Pokud jste uhodli, že díky vodě a hliníku SLS létají, dejte si zlatou hvězdu!
Chemie je jádrem toho, aby rakety létaly. Raketový pohon se řídí třetím Newtonovým zákonem, který říká, že pro každou akci existuje stejná a opačná reakce. Chcete-li dostat raketu z odpalovací rampy, vytvořte chemickou reakci, která vystřelí plyn a částice z jednoho konce rakety a raketa půjde na druhou stranu.
Jaký druh chemické reakce způsobí, že horké plyny vystřelí z obchodního konce rakety s dostatečnou rychlostí, aby ji odpoutaly od zemské gravitace? Spalování.
Ať už jde o vaše osobní vozidlo nebo obří nosnou raketu, jako je SLS, základy jsou stejné. Spalování (spalování něčeho) uvolňuje energii, díky které věci jdou. Začněte s palivem (něco na spalování) a okysličovadlem (něco, aby to spalovalo) a teď máte pohonnou hmotu. Dejte tomu jiskru a energie se uvolní spolu s některými vedlejšími produkty.
Aby SLS mohla létat, spalování probíhá ve dvou primárních oblastech: hlavní motory (čtyři Aerojet Rocketdyne RS-25) a dva posilovače raket na tuhá paliva (vyrobené Orbital ATK), které poskytují více než 75 procent tahu při startu. Spalování pohání oba pohonné systémy, ale paliva a okysličovadla se liší.
Hlavní motory RS-25 se nazývají „kapalné motory“, protože palivem je kapalný vodík (LH2). Jako okysličovadlo slouží kapalný kyslík (LOX). Na druhou stranu boostery používají jako palivo hliník s chloristanem amonným jako okysličovadlem smíchaným s pojivem, které vytváří jednu homogenní tuhou pohonnou látku.
Výroba vody nutí SLS létat
Vodík, palivo pro hlavní motory, je nejlehčím prvkem a normálně existuje jako plyn. Plyny – zejména lehký vodík – mají nízkou hustotu, což znamená, že jejich malá část zabírá hodně místa. Mít dostatek energie pro velkou spalovací reakci by vyžadovalo neuvěřitelně velkou nádrž, která by ji udržela – opak toho, co je potřeba pro aerodynamicky navrženou nosnou raketu.
Chcete-li tento problém obejít, přeměňte plynný vodík na kapalinu, která je hustší než plyn. To znamená ochlazení vodíku na teplotu -423 stupňů Fahrenheita (-253 stupňů Celsia). Vážná zima.
Přestože je hustší než vodík, kyslík musí být také stlačen do kapaliny, aby se vešel do menší, lehčí nádrže. K přeměně kyslíku na kapalné skupenství se kyslík ochladí na teplotu -297 stupňů Fahrenheita (-183 stupňů Celsia). I když je to příjemné ve srovnání s LH2, obě složky pohonné hmoty vyžadují při těchto teplotách zvláštní zacházení. A co víc, kryogenní LH2 a LOX se rychle vypařují při okolním tlaku a teplotě, což znamená, že raketa nemůže být naplněna pohonnou látkou až několik hodin před startem.
Jakmile jsou v nádržích a odpočítávání startu se blíží nule, LH2 a LOX jsou pumpovány do spalovací komory každého motoru. Při zapálení pohonné látky vodík explozivně reaguje s kyslíkem za vzniku: vody! Základní!
2H2 + O.2 = 2H2O + Energie
Tato „zelená“ reakce uvolňuje obrovské množství energie spolu s přehřátou vodou (párou). Reakce vodík-kyslík generuje obrovské teplo, což způsobuje, že se vodní pára rozpíná a vystupuje z trysek motoru rychlostí 10,000 XNUMX mil za hodinu! Všechna ta rychle se pohybující pára vytváří tah, který pohání raketu ze Země.
Všechno je to o impulsu
Ale není to jen ekologická reakce vody, která dělá z kryogenního LH2 fantastické raketové palivo. Všechno je to o impulsu – specifický impuls. Tato míra účinnosti raketového paliva popisuje množství tahu na množství spáleného paliva. Čím vyšší je specifický impuls, tím více „odtlačení podložky“ získáte na každou libru paliva.
Pohonná hmota LH2-LOX má nejvyšší specifický impuls ze všech běžně používaných raketových paliv a neuvěřitelně účinný motor RS-25 získává velkou spotřebu plynu z již tak účinného paliva.
Ale i když má LH2 nejvyšší specifický impuls, kvůli své nízké hustotě by přeprava dostatečného množství LH2 k naplnění reakce potřebné k opuštění zemského povrchu vyžadovala příliš velkou, příliš těžkou a příliš velkou izolaci chránící kryogenní pohonnou látku, aby to bylo praktické.
Aby to designéři obešli, dali SLS podporu.
Příště: Jak raketové posilovače využívají hliník – to samé, co používáte k zakrytí svých zbytků – k zajištění dostatečného tahu, aby se SLS dostal ze země.
Zapojte se do konverzace: Navštivte naši stránku na Facebooku komentovat příspěvek o tomto blogu. Rádi bychom slyšeli váš názor!
