skrivet av Beverly Perry
vad har vatten och aluminium gemensamt?
om du gissade att vatten och aluminium gör SLS flyga, ge dig själv en guldstjärna!
kemi är kärnan i att göra raketer flyga. Raketframdrivning följer Newtons tredje lag, som säger att för varje åtgärd finns en jämn och motsatt reaktion. För att få en raket från startplattan, skapa en kemisk reaktion som skjuter gas och partiklar ut ena änden av raketen och raketen kommer att gå åt andra hållet.,
vilken typ av kemisk reaktion får heta gaser som skjuter ut ur affärslutet av en raket med tillräcklig hastighet för att oskadliggöra den från jordens gravitation? Förbränning.
oavsett om det är ditt personliga fordon eller ett behemoth-lanseringsfordon som SLS, är grunderna desamma. Förbränning (bränna något) släpper ut energi, vilket gör att saker går. Börja med bränsle (något att bränna) och en oxidator (något för att få det att brinna) och nu har du drivmedel. Ge det en gnista och energi släpps, tillsammans med några biprodukter.,
för SLS att flyga sker förbränning i två primära områden: huvudmotorerna (fyra Aerojet Rocketdyne RS-25s) och de dubbla fasta raketboosterna (byggda av Orbital ATK) som ger mer än 75 procent av dragkraft vid liftoff. Förbränningskraft både framdrivningssystem, men bränslen och oxidationsmedel är olika.
RS-25 huvudmotorer kallas ”flytande motorer” eftersom bränslet är flytande väte (LH2). Flytande syre (LOX) fungerar som oxidationsmedel. Boosters, å andra sidan, använder aluminium som bränsle med ammoniumperklorat som oxidationsmedel, blandat med ett bindemedel som skapar ett homogent fast drivmedel.
att göra vatten gör SLS flyga
väte, bränslet för huvudmotorerna, är det lättaste elementet och finns normalt som en gas., Gaser-särskilt lättväte-är låg densitet, vilket innebär lite av det tar upp mycket utrymme. Att ha tillräckligt för att driva en stor förbränningsreaktion skulle kräva en otroligt stor tank för att hålla den-motsatsen till vad som behövs för ett aerodynamiskt utformat lanseringsfordon.
för att komma runt detta problem, vrid vätgasen till en vätska, som är tätare än en gas. Detta innebär kylning av väte till en temperatur av -423 grader Fahrenheit (-253 grader Celsius). Allvarligt kallt.,
även om det är tätare än väte, syre måste också komprimeras till en vätska för att passa i en mindre, lättare tank. För att omvandla syre till dess flytande tillstånd kyls den till en temperatur av -297 grader Fahrenheit (-183 grader Celsius). Medan det är ljumt jämfört med LH2, behöver båda drivmedelsingredienserna speciell hantering vid dessa temperaturer. Dessutom avdunstar kryogen LH2 och LOX snabbt vid omgivande tryck och temperatur, vilket betyder att raketen inte kan laddas med drivmedel förrän några timmar före lanseringen.,
en gång i tankarna och med lanseringen nedräkning närmar sig noll, LH2 och LOX pumpas in i förbränningskammaren i varje motor. När drivmedlet antänds reagerar vätet explosivt med syre för att bilda: vatten! Elementärt!
2H2 + O2 = 2H2O + energi
denna ”gröna” reaktion släpper ut massiva mängder energi tillsammans med överhettad vatten (ånga). Väte-syrereaktionen genererar enorm värme, vilket gör att vattenångan expanderar och lämnar motordysorna vid hastigheter på 10 000 miles per timme!, Allt som snabbrörlig ånga skapar den dragkraft som driver raketen från jorden.
det handlar om impuls
men det är inte bara den miljövänliga vattenreaktionen som gör kryogen LH2 till ett fantastiskt raketbränsle. Det handlar om impulsspecifik impuls. Denna åtgärd av effektiviteten hos raketbränsle beskriver mängden dragkraft per mängd bränt bränsle. Ju högre den specifika impulsen desto mer ”tryck av dynan” får du per varje pund bränsle.,
LH2-LOX-drivmedlet har den högsta specifika impulsen för något vanligt använt raketbränsle, och den otroligt effektiva RS-25-motorn får stor gas körsträcka ut ur ett redan effektivt bränsle.
men även om LH2 har den högsta specifika impulsen, på grund av sin låga densitet, med tillräckligt LH2 för att bränna den reaktion som behövs för att lämna jordens yta skulle kräva en tank för stor, för tung och med för mycket isolering som skyddar det kryogena drivmedlet för att vara praktiskt.
för att komma runt det, designers gav SLS ett uppsving.,
nästa gång: hur solid raket boosters använder aluminium-samma saker du använder för att täcka dina rester-för att ge tillräckligt dragkraft för att få SLS från marken.