물을 고밀도 저장 가능한 하이드로 록스 추진 제로 사용
Hydro / lox는 탁월한 연료 선택이며 ISP 요구 사항이 높은 많은 엔진 / 로켓에 사용되었지만 추진제의 가장 큰 두 가지 단점은 밀도와 비등입니다. 추진제를 대기압에서 물로 저장 한 다음 태양 전지판이나 RTG를 사용하여 전기 분해를 통해 물을 2H / O로 전환하는 데 필요한 전력을 생성하면이 문제를 해결할 수 있습니다. 이것은 화학량 론적으로 그리고 엔진에 비해 큰 동력원으로 만 태워야한다는 결점을 가지고 있으며, 아마도 우주 탐사선에 대한 사용을 제한 할 수 있습니다. 이것이 저비용 및 높은 T / W 대안으로 이온 엔진을 잠재적으로 대체 할 수 있습니까?
답변
화학 추진제를 태우는 목적은 화학 에너지를 열로 변환하여 그 열을 사용하여 추진제를 가속화하는 것입니다. 전력으로 시작하는 경우, 주어진 추진제 질량에 넣는 에너지를 화학 에너지로 저장할 수있는 것으로 제한 할 이유가 없습니다. 물을 직접 가열하면 연소 할 수없는 온도에 도달 할 수 있습니다. t 달성, hydrolox 화학 추진기를 능가합니다. 충분히 가열하면 물을 수소와 산소로 분리하여 평균 분자량을 줄여 특정 임펄스를 더욱 향상시킵니다. Momentus에서 개발중인 추진기 기술은 마이크로파 가열을 사용하는 이러한 예입니다.https://momentus.space/
추진제 효율보다 더 많은 추력이 필요한 경우 더 낮은 온도와 더 높은 질량 유량에서 실행할 수 있습니다. 이 경우 간단한 저항 가열로도 충분할 수 있습니다.
부분 답변 :
태양 광 전력이있는 경우, 이온화되고 가속되면 각 킬로그램의 추진제를 훨씬 더 효과적으로 사용할 수 있습니다 (즉, 더 높은 Isp에서 더 높은 delta-v). 정전기 가속은 2H2 + O2 화학 엔진에서 약 4500m / s에 비해 약 10,000 ~ 100,000m / s (또는 더 높은 잠재적 (말장난을 용서)) 속도를 제공 할 수 있습니다.
그래서 당신이 이것을 할 수있는 동안 (그렇게하지 않을 근본적인 이유는 없습니다) 물을 쪼개서 재 형성하는 것보다 이온화 할 크립톤이나 요오드를 가져 오는 것이 훨씬 낫습니다.
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예, 상용화물이 관문으로 물을 전달하는 계획 이있었습니다 . 여기서 물은 전기 분해에 의해 분리되어 재사용 가능한 하강 / 상승 차량용 추진제를 생성합니다.
전기 분해는 에너지 집약적이지만 물은 몇 달에 걸쳐 분리되어 몇 분 안에 사용될 때까지 저장할 수 있으므로 이와 같은 재사용 가능한 시스템의 경우 태양 전지판, 전기 분해, 냉장 및 저장 장비의 질량은 하나입니다. -(상대적으로) 고추 력 차량에 대해 지불해야하는 비용이 아닌 게이트웨이에 대한 할인 비용.
전력을 사용하여 물을 수소와 산소로 나누는 것은 매우 비효율적입니다. 전기 분해 셀의 내부 저항으로 인해 큰 전력 손실이 발생합니다. 두 전극 사이의 거리를 줄이면 저항이 감소 할 수 있지만 수소와 산소를 분리하려면 최소 거리가 필요합니다.
전기 분해를 사용하면 기체 수소와 산소를 얻을 수 있습니다. 그러나 hydrolox 로켓 엔진은 가스가 아닌 액체를 위해 설계되었습니다. 연소실의 필요한 냉각은 액체로만 이루어집니다. 터보 펌프는 가스와 함께 작동하지 않습니다.
액체는 가스보다 냉각에 훨씬 좋습니다. VW 딱정벌레 엔진은 다른 많은 수냉식 자동차 엔진 사이에 공랭식을 사용하는 유일한 엔진이었습니다. 현대 자동차 엔진은 공기 냉각을 사용하지 않습니다.
Hydrolox 로켓 엔진의 배출은 극도로 뜨거운 수증기이므로 전기 가열 증기 로켓 엔진을 사용하는 것이 더 쉽고 효율적입니다. 그러나 비슷한 증기 온도에 도달하는 것은 쉽지 않습니다.
액체는 가스보다 냉각에 훨씬 좋습니다. VW 딱정벌레 엔진은 다른 많은 수냉식 자동차 엔진 사이에 공랭식을 사용하는 유일한 엔진이었습니다. 현대 자동차 엔진은 공기 냉각을 사용하지 않습니다.
(죄송합니다. 여기에 언급 할 평판이 없습니다.) 내 머리 꼭대기에서 두 개의 다른 공랭식 자동차 엔진 인 포르쉐와 코 베어를 생각할 수 있습니다. 오늘도 모든 공냉식 에어로 엔진을 잊지 말자! 공랭식 엔진은 훨씬 더 가볍고 단순했습니다. 더 이상 자동차에서 볼 수없는 유일한 이유는 작동 온도 (수냉식에 비해)를 제어하기 어렵 기 때문에 오염 물질이 훨씬 더 많이 배출되기 때문입니다.
대부분의 시나리오에서 저는 hydrolox의 추가 ISP가이 문제를 해결하기 위해 휴대해야하는 모든 추가 장비의 가치가 있다고 상상할 수 없습니다.
그러나 나는 Oort 구름에서 몸 사이를 호핑하는 한 가지 임무를 봅니다. 핵심은 물을 가지고 다니지 않고 각 표적에서 채굴한다는 것입니다. 이 작업을 실용적으로 만들기에 충분히 가까운 임무가 있는지 여부는 또 다른 문제입니다.