Pourquoi la NASA ou SpaceX n'utilisent-ils pas l'ozone comme oxydant pour les carburants pour fusées?
Vraisemblablement, il serait coûteux d'utiliser l'ozone ($\ce{O3}$) comme oxydant au lieu de $\ce{O2}$, mais est-ce que le punch supplémentaire en vaudrait la peine? Fait$\ce{O2}$ fournir autant de poussée / énergie / chaleur que possible, étant donné le propulseur d'hydrogène liquide?
J'ai pensé que la chimie était meilleure que la physique, l'ingénierie ou l'astronomie pour cette question.
Réponses
Comme d'habitude avec les carburants pour fusées, les problèmes d'ozone sont d'ordre pratique et non de performance
Presque toutes les réponses sur les raisons pour lesquelles un composant spécifique de carburant de fusée est utilisé ou non finiront par se référer au livre magnifique et étincelant de John D Clarke: Ignition: Une histoire informelle des propulseurs de fusée liquides (un livre technique rare qui vaut la peine d'être lu pour le style brillant et humoristique. en plus du contenu technique).
Son résumé des raisons pour lesquelles l'ozone, malgré ses avantages fonctionnels apparents, n'est pas plus largement utilisé est assez simple: les problèmes pratiques l'emportent sur les avantages apparents.
Il souligne les avantages:
Ce qui le rend attrayant comme propulseur est que (1) sa densité liquide est considérablement plus élevée que celle de l'oxygène liquide, et (2) lorsqu'une mole de celui-ci se décompose en oxygène pendant la combustion, elle dégage 34 kilocalories d'énergie, ce qui augmentera votre énergie. performances en conséquence. Sänger s'y intéressait dans les années 30, et l'intérêt a perduré jusqu'à présent. Face à une désillusion considérable.
Mais tous les moyens disponibles pour créer un liquide avec une forte proportion d'ozone sont dangereux. L'ozone est extrêmement toxique et instable:
Car il a ses inconvénients. Le moins de ceux-ci est qu'il est au moins aussi toxique que le fluor. … Beaucoup plus important est le fait qu'il est instable - de manière meurtrière. À la moindre provocation et parfois sans raison apparente, il peut retourner de manière explosive en oxygène. Et cette réversion est catalysée par l'eau, le chlore, les oxydes métalliques, les alcalis - et, apparemment, certaines substances qui n'ont pas été identifiées. Comparé à l'ozone, le peroxyde d'hydrogène a la sensibilité d'un lutteur de poids lourd.
Des travaux ont été menés sur des solutions d'ozone dans l'oxygène liquide qui sont en quelque sorte plus stables. Mais présente l'inconvénient que les mélanges ozone / oxygène se séparent en deux phases dont la version riche en ozone est difficile à empêcher dans les tubes d'alimentation après la cuisson et est extrêmement instable. Un autre mélange considéré pour faciliter la manipulation était avec du fluor liquide (!!!).
Finalement, il conclut les travaux connus sur les mélanges d'ozone de toute sorte:
Car l'ozone explose encore. Certains enquêteurs pensent que les explosions sont déclenchées par des traces de peroxydes organiques dans l'étoffe, qui proviennent de traces, par exemple, d'huile dans l'oxygène dont elle était faite. D'autres travailleurs sont convaincus que c'est juste la nature de l'ozone d'exploser, et d'autres encore sont convaincus que le péché originel y est pour quelque chose. Ainsi, bien que la recherche sur l'ozone se poursuive de manière décousue, il reste très peu de vrais croyants, qui sont toujours convaincus que l'ozone deviendra un jour un peu plus propre. Je n'en fais pas partie.
Il y a peut-être des avantages théoriques, mais ils sont compensés par les problèmes pratiques et de sécurité. Dans une profession habituée à tester des choses comme FOOF (dioxyde de fluor) et le trifluorure de chlore, c'est un aveu à faire.
L'ozone liquide est plutôt stable (comme dans «peut être stocké») sous forme de solution jusqu'à 70% dans LOx, si vous ajoutez des stabilisants. Cela donnerait un coup de pouce supplémentaire à une fusée, mais elle va sûrement exploser déjà dans les pompes à carburant et les tubes de la fusée, au lieu de brûler dans la buse du moteur.
Les moteurs de fusée sont assez délicats à construire, vous ne voulez pas ajouter l'exigence que tout le matériel soit d'un type qui ne catalyse pas une décomposition prématurée de l'ozone. C'est généralement un processus d'emballement: la décomposition augmente la température, la température augmente le taux de décomposition, .... boom.