Written by Beverly Perry
co mają wspólnego woda i aluminium?
jeśli zgadłeś, że woda i aluminium sprawiają, że SLS latają, daj sobie złotą gwiazdę!
Chemia jest podstawą latania rakiet. Napęd rakietowy jest zgodny z trzecim prawem Newtona, które stwierdza, że dla każdej akcji zachodzi reakcja równa i odwrotna. Aby wydostać rakietę z wyrzutni, należy wywołać reakcję chemiczną, która wyrzuca gaz i cząstki z jednego końca rakiety, a rakieta pójdzie w drugą stronę.,
jaka reakcja chemiczna powoduje, że gorące gazy wylatują z końca rakiety z prędkością wystarczającą do uwolnienia jej od grawitacji Ziemi? Spalanie.
niezależnie od tego, czy jest to twój osobisty pojazd, czy pojazd startowy behemoth, taki jak SLS, podstawy są takie same. Spalanie (spalanie czegoś) uwalnia energię, która sprawia, że wszystko idzie. Zacznij od paliwa (coś do spalenia) i utleniacza (coś do spalenia), a teraz masz propelent. Daj mu iskrę i energia jest uwalniana, wraz z niektórymi produktami ubocznymi.,podczas lotu SLS spalanie odbywa się w dwóch podstawowych obszarach: głównych silnikach (cztery Aerojet Rocketdyne RS-25S) i podwójnych rakietach na paliwo stałe (zbudowanych przez Orbital ATK), które zapewniają ponad 75 procent ciągu podczas startu. Moce spalania oba systemy napędowe, ale paliwa i utleniacze są różne.podczas testów w Centrum Kosmicznym Stennis, chmury parowe, produkt reakcji wodorowo-tlenowej głównych silników SLS, wylewały się z silnika RS-25.,
główne silniki RS-25 nazywane są „silnikami ciekłymi”, ponieważ paliwem jest ciekły wodór (LH2). Ciekły tlen (LOX) służy jako utleniacz. Dopalacze, z drugiej strony, używają aluminium jako paliwa z nadchloranem amonu jako utleniacza, zmieszanego ze spoiwem, który tworzy jednorodny stały materiał pędny.
wytwarzanie wody sprawia, że SLS lata
Wodór, paliwo dla silników głównych, jest najlżejszym elementem i zwykle występuje jako gaz., Gazy – zwłaszcza lekki Wodór-mają niską gęstość, co oznacza, że niewiele z nich zajmuje dużo miejsca. Aby mieć wystarczająco dużo energii do zasilania dużej reakcji spalania wymagałoby niesamowicie dużego zbiornika, aby go utrzymać – przeciwieństwo tego, co jest potrzebne w aerodynamicznie zaprojektowanym pojeździe startowym.
aby obejść ten problem, zmień Gaz wodorowy w ciecz, która jest gęstsza niż gaz. Oznacza to chłodzenie wodoru do temperatury -423 stopni Fahrenheita (-253 stopni Celsjusza). Naprawdę zimno.,
chociaż jest gęstszy niż wodór, tlen musi być również skompresowany do cieczy, aby zmieścić się w mniejszym, lżejszym zbiorniku. Aby przekształcić tlen w stan ciekły, jest on chłodzony do temperatury -297 stopni Fahrenheita (-183 stopni Celsjusza). Choć w porównaniu z LH2 jest to balsam, oba składniki pędne wymagają specjalnej obsługi w tych temperaturach. Co więcej, kriogeniczne LH2 i LOX szybko parują przy ciśnieniu i temperaturze otoczenia, co oznacza, że rakieta może być załadowana materiałem pędnym dopiero na kilka godzin przed startem.,
Po wylądowaniu w zbiornikach i zbliżeniu się odliczania do startu, LH2 i LOX są pompowane do komory spalania każdego silnika. Kiedy paliwo zostaje zapalone, Wodór reaguje wybuchowo z tlenem, tworząc: wodę! Elementarne!
2H2 + O2 = 2H2O + Energia
ta” zielona ” reakcja uwalnia ogromne ilości energii wraz z przegrzaną wodą (parą wodną). Reakcja wodorowo-tlenowa generuje ogromne ciepło, powodując, że para wodna rozszerza się i opuszcza dysze silnika z prędkością 10 000 mil na godzinę!, Cała ta szybko poruszająca się para tworzy ciąg, który napędza rakietę z ziemi.
chodzi o Impuls
ale nie tylko przyjazna dla środowiska reakcja wody sprawia, że kriogeniczny LH2 jest fantastycznym paliwem rakietowym. Chodzi o Impuls-specyficzny impuls. Ta miara efektywności paliwa rakietowego opisuje ilość ciągu na ilość spalonego paliwa. Im wyższy impuls właściwy, tym więcej” push off pad ” otrzymujesz za każdy funt paliwa.,
materiał pędny LH2-LOX ma najwyższy impuls właściwy ze wszystkich powszechnie stosowanych paliw rakietowych, a niezwykle wydajny silnik RS-25 uzyskuje Wielki przebieg gazu z już wydajnego paliwa.
ale mimo, że LH2 ma najwyższy impuls właściwy, ze względu na swoją niską gęstość, przenoszenie wystarczającej ilości LH2 do napędzania reakcji potrzebnej do opuszczenia powierzchni Ziemi wymagałoby zbiornika zbyt dużego, zbyt ciężkiego i zbyt dużej izolacji chroniącej kriogeniczny materiał pędny, aby było praktyczne.
aby to obejść, projektanci dali SLS impuls.,
następnym razem: jak dopalacze rakiet na paliwo stałe używają aluminium – tego samego materiału, którego używasz do zakrywania resztek-aby zapewnić wystarczającą siłę ciągu, aby SLS oderwał się od ziemi.