Utilisation de l'eau comme propulseur hydro-lox stockable à haute densité
Hydro / lox est un excellent choix de carburant et a été utilisé dans de nombreux moteurs / fusées avec des exigences élevées en matière de FAI, cependant, les deux plus grands inconvénients du propulseur sont sa densité et son évaporation. Cela pourrait-il être résolu en stockant le propulseur sous forme d'eau à la pression atmosphérique, puis en utilisant des panneaux solaires ou même des RTG pour générer l'énergie nécessaire pour se transformer en eau en 2H / O par électrolyse. Cela aurait l'inconvénient de devoir être brûlé de manière stoechiométrique et uniquement avec une source d'énergie importante par rapport au moteur, limitant éventuellement son utilisation à des sondes spatiales. Cela pourrait-il remplacer les moteurs ioniques en tant qu'alternative à faible coût et à T / W élevé?
Réponses
Le but de la combustion d'un propulseur chimique est de convertir l'énergie chimique en chaleur, en utilisant cette chaleur pour accélérer le propulseur. Si vous débutez avec l'énergie électrique, vous n'avez aucune raison de limiter l'énergie que vous mettez dans une masse donnée de propulseur à ce que vous pouvez y stocker sous forme d'énergie chimique: il suffit de chauffer l'eau directement, et vous pouvez atteindre des températures que la combustion ne pourrait pas. t atteindre, surpassant un propulseur chimique hydrolox. Chauffez suffisamment et vous dissociez l'eau en hydrogène et en oxygène, améliorant encore l'impulsion spécifique en réduisant le poids moléculaire moyen. La technologie de propulseur développée par Momentus en est un exemple, utilisant le chauffage par micro-ondes:https://momentus.space/
Si vous avez besoin d'une poussée supérieure à l'efficacité du propulseur, vous pouvez fonctionner à une température plus basse et un débit massique plus élevé. Un simple chauffage par résistance pourrait suffire dans ce cas ... un resistojet.
Réponse partielle:
Si on a de l'énergie électrique solaire, on peut utiliser chaque kilogramme de propulseur beaucoup plus efficacement (c'est-à-dire un delta-v supérieur par un Isp plus élevé) s'il est ionisé et accéléré. L'accélération électrostatique peut donner une vitesse d'environ 10 000 à 100 000 m / s (ou plus potentiellement (pardonnez le jeu de mots)), contre environ 4500 m / s avec un moteur chimique 2H2 + O2.
Donc, même si vous pouvez le faire (il n'y a pas de raison fondamentale pour cela), il serait bien préférable d'apporter du krypton ou même de l'iode à ioniser plutôt que de l'eau pour se diviser et se reformer.
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Oui, et il y a eu des plans pour que les marchandises commerciales livrent de l'eau à une passerelle, où elle serait divisée par électrolyse pour créer un propulseur pour un véhicule de descente / remontée réutilisable.
Bien que l'électrolyse consomme beaucoup d'énergie, l'eau peut être divisée en quelques mois et stockée, jusqu'à ce qu'elle soit utilisée en quelques minutes, donc pour un système réutilisable comme celui-ci, la masse des panneaux solaires, des équipements d'électrolyse, de réfrigération et de stockage en est une. - hors coût pour la passerelle, pas celui qui doit être payé pour le véhicule (relativement) à forte poussée.
La division de l'eau en hydrogène et oxygène à l'aide de l'énergie électrique est très inefficace. La résistance interne de la cellule d'électrolyse provoque une perte de puissance importante. La résistance peut être diminuée en réduisant la distance entre les deux électrodes, mais vous avez besoin d'une distance minimale pour la séparation de l'hydrogène et de l'oxygène.
En utilisant l'électrolyse, vous obtenez de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux. Mais un moteur de fusée hydrolox est conçu pour les liquides, pas pour les gaz. Le refroidissement nécessaire de la chambre de combustion se fait uniquement par des liquides. Les turbopompes ne fonctionnent pas avec des gaz.
Les liquides sont bien meilleurs pour le refroidissement que les gaz. Le moteur VW Beetle était le seul à utiliser le refroidissement par air entre de nombreux autres moteurs de voiture refroidis à l'eau. Aucun moteur de voiture moderne n'utilise le refroidissement par air.
L'échappement d'un moteur de fusée hydrolox est de la vapeur d'eau extrêmement chaude, il est donc plus facile et plus efficace d'utiliser un moteur de fusée à vapeur chauffé électriquement. Mais atteindre une température de vapeur comparable n'est pas facile
Les liquides sont bien meilleurs pour le refroidissement que les gaz. Le moteur VW Beetle était le seul à utiliser le refroidissement par air entre de nombreux autres moteurs de voiture refroidis à l'eau. Aucun moteur de voiture moderne n'utilise le refroidissement par air.
(Désolé, je n'ai pas la réputation de commenter ici). Je peux penser à deux autres moteurs automobiles refroidis par air par le haut de ma tête: Porsche et Corvair. N'oublions pas tous les moteurs aérodynamiques refroidis par air, même aujourd'hui! Les moteurs refroidis par air étaient beaucoup plus légers et plus simples. La seule raison pour laquelle vous ne les voyez plus dans les voitures est qu'il est difficile de contrôler leur température de fonctionnement (par rapport au refroidissement à eau), ce qui entraîne beaucoup plus d'émissions de polluants.
Dans la plupart des scénarios, je ne peux pas imaginer que le FAI supplémentaire d'hydrolox vaut tout l'équipement supplémentaire que vous devrez emporter pour y parvenir.
Cependant, je vois une mission: sauter entre les corps dans le nuage d'Oort. La clé est que vous ne portez pas l'eau, vous la minez sur chaque cible. Qu'il y ait une mission où ils sont suffisamment proches les uns des autres pour que cela soit pratique est une autre affaire, cependant ...