли. Константин Циолковский предложил использовать жидкие ракетные топлива в 1903 в своей статье «Исследование космического пространства с помощью ракетных устройств». Компонентами жидкого топлива являются жидкий водород и жидкий кислород. Перекись водорода когда-то привлекла большое внимание как окислитель и использовалась в британской ракете «Черная стрела».

Оба топлива легкодоступны, дешевы и очень энергоемки. В ракетах на жидком топливе обычно используется жидкий кислород и керосин или жидкий водород. Ракеты на жидком топливе обычно используют жидкий кислород и керосин или жидкий водород. Для твердого топлива компонентами являются алюминий и перхлорат аммония.

RP-1, реактивное топливо высокой степени очистки, сгорает гораздо чище, чем обычное нефтяное топливо, а также представляет меньшую опасность для наземного персонала из-за взрывоопасных паров. Масло, используемое в качестве топлива для ракет , представляет собой высокоочищенный керосин, называемый в США RP-1. Нефть, используемая в качестве ракетного топлива, представляет собой керосин высокой степени очистки, который в США называется RP-1. Нефтяное топливо получают из сырой нефти и представляют собой смесь сложных углеводородов, т.е.

Керосин обеспечивает значительно меньший удельный импульс, чем криогенное топливо, но в целом лучше, чем гиперголическое топливо. Вывод спутников на орбиту с любой формой нестабильного топлива на борту может означать катастрофу для дорогостоящего оборудования или, что еще хуже, для человеческой жизни. Но вместо того, чтобы отправлять воду в космос на тяжелых ракетах, мы могли бы однажды извлечь ее с Луны или астероидов. Кислород является умеренным криогеном, поскольку воздух не сжижается в баке с жидким кислородом, поэтому можно кратковременно хранить LOX в ракете без чрезмерной изоляции.

Германия очень активно разрабатывала ракеты до и во время Второй мировой войны, как для стратегической ракеты Фау-2, так и для других ракет. Эти комбинации хорошо работают в космосе и ближе к Земле, что привело к множеству применений, от ранних стадий ракет Saturn V и Falcon до главных двигателей космического корабля «Шаттл», используемых для вывода орбитального аппарата в космос. Для ракет на жидком топливе требуются потенциально проблемные клапаны, уплотнения и турбонасосы, что увеличивает стоимость ракеты. е.

Газы, особенно легкий водород, имеют низкую плотность, а это означает, что небольшое их количество занимает много места. Твердотопливные ракеты не терпят трещин и пустот и требуют постобработки, такой как рентгеновское сканирование, для выявления дефектов. Нефтяное топливо часто используется в сочетании с жидким кислородом в качестве окислителя. Годдард использовал жидкий кислород (LOX) и бензин в качестве ракетного топлива при первом частично успешном запуске жидкостной ракеты.

Как работает ракетное топливо?

Двигатель выбрасывает массу газа в одном направлении, чтобы получить реакцию в противоположном направлении. Когда происходит сгорание, масса жидкого топлива превращается в огромный объем газа при высокой температуре и давлении. Тот факт, что топливо переходит из твердого или жидкого состояния в газообразное при сгорании, не меняет его массу. Это можно использовать с конструкциями, которые регулируют соотношение окислителя и топлива (наряду с общей тягой) в ходе полета, чтобы максимизировать общую производительность системы.

И масса топлива, и высокая скорость его выхода из системы двигателя придают ракете тягу. Для достижения скоростей космического полета необходимо, чтобы ракетный двигатель достиг максимально возможной тяги в кратчайшие сроки. В статье о твердотопливных ракетах приводится сравнение самых высоких удельных импульсов, достигаемых при различных комбинациях твердого и жидкого топлива, используемых в современных ракетах-носителях. Вот почему сегодня вам нужна огромная ракета, чтобы доставить крошечного человека в космос: вам нужно нести много топлива.

На самом деле алюминий настолько реакционноспособен, что не встречается в природе в чистом виде, а только в сочетании с другими минералами. Молекулы накапливают тепловую энергию при вращении, вибрации и перемещении, из которых только последнее можно легко использовать для добавления энергии к ступени ракеты. Предыдущие эксперименты с топливом для реактивных двигателей приводили к образованию смолистых отложений в каналах охлаждения двигателя и избытка сажи, кокса и других отложений в газогенераторе. Поскольку топливо выбрасывается из задней части ракеты, сила толкает ракету вверх с ускорением, равным силе, с которой выбрасывается топливо.

Чтобы обеспечить SLS дополнительной мощностью для старта, две пятисегментные ракеты-носители, построенные Orbital ATK, имеют высоту более 17 этажей, сжигают шесть тонн твердого топлива каждую секунду и помогают SLS вырваться из хватки Земли. сила тяжести. Ракеты на жидком топливе имеют более высокий удельный импульс, чем ракеты на твердом топливе, и их можно разгонять, останавливать и перезапускать. Все дело в импульсе. Но не только безвредная для окружающей среды реакция воды делает криогенный Lh3 фантастическим ракетным топливом. В результате разные виды топлива используются для разных миссий и различаются между ступенями одной и той же ракеты.

Ракетное топливо основано на Третьем законе движения Ньютона, который гласит, что «каждое действие сопровождается равной и противоположной реакцией». Обычно топливо представляет собой смесь соединений водорода и углерода, а окислитель состоит из соединений кислорода. Этот показатель топливной экономичности ракеты описывает количество тяги на количество сожженного топлива. Этот поток выхлопных газов выбрасывается из сопла двигателя с высокой скоростью, создавая противодействующую силу, которая толкает ракету вперед в соответствии с законами движения Ньютона.

Это предпочтительный окислитель для многих гибридных ракетных конструкций, который часто используется в любительской ракетной технике большой мощности. Процесс сгорания разгоняет массу топлива до выхода из сопла ракеты с высокой скоростью. Основные двигатели сжигают богатую топливом смесь водорода и кислорода, которая непрерывно работает на протяжении всего запуска, но обеспечивает большую часть тяги на больших высотах после того, как сгорает SRB. Хотя кислород более плотный, чем водород, его также необходимо сжимать в жидкость, чтобы поместить в меньший и более легкий резервуар.

При сжигании одного фунта ракетного топлива один фунт выхлопных газов выходит из сопла в виде высокотемпературного газа с высокой скоростью. С другой стороны, ракетные топлива используют алюминий в качестве топлива с перхлоратом аммония в качестве окислителя, смешанного со связующим, что создает гомогенное твердое топливо. Движение ракеты следует третьему закону Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. В случае двухкомпонентных жидкостных ракет смесь восстановительного и окислительного топлива вводится в камеру сгорания, обычно с помощью турбонасоса для преодоления давления.

Чтобы перевести кислород в жидкое состояние, его охлаждают до температуры -297 градусов по Фаренгейту (-183 градуса по Цельсию). Только камера сгорания ракеты на жидком топливе должна выдерживать высокие давления и температуры сгорания. Необходимая энергия может исходить от самого топлива, как в случае химических ракет, или из внешнего источника, как в ионных двигателях. Эта скорость в сочетании с соответствующими массовыми характеристиками топлива обеспечивает мощность или энергию, необходимую для запуска корабля в космос.

Газы легкие, поэтому для хранения газообразного водорода потребуется резервуар большего размера, чем для хранения жидкого водорода. Одной из больших проблем жидкостного ракетного двигателя является охлаждение камеры сгорания и сопла, поэтому криогенные жидкости сначала циркулируют через перегретые части для их охлаждения. Хотя это очень хорошо по сравнению с Lh3, оба компонента топлива требуют особого обращения при этих температурах. Кроме того, криогенные Lh3 и LOX быстро испаряются при атмосферном давлении и температуре, а это означает, что ракета не может быть загружена топливом раньше, чем за несколько часов до запуска.

С другой стороны, ракетные двигатели (и их топливные системы) настолько сложны, что только три страны когда-либо выводили людей на орбиту.

Используется ли нефть в качестве ракетного топлива?

Нефть, используемая в качестве ракетного топлива, представляет собой керосин высокой степени очистки, который в США называется RP-1. Он популярен в военных приложениях, а также используется во время испытаний и на начальных этапах полетов космических ракет. Жидкости, особенно низкотемпературные жидкости, имеют самые высокие значения удельного импульса и могут запускаться и останавливаться по желанию на протяжении всей миссии, что делает их лучшими кандидатами для космических путешествий. Жизнеспособная ракета может быть сделана только из этого топлива, хотя у большой первой ступени, заполненной водородом низкой плотности, есть свои недостатки.

Распад, такой как распад крайне нестабильных перекисных связей в монотопливных ракетах, также может быть источником энергии. Солнечные тепловые ракеты и ядерные тепловые ракеты обычно предлагают использовать жидкий водород для удельного импульса около 600-900 секунд или, в некоторых случаях, воду, которая превращается в пар для удельного импульса около 190 секунд. Независимо от того, работает ли ракета на жидком или твердом топливе, все космические корабли подчиняются третьему закону Ньютона, который гласит, что каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие. Химия лежит в основе ракетостроения, поскольку ученые пытаются найти идеальную реакцию горения, которая выбрасывает энергию с одного конца и, в свою очередь, запускает ракету со стартовой площадки в космос.

В твердотопливных ракетах используется твердофазное топливо, в ракетах на жидком топливе используется жидкофазное топливо, в ракетах на газовом топливе используется газофазное топливо, а в гибридных ракетах используется комбинация твердого и жидкого или газового топлива. Плотные жидкости, такие как РП-1, похожие на керосин, иногда используются для первой ступени, но им не хватает специфической высокой тяги для использования в космосе. Например, жидкий водород и жидкий кислород имеют очень высокий удельный импульс и используются для верхних или вторых ступеней ракет. Завершая варианты топлива, газообразное топливо не имеет плотности, но может предложить некоторые преимущества в производительности и долгосрочном хранении для космических путешествий.

Твердое топливо обычно больше используется в начальной последовательности запуска, когда скорость должна быть максимальной, тогда как жидкое топливо используется позже, чтобы можно было отрегулировать скорость, чтобы вывести полезную нагрузку ракеты на правильную траекторию. Нефть — это топливо, полученное из сырой нефти и углеводородов, криогены — это те, которые хранятся при очень низкой температуре (например, жидкий водород), а гиперголы способны самовоспламеняться при контакте между топливом и окислителем. Твердотопливные ракеты имеют более низкий удельный импульс, показатель эффективности топлива, чем ракеты на жидком топливе. Определенные ступени некоторых ракет используют ископаемое топливо, например, керосин в ракетах Saturn V.

Является ли производство ракетного топлива незаконным?

Для производства, эксплуатации, запуска, полета, испытаний, тестирования, активации, разряда или иных экспериментов с моделями ракетных двигателей, комплектами для заправки двигателей или компонентами двигателей, которые не были сертифицированы в соответствии с NFPA 1125. Производство, эксплуатация, запуск , летать, тестировать, тестировать, активировать, разряжать или иным образом экспериментировать с моделями ракетных двигателей, комплектами для заправки двигателей или компонентами двигателей, которые не были сертифицированы в соответствии с NFPA 1125. Почти все это не является строго незаконным, но может потребовать сертификации. , и, вероятно, попадет в некоторые списки наблюдения.

Производство, эксплуатация, запуск, полет, испытания, испытание, активация, разрядка или иные эксперименты с ракетными двигателями, комплектами для заправки двигателей или компонентами двигателей, которые не были сертифицированы в соответствии с NFPA 1125. Почти все это не является строго незаконным. , но для этого может потребоваться сертификация, и вы, вероятно, попадете в некоторые списки наблюдения. Для некоторых материалов, которые вы можете использовать для сборки двигателя, может потребоваться разрешение от Бюро по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам. АПКП — твердотопливная ракета , который формуется, а не уплотняется путем удара кувалдой, как в случае с конфетными ракетами и ракетами с черным порохом.

Итак, каковы законы и правила по этому поводу во Флориде? Я понимаю кое-что о ракетостроении (честно говоря, я не понимаю, что это не ракетостроение, говорящее, что это не так уж сложно). Некоторые производители ракетных двигателей используют сахарный песок и кукурузный сироп, смешанные с нитратом калия, но другие предпочитают использовать перхлорат аммония или калия вместо нитрата калия. N20 — это газ при комнатной температуре, а газы обычно не являются хорошим ракетным топливом, поэтому сделать его жидким будет сложно. Даже упаковка ракетного двигателя нелицензионным порохом может быть нарушением закона, не говоря уже о других материалах.

Проще говоря, запрещается отправлять ракетные двигатели UPS, почтой, Federal Express или любым другим распространенным перевозчиком, а также перевозить их на самолете, если вы не следуете этим правилам в точности. Никогда не имейте прямой видимости к нему, ставьте металлические щиты между ним и всем, что вы не хотите, чтобы в него попали части ракетного двигателя (здания, баки с горючим или окислителем, но, прежде всего, любое место, где могут быть люди). Производство топлива и двигателей для ракет модели является законным в Соединенных Штатах в соответствии с федеральным законом, но законы отдельных штатов и местные законы могут отличаться. Кроме того, индустрия ракетостроения устанавливает более строгие стандарты, чем федеральное правительство.

Но если вы просто хотите легально запускать модели ракет, вам обычно достаточно получить разрешение от землевладельца. Вы можете покупать, владеть, производить и запускать модели ракет на законных основаниях, если соблюдаете все федеральные, государственные и местные законы. Практически любую модель ракетного двигателя, которую вы найдете на полке в местном магазине для хобби, можно сделать дома. Это правда, что вы можете сделать 100-граммовый (вес топлива) ракетный двигатель из ракетного леденца без какой-либо лицензии на экспериментальные испытания.

Хорошей новостью является то, что вам не нужна лицензия ATF, чтобы делать свои собственные двигатели, если они предназначены для вашего собственного использования. Является ли это законным, если вы следуете правилам, изложенным выше (100 г или менее ракетного топлива )? Любительские ракетные двигатели (в том числе мощные) больше не требуют федерального разрешения на взрывчатые вещества для продажи, покупки, хранения или полета. В Соединенных Штатах конфета ракетных двигателя разрешено производить, но незаконно перевозить без разрешения пользователей взрывчатых веществ.

Кодексы безопасности как NAR, так и NFPA требуют, чтобы ракеты запускались дистанционно с помощью электрической системы, отвечающей конкретным конструктивным требованиям.

Каталожные номера:

Из чего состоит ракетное топливо? |

Лунная пыль может быть использована для производства ракетного топлива

НОВОСТИ

Джеймс Эшворт

Впервые опубликовано 5 мая 2022 года

Лунная пыль может стать основой будущих космических полетов.

Новое исследование показало, что лунная пыль может быть использована для создания кислорода, водорода и даже ракетного топлива, которое может помочь людям в исследованиях Марса и не только.

Будущее топливо для космических полетов может быть прямо над нашими головами.

Китайские ученые показали, что лунная пыль может быть использована для производства топлива для космических кораблей в открытом космосе. Это может удешевить исследование космоса и снизить нагрузку на ресурсы Земли, поскольку страны и предприятия во всем мире готовятся к следующей эре пилотируемых космических полетов.

Профессор Инфан Яо, ведущий автор исследования, говорит: «В ближайшем будущем мы увидим быстрое развитие индустрии пилотируемых космических полетов.

‘Подобно «Эпохе парусов» 1600-х годов, когда сотни кораблей направлялись в море, мы вступим в «Эпоху космоса». Но если мы хотим провести масштабное исследование внеземного мира, нам нужно будет подумать о способах уменьшения полезной нагрузки.

‘Это будет означать, что нужно полагаться на как можно меньше поставок с Земли и вместо этого использовать внеземные ресурсы.’

Результаты исследования были опубликованы в журнале Joule.

Многоразовые космические корабли могут помочь сократить потребность в ресурсах для исследования космоса. Изображение © NASA, лицензия Public Domain через Wikimedia Commons.

Что не так с существующим ракетным топливом?

Самая ресурсоемкая часть космического путешествия приходится на самые ранние этапы миссии — запуск космического корабля с земли. Объект должен двигаться быстрее, чем скорость убегания Земли, около 11,2 километра в секунду, чтобы избежать гравитационного притяжения даже без учета сопротивления воздуха.

Для достижения космической скорости требуется большая тяга, поэтому большую часть веса космического корабля составляет его топливо. Например, ракета «Сатурн-5», которая впервые доставила людей на Луну, до запуска весила чуть менее трех миллионов килограммов, или примерно 400 слонов.

Более 90 % этого веса составляло только топливо, поэтому полезной нагрузке оставалось всего 43 000 кг, чтобы достичь орбиты Луны.

Одной из распространенных комбинаций ракетного топлива, часто используемой на верхних ступенях, является жидкий водород и кислород. Поскольку эти элементы являются одними из самых распространенных во Вселенной, поиск способов их получения в космосе будет означать, что меньшие количества необходимо будет выводить на орбиту.

Поскольку наиболее распространенным топливом для первой ступени ракеты является RP-1, очищенная форма керосина из ископаемого топлива, сокращение этого лишнего веса может сократить выбросы углекислого газа на сотни тонн при каждом запуске наряду с разработкой многоразовых ракет-носителей.

Поскольку в ближайшие десятилетия Луна станет центром международных космических исследований, использование ее пыли может стать одним из способов воплотить эту мечту в жизнь.

Что такое лунная пыль и как из нее можно сделать ракетное топливо?

Лунная пыль — это мельчайшая часть каменистых обломков, покрывающих поверхность Луны, которые в совокупности известны как лунный реголит. В то время как глубина реголита может достигать 10 метров, верхние несколько миллиметров подвергаются воздействию радиации и ударов микрометеоритов, которые разбивают его на мелкий порошок.

В отличие от земной пыли, которая состоит из смеси почвы, мертвых организмов и других микроскопических частиц, лунная пыль состоит из различных порошкообразных минералов и стекла. В атмосфере Луны с низкой гравитацией он может даже накапливать статический заряд, который подбрасывает его в воздух в так называемом пылевом фонтане.

Впервые он был доставлен на Землю астронавтами Аполлона, после чего Советский Союз отправил автоматические зонды для сбора дополнительных образцов. С тех пор лунная пыль изучалась для различных целей, включая добычу ресурсов, ее влияние на здоровье и потенциальное использование в качестве строительного материала.

Однако многие из этих образцов стали загрязненными после реакции с земной атмосферой и теперь менее пригодны для изучения ее свойств. Китайская миссия «Чанъэ-5», запущенная в 2020 году, доставила на Землю первые новые образцы лунной пыли с 1976 года и предлагает новые возможности для ее исследования.

Группа ученых, проводивших последнее исследование, изучила образец пыли и обнаружила, что она содержит железо- и титаносодержащие вещества, которые можно использовать в качестве катализатора для производства полезных материалов. Они продемонстрировали, что электроды, изготовленные из этого материала, способны извлекать кислород и водород из воды, хотя и обладают относительно низкой стабильностью.