Ako sa Lunárni Landers znovu spúšťajú, keď nie je kyslík?

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

V typickom motore na benzínový automobil sa vyrába energia vo valcoch, z ktorých každá pozostáva z hriadeľa s tesne nasadeným piestom, ktorý sa pohybuje smerom dole a nasáva vzduch a benzín. Pri zavretí nasávacieho ventilu sa piest pohybuje späť, stláča zmes a zvyšuje jej teplotu (a tým i účinnosť). Keď zástrčka iskra, benzín je zapálený a uvoľnené teplo a energia v následnej explózii poháňa piest späť.

Na druhom konci piestu (oproti nasávaciemu ventilu a zapaľovacej sviečke) je spojovacia tyč, ktorá je pripevnená k kľukovej hriadeľke. Keď je piest nútený nadol, tlačí tyč, ktorá pohybuje otočnou kľukovou hriadeľou. Tento proces funguje tak dobre, že sa replikoval stovky miliónov krát vo všetkom od reťazových píli po Ford F-150.

Avšak tento spôsob výroby energie sa spolieha na kyslík prítomný v atmosfére, aby sa spojil s uhlíkom v benzíne. Vo vesmíre, samozrejme, dôvod, pre ktorý vás nikto nevie počuť, je, že nie je vzduch (alebo kyslík). Zadajte rakety.

Raketa sa nespolieha na kľukový hriadeľ, ale na vylúčenie niečoho, či už plynu, kvapaliny, pevnej alebo jednoducho žiara, cez malý otvor (hubica). Preto, na rozdiel od kamiónu, ktorý nepotrebuje nosiť svoj oxidačný prostriedok, pretože dokáže čerpať vzduch z okolitého prostredia, lode s raketovými motormi musia niesť všetky svoje pohonné látky s nimi.

Samozrejme, bolo by nepraktické (ak nie nemožné) vytiahnuť dostatok plynného kyslíka do priestoru, aby ste dosiahli zmysluplný let. Na vyriešenie tohto problému boli vyvinuté alternatívy, predovšetkým vo forme pevných a kvapalných hnacích plynov.

Tuhé hnacie látky sa skladajú z dvoch hlavných typov - homogénnych a kompozitných. V oboch prípadoch sa palivo a oxidačné činidlo skladujú dohromady a pri zapálení sa vytvára výkon.

Homogénne tuhé propelenty sú jedinečné v tom, že ako oxidant tak aj palivo existujú spoločne ako jedna, nestabilná zlúčenina, buď ako jednoducho nitrocelulóza, alebo spolu s nitroglycerínom.

Na druhej strane, s kompozitnými tuhými hnacími látkami, palivo a oxidant sú odlišné materiály, ktoré sa skombinovali do práškovej alebo kryštalickej zmesi, ktorá sa bežne skladá z dusičnanu amónneho alebo chlorečnanu alebo chlorečnanu draselného (ako oxidačné činidlo) a niektoré typ tuhého uhľovodíkového paliva (podobný ako asfalt alebo plast).

Tuhé pohonné látky sa už dlho používajú s raketami, vrátane raketoplánu raketoplánu, z ktorých každý vyrábal 3,3 milióna libier.

S kvapalnými pohonnými látkami existujú tri hlavné typy: na báze ropy, kryogénne a hypergolické. Všetky tri z týchto spôsobov pohonu ukladajú svoje oxidačné činidlá a palivá oddelene, kým nie je potrebný ťah. Keď sa spaľujú rakety poháňané kvapalinou, kúsok z nich (palivo a oxidant) sa zavádza do spaľovacej komory, kde sa kombinujú a nakoniec vybuchnú - produkujú potrebnú energiu.

Kvapalné palivá na báze ropy, ako to naznačuje názov, zmiešajú ropný produkt (ako petrolej) s kvapalným kyslíkom, ktorý je vysoko koncentrovaný a stáva sa ním účinným a výkonným hnacím plynom. Ako taký, táto metóda bola široko používaná pre mnohé rakety, vrátane prvých etáp Saturnu I, IB a V, rovnako ako Soyuz.

Iná kvapalná hnacia látka sa opiera o kryogénne skvapalnené plyny; jedna bežná metóda mieša skvapalnený vodík (palivo) so skvapalneným kyslíkom (oxidantom). Vysoko efektívne, ale ťažko skladovateľné dlho kvôli potrebe udržať obidve také chladné (vodík zostáva kvapalinou pri -423F a kyslíkom pri -297F), kryogénne hnacie plyny sa používajú len v obmedzených aplikáciách, hoci zahŕňajú hlavné motory raketoplán a niektoré štádiá delty IV a niektoré rakety Saturn.

Pri oboch ropných a kryogénnych hnacích plynoch sa vyžaduje určitý typ zapálenia buď pyrotechnickými, chemickými alebo elektrickými prostriedkami; avšak s tretím typom kvapalného hnacieho plynu, hypergolickým, nie je potrebné žiadne zapálenie.

Bežné hypergolické palivá zahŕňajú rôzne formy hydrazínu (vrátane nesymetrického dimetylhydrazínu a monometylhydrazínu), zatiaľ čo oxid oxid dusíka sa často používa ako oxidoxid.

Tekutina, dokonca aj pri izbovej teplote, dokáže ľahko skladovať hypergolické pohonné hmoty, ktoré spolu so svojou spontánnou horľavosťou spôsobujú, že sú veľmi žiaduce pre množstvo aplikácií, napríklad v manévrovacích systémoch. Preto aj napriek tomu, že použité materiály sú vysoko toxické a korozívne, často sa používajú hyperbolické palivá, a to aj v orbitálnom manévrovacom systéme raketoplánov a lunárny modul Apollo (LM), ktorý súvisí s touto otázkou.

Štyria subdodávatelia pracovali pod vedúcim dodávateľom spoločnosti Grumman Corporation na vybudovanie LM, pričom spoločnosť Bell Aerosystems bola vybraná pre vývoj svojho pohonu na výstup.Práca začala na projekte v januári 1963, no inžinieri ešte stále šplchali s motorom stúpania až v septembri 1968, keď bol vypustený pôvodný vstrekovač hnacieho agregátu Bell, ktorý bol navrhnutý spoločnosťou Rocketdyne, subdodávateľom, ktorý tiež zostrojil zostupový motor.

Poháňaný nepohyblivým a pevným motorom a poháňaným palivom Aerozine 50 a oxidom dusíka oxidom dusíka, hypergolické materiály, ktoré poskytli tlak potrebný na to, aby sa LM dostali z povrchu Mesiaca, boli tak žieravé, že spaľovali motor vždy, keď boli vypálené (vyžadujúce rekonštrukciu motora). V dôsledku toho nebol ani jeden zo vzostupných motorov pre žiaden z LM testovaný alebo vypálený pred zdvihnutím astronautov Apolla z Mesiaca.