Warum können wir nicht denselben Tank verwenden, um Kraftstoff für die RCS-Triebwerke und den Hauptmotor für eine Weltraummission aufzunehmen?
Grundsätzlich möchte ich nur wissen, warum wir verschiedene Tanks für die Speicherung des Kraftstoffs des Hauptmotors und des Kraftstoffs der RCS-Triebwerke entwickeln. Wenn wir sowohl für den Hauptmotor als auch für die RCS-Triebwerke (zum Beispiel N2O4 / MMH) denselben Kraftstoff verwenden, wäre es strukturell nicht machbar, einen einzigen Tank für beide Kraftstoffe zu konstruieren.
Antworten
Ein Grund für die Trennung von RCS und Haupttank ist das Leerstandsproblem . Um einen guten Durchfluss in die Motoreinlässe aufrechtzuerhalten, müssen Sie das verbleibende Treibmittel vom Druckgas im Tank trennen und sicherstellen, dass sich das Treibmittel am richtigen Ende des Tanks befindet.
Wie in einer Antwort auf diese verwandte Frage beschrieben , erfolgt dies üblicherweise entweder mit einer flexiblen Membran zwischen dem Druckmittel und dem Treibmittel oder einem Dochtwirkungssystem. Es ist einfacher und effizienter, solche Techniken auf einem kleinen Teil des Tanks anzuwenden, damit die RCS-Triebwerke feuern können (dh eine "Leerlaufverbrennung" durchführen) und dann die Beschleunigung der RCS-Triebwerke verwenden, um das Treibmittel im Haupttank abzusetzen.
Die meisten Weltraumfahrzeuge verwenden aus diesen vernünftigen Gründen tatsächlich ein einziges Treibmittelsystem .
Bei Fahrzeugen mit höherem Schubbedarf oder bei denen kryogene Treibmittel möglich werden, rechtfertigt der Leistungsunterschied zwischen Mono- oder Bi-Treibmitteln mit langer Haltbarkeit und kürzeren Lebensdauertypen komplexere Systeme (z. B. Space-Shuttle-Mischung aus Feststoffen, Wasserstoff / Sauerstoff und Hydrazin / Stickstofftetroxid) ). Für einige Probennummern siehe oder das Buch Ignition von John Clark, das ausführlich das Fehlen eines einzigen perfekten Treibmittelsystems behandelt.
Treibmittel leiden unter mehreren der aufgeführten Probleme, und das Fahrzeugdesign muss eine Kombination akzeptieren, die am wenigsten schlimm ist:
Schlechte Leistung
Friert während des Fluges ein (Grundhydrazin)
verdunstet während des Fluges (Sauerstoff / Wasserstoff)
Geringe Dichte erfordert physikalisch größere Tanks (Wasserstoff)
Löst Lagertanks und Vorrichtungen (Fluor)
Giftig bei der Handhabung oder bei Unfällen (die meisten von ihnen)
Teuer (Bor / einige exotische Kohlenwasserstoffe)
Zersetzt sich bei Lagerung (Salpetersäure, Peroxid)
Empfindlich gegen Kontamination / Handhabung (die meisten Monotreibstoffe)
Schwer neu zu starten (nicht hyperogolische Kombinationen)
Wenn das OP fragt "Warum können wir nicht ...", deutet dies auf eine Ausgangsannahme hin, dass "dies bisher nicht passiert". Während die anderen Antworten auf diese Frage triftige Gründe vorgeschlagen haben , warum es könnte getrennte Antriebssysteme für RCS sein vs Haupt-translationale stieß es in keinem Sinne ist eine allgemeine Regel, oder sogar typisch.
Für Satelliten bis zu mindestens 7 Tonnen mit unterschiedlichsten Anforderungen an Übersetzungen in verschiedenen Achsen und langsamen und schnellen Reaktionsgeschwindigkeiten ist es durchaus typisch, ein einziges Antriebssystem für alle Satellitenfunktionen zu verwenden.
Die Hauptklasse von Satelliten, die diese Designauswahl aufweist, sind geostationäre Kommunikationssatelliten, die den Haupteinsatzmanövern, RCS zur Unterstützung des Haupteinsatzes, Nord-Süd- und Ost-West-Stationshaltung (dh Übersetzung mit geringerem Schub) und verschiedenen einstellungsbezogenen Funktionen unterzogen werden. Entladen und Notfall-Sonnenerfassung mit kleineren Triebwerken.
Die übliche Wahl der Treibmittel- / Gastrennung ist eine auf Oberflächenspannung basierende Treibmittelmanagementvorrichtung innerhalb der Tanks, die RCS-Triebwerke (z. B. 10 N) und den Hauptentfaltungsmotor (z. B. 500 N) zusammen versorgen kann.
Ein Grund, warum dieser Ansatz möglicherweise nicht verwendet wird, liegt darin, dass die Masse des Satelliten / die Größe des Hauptstrahlruders gegenüber kleinen Triebwerken so ist, dass die Oberflächenspannungslösung schwieriger ist, obwohl ich vermute, dass es schwierig wäre, einen viel größeren Motor zu rechtfertigen (sagen wir 2 kN) für eine interplanetare Sonde von wenigen Tonnen.
Viele neuere interplanetare Sonden (Juno auf meinem Kopf) haben dies ebenfalls verwendet (500-N-Hauptmotor).