Geschrieben von Beverly Perry
Was haben Wasser und Aluminium gemeinsam?
Wenn Sie erraten haben, dass Wasser und Aluminium SLS fliegen lassen, geben Sie sich einen goldenen Stern!
Die Chemie steht im Mittelpunkt, Raketen fliegen zu lassen. Der Raketenantrieb folgt Newtons Drittem Gesetz, das besagt, dass es für jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion gibt. Um eine Rakete von der Startrampe zu bekommen, erstellen Sie eine chemische Reaktion, die Gas und Partikel aus einem Ende der Rakete schießt und die Rakete wird in die andere Richtung gehen.,
Durch welche chemische Reaktion schießen heiße Gase aus dem Geschäftsende einer Rakete mit genügend Geschwindigkeit, um sie von der Schwerkraft der Erde zu befreien? Verbrennung.
Ob es Ihr persönliches Fahrzeug oder eine gigantische Trägerrakete wie SLS ist, die Grundlagen sind die gleichen. Verbrennung (Verbrennen von etwas) setzt Energie frei, die die Dinge zum Laufen bringt. Beginnen Sie mit Kraftstoff (etwas zu brennen) und einem Oxidationsmittel (etwas, damit es brennt) und jetzt haben Sie Treibmittel. Gib ihm einen Funken und Energie wird zusammen mit einigen Nebenprodukten freigesetzt.,
Damit SLS fliegen kann, erfolgt die Verbrennung in zwei Hauptbereichen: den Haupttriebwerken (vier Aerojet Rocketdyne RS-25s) und den zwei Feststoffraketen-Boostern (gebaut von Orbital ATK), die beim Start mehr als 75 Prozent Schub liefern. Die Verbrennung treibt beide Antriebssysteme an, aber die Brennstoffe und Oxidationsmittel sind unterschiedlich.
Die RS-25 Hauptmotoren werden“ liquid engines “ genannt, weil der Kraftstoff flüssiger Wasserstoff (LH2) ist. Flüssiger Sauerstoff (LOX) dient als Oxidationsmittel. Die Booster hingegen verwenden Aluminium als Brennstoff mit Ammoniumperchlorat als Oxidationsmittel, gemischt mit einem Bindemittel, das ein homogenes festes Treibmittel erzeugt.
Wasser machen lässt SLS fliegen
Wasserstoff, der Kraftstoff für die Hauptmotoren, ist das leichteste Element und existiert normalerweise als Gas., Gase-insbesondere leichter Wasserstoff-haben eine geringe Dichte, was bedeutet, dass ein wenig davon viel Platz beansprucht. Um genug Leistung für eine große Verbrennungsreaktion zu haben, wäre ein unglaublich großer Tank erforderlich, um ihn zu halten – das Gegenteil von dem, was für eine aerodynamisch gestaltete Trägerrakete benötigt wird.
Um dieses Problem zu umgehen, verwandeln Sie das Wasserstoffgas in eine Flüssigkeit, die dichter als ein Gas ist. Dies bedeutet, den Wasserstoff auf eine Temperatur von -423 Grad Fahrenheit (-253 Grad Celsius) abzukühlen. Ernsthaft kalt.,
Obwohl es dichter als Wasserstoff ist, muss Sauerstoff auch in eine Flüssigkeit komprimiert werden, um in einen kleineren, leichteren Tank zu passen. Um Sauerstoff in seinen flüssigen Zustand umzuwandeln, wird er auf eine Temperatur von -297 Grad Fahrenheit (-183 Grad Celsius) abgekühlt. Während das im Vergleich zu LH2 mild ist, benötigen beide Treibstoffbestandteile bei diesen Temperaturen eine besondere Handhabung. Darüber hinaus verdampfen die kryogenen LH2 und LOX bei Umgebungsdruck und-temperatur schnell, was bedeutet, dass die Rakete erst einige Stunden vor dem Start mit Treibmittel beladen werden kann.,
Einmal in den Tanks und mit dem Start-Countdown nahe Null werden LH2 und LOX in die Brennkammer jedes Motors gepumpt. Wenn das Treibmittel gezündet wird, reagiert der Wasserstoff explosiv mit Sauerstoff zu bilden: Wasser! Elementar!
2H2 + O2 = 2H2O + Energie
Diese“ grüne “ Reaktion setzt zusammen mit überhitztem Wasser (Dampf) massive Energiemengen frei. Die Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion erzeugt enorme Wärme, wodurch sich der Wasserdampf ausdehnt und die Motordüsen mit einer Geschwindigkeit von 10.000 Meilen pro Stunde verlässt!, All dieser sich schnell bewegende Dampf erzeugt den Schub, der die Rakete von der Erde treibt.
Es geht um Impulse
Aber nicht nur die umweltfreundliche Wasserreaktion macht cryogenic LH2 zu einem fantastischen Raketentreibstoff. Es ist alles über Impuls – spezifischen Impuls. Dieses Maß für den Wirkungsgrad von Raketentreibstoff beschreibt die Schubmenge pro verbrannter Kraftstoffmenge. Je höher der spezifische Impuls ist, desto mehr „drücken Sie das Pad ab“ erhalten Sie pro Pfund Kraftstoff.,
Das LH2-LOX-Treibmittel hat den höchsten spezifischen Impuls eines üblicherweise verwendeten Raketentreibstoffs, und der unglaublich effiziente RS-25-Motor erzielt einen hohen Benzinverbrauch aus einem bereits effizienten Kraftstoff.
Aber auch wenn LH2 aufgrund seiner geringen Dichte den höchsten spezifischen Impuls hat, würde das Tragen von genügend LH2, um die Reaktion zu befeuern, die erforderlich ist, um die Erdoberfläche zu verlassen, einen zu großen, zu schweren Tank mit zu viel Isolierung erfordern Schutz des kryogenen Treibstoffs, um praktisch zu sein.
Um das zu umgehen, gaben Designer SLS einen Schub.,
Nächstes Mal: Wie die festen Raketenbooster Aluminium verwenden – das gleiche Zeug, das Sie verwenden, um Ihre Reste zu bedecken -, um genug Schub zu liefern, um SLS vom Boden zu bekommen.