Scritto da Beverly Perry
Cosa hanno in comune acqua e alluminio?
Se hai indovinato che l’acqua e l’alluminio fanno volare SLS, regalati una stella d’oro!
La chimica è al centro del far volare i razzi. La propulsione a razzo segue la Terza Legge di Newton, che afferma che per ogni azione c’è una reazione uguale e opposta. Per ottenere un razzo dalla rampa di lancio, crea una reazione chimica che spara gas e particelle da un’estremità del razzo e il razzo andrà dall’altra parte.,
Che tipo di reazione chimica ottiene gas caldi che sparano dal business end di un razzo con una velocità sufficiente per liberarlo dalla gravità terrestre? Combustione.
Se è il vostro veicolo personale o un veicolo di lancio behemoth come SLS, le basi sono le stesse. La combustione (bruciare qualcosa) rilascia energia, il che fa andare le cose. Inizia con il carburante (qualcosa da bruciare) e un ossidante (qualcosa per farlo bruciare) e ora hai il propellente. Dagli una scintilla e l’energia viene rilasciata, insieme ad alcuni sottoprodotti.,
Per far volare gli SL, la combustione avviene in due aree primarie: i motori principali (quattro Aerojet Rocketdyne RS-25) e i booster a razzo solido gemelli (costruiti da Orbital ATK) che forniscono oltre il 75% della spinta al decollo. La combustione alimenta entrambi i sistemi di propulsione, ma i combustibili e gli ossidanti sono diversi.
I motori principali RS-25 sono chiamati “motori liquidi” perché il carburante è idrogeno liquido (LH2). L’ossigeno liquido (LOX) funge da ossidante. I booster, d’altra parte, utilizzano l’alluminio come combustibile con perclorato di ammonio come ossidante, mescolato con un legante che crea un propellente solido omogeneo.
Fare acqua fa volare SLS
L’idrogeno, il carburante per i motori principali, è l’elemento più leggero e normalmente esiste come gas., I gas, in particolare l’idrogeno leggero, sono a bassa densità, il che significa che un po ‘ di esso occupa molto spazio. Per avere abbastanza per alimentare una grande reazione di combustione richiederebbe un serbatoio incredibilmente grande per tenerlo-l’opposto di ciò che è necessario per un veicolo di lancio aerodinamicamente progettato.
Per aggirare questo problema, trasforma il gas idrogeno in un liquido, che è più denso di un gas. Ciò significa raffreddare l’idrogeno ad una temperatura di -423 gradi Fahrenheit (-253 gradi Celsius). Seriamente freddo.,
Sebbene sia più denso dell’idrogeno, l’ossigeno deve anche essere compresso in un liquido per adattarsi a un serbatoio più piccolo e leggero. Per trasformare l’ossigeno nel suo stato liquido, viene raffreddato ad una temperatura di -297 gradi Fahrenheit (-183 gradi Celsius). Mentre questo è balsamico rispetto a LH2, entrambi gli ingredienti propellenti necessitano di una manipolazione speciale a queste temperature. Inoltre, l’LH2 criogenico e il LOX evaporano rapidamente a pressione e temperatura ambiente, il che significa che il razzo non può essere caricato con propellente fino a poche ore prima del lancio.,
Una volta nei serbatoi e con il conto alla rovescia di lancio vicino allo zero, LH2 e LOX vengono pompati nella camera di combustione di ciascun motore. Quando il propellente viene acceso, l’idrogeno reagisce in modo esplosivo con l’ossigeno per formare: acqua! Elementare!
2H2 + O2 = 2H2O + Energia
Questa reazione “verde” rilascia enormi quantità di energia insieme all’acqua surriscaldata (vapore). La reazione idrogeno-ossigeno genera un calore tremendo, causando l’espansione del vapore acqueo e l’uscita degli ugelli del motore a velocità di 10.000 miglia all’ora!, Tutto quel vapore in rapido movimento crea la spinta che spinge il razzo dalla Terra.
Si tratta di impulso
Ma non è solo la reazione ecologica dell’acqua che rende criogenico LH2 un fantastico combustibile per razzi. Si tratta di impulso – impulso specifico. Questa misura dell’efficienza del carburante per razzi descrive la quantità di spinta per quantità di carburante bruciato. Più alto è l’impulso specifico, più “spingere fuori il pad” si ottiene per ogni chilo di carburante.,
Il propellente LH2-LOX ha il più alto impulso specifico di qualsiasi combustibile per razzi comunemente usato, e il motore RS-25 incredibilmente efficiente ottiene un ottimo chilometraggio di gas da un carburante già efficiente.
Ma anche se LH2 ha il più alto impulso specifico, a causa della sua bassa densità, trasportare abbastanza LH2 per alimentare la reazione necessaria per lasciare la superficie terrestre richiederebbe un serbatoio troppo grande, troppo pesante e con troppo isolamento che protegge il propellente criogenico per essere pratico.
Per aggirare il problema, i progettisti hanno dato una spinta a SLS.,
La prossima volta: come i booster a razzo solidi usano l’alluminio – la stessa roba che usi per coprire i tuoi avanzi-per fornire una spinta sufficiente per far decollare SLS da terra.