geschreven door Beverly Perry
wat hebben water en aluminium met elkaar gemeen?
als je raadt dat water en aluminium SLS laten vliegen, geef jezelf dan een gouden ster!
chemie is de kern van het laten vliegen van raketten. Raketaandrijving volgt Newton ‘ s derde wet, die stelt dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is. Om een raket van het lanceerplatform te krijgen, creëer je een chemische reactie die gas en deeltjes uit het ene uiteinde van de raket schiet en de raket zal de andere kant op gaan.,
wat voor chemische reactie zorgt ervoor dat hete gassen uit het zakelijke uiteinde van een raket schieten met genoeg snelheid om het los te maken van de zwaartekracht van de aarde? Verbranding.
of het nu uw persoonlijke voertuig is of een kolossale draagraket zoals SLS, de basis is hetzelfde. Verbranding (iets verbranden) geeft energie vrij, waardoor dingen gaan. Begin met brandstof (iets om te verbranden) en een oxidator (iets om het te laten branden) en nu heb je drijfgas. Geef het een vonk en energie wordt vrijgegeven, samen met een aantal bijproducten.,
om SLS te laten vliegen, vindt de verbranding plaats in twee primaire gebieden: de hoofdmotoren (vier Aerojet Rocketdyne RS-25 ‘ s) en de twin solid rocket boosters (gebouwd door orbitale ATK) die meer dan 75% van de stuwkracht leveren bij het opstijgen. De verbrandingsmotoren werken beide voortstuwingssystemen, maar de brandstoffen en oxidatiemiddelen zijn verschillend.
de hoofdmotoren van RS-25 worden” vloeibare motoren ” genoemd omdat de brandstof Vloeibaar waterstof is (LH2). Vloeibare zuurstof (LOX) dient als oxidator. De boosters, aan de andere kant, gebruiken aluminium als brandstof met ammoniumperchloraat als oxidatiemiddel, gemengd met een bindmiddel dat één homogene vaste stuwstof creëert.
water maken maakt SLS vliegen
waterstof, de brandstof voor de hoofdmotoren, is het lichtste element en bestaat normaal gesproken als gas., Gassen-vooral lichtgewicht waterstof-hebben een lage dichtheid, wat betekent dat een beetje ervan veel ruimte in beslag neemt. Om genoeg te hebben voor een grote verbrandingsreactie zou een ongelooflijk grote tank nodig zijn om het te houden – het tegenovergestelde van wat nodig is voor een aerodynamisch ontworpen draagraket.
om dit probleem te omzeilen, wordt het waterstofgas omgezet in een vloeistof, die dichter is dan een gas. Dit betekent het koelen van de waterstof tot een temperatuur van -423 graden Fahrenheit (-253 graden Celsius). Echt koud.,
hoewel het dichter is dan waterstof, moet zuurstof ook worden samengeperst tot een vloeistof om in een kleinere, lichtere tank te passen. Om zuurstof om te zetten in zijn vloeibare toestand, wordt het gekoeld tot een temperatuur van -297 graden Fahrenheit (-183 graden Celsius). Hoewel dat zwoel is in vergelijking met LH2, hebben beide drijfgasingrediënten speciale behandeling nodig bij deze temperaturen. Bovendien verdampen de cryogene LH2 en LOX snel bij omgevingsdruk en temperatuur, waardoor de raket pas enkele uren voor de lancering met stuwstof kan worden geladen.,
eenmaal in de tanks en met het aftellen van de lancering bijna nul, worden de LH2 en LOX in de verbrandingskamer van elke motor gepompt. Wanneer de stuwstof wordt ontstoken, reageert de waterstof explosief met zuurstof om te vormen: water! Elementair!
2H2 + O2 = 2h2o + energie
Deze” groene ” reactie geeft samen met oververhit water (stoom) enorme hoeveelheden energie af. De waterstof-zuurstof reactie genereert enorme hitte, waardoor de waterdamp uit te zetten en uit de motor sproeiers met snelheden van 10.000 mijl per uur!, Al die snel bewegende stoom creëert de stuwkracht die de raket voortstuwt van de aarde.
Het draait allemaal om impuls
maar het is niet alleen de milieuvriendelijke waterreactie die cryogene LH2 tot een fantastische raketbrandstof maakt. Het draait allemaal om impuls – specifieke impuls. Deze maat voor de efficiëntie van raketbrandstof beschrijft de hoeveelheid stuwkracht per hoeveelheid verbrand brandstof. Hoe hoger de specifieke impuls, hoe meer “duw het pad af” je krijgt per pond brandstof.,
De LH2-LOX stuwstof heeft de hoogste specifieke impuls van alle veelgebruikte raketbrandstof, en de ongelooflijk efficiënte RS-25 motor haalt grote gas kilometers uit een reeds efficiënte brandstof.
maar hoewel LH2 de hoogste specifieke impuls heeft, zou het dragen van voldoende LH2 om de reactie te voeden die nodig is om het aardoppervlak te verlaten, een tank vereisen die te groot, te zwaar en met te veel isolatie de cryogene stuwstof beschermt om praktisch te zijn.
om dat te omzeilen gaven ontwerpers SLS een boost.,
volgende keer: hoe de solid rocket boosters aluminium gebruiken-hetzelfde spul dat je gebruikt om je restjes te bedekken-om genoeg stuwkracht te leveren om SLS van de grond te krijgen.