Dlaczego nie możemy użyć tego samego zbiornika do przechowywania paliwa zarówno dla sterów strumieniowych RCS, jak i głównego silnika podczas misji kosmicznej?
Zasadniczo chcę tylko wiedzieć, dlaczego projektujemy różne zbiorniki do przechowywania paliwa głównego silnika i paliwa do pędników RCS. Gdybyśmy używali tego samego paliwa zarówno do silnika głównego, jak i do silników RCS (na przykład N2O4 / MMH), to nie byłoby możliwe konstrukcyjnie zaprojektowanie jednego zbiornika do przechowywania obu paliw.
Odpowiedzi
Jednym z powodów, dla oddzielenia tankownie RCS i główny jest ulażu problemem; aby utrzymać dobry przepływ do wlotów silnika, należy oddzielić pozostały gaz pędny od gazu sprężającego w zbiorniku i upewnić się, że znajduje się on na właściwym końcu zbiornika.
Jak opisano w odpowiedzi na to pokrewne pytanie , jest to zwykle wykonywane za pomocą elastycznej membrany między środkiem ciśnieniowym a propelentem lub systemem odprowadzającym wilgoć. Łatwiej i bardziej efektywnie jest zastosować takie techniki na małej części czołgu, aby umożliwić wystrzelenie przez silniki strumieniowe RCS (tj. Wykonać „spalanie ullage”), a następnie wykorzystać przyspieszenie z pędników RCS do osadzenia paliwa w głównym zbiorniku.
Z tych rozsądnych powodów większość statków kosmicznych w rzeczywistości używa jednego układu napędowego .
W przypadku jednostek, które mają większe zapotrzebowanie na ciąg lub gdzie kriogeniczne materiały pędne stają się możliwe, różnica w wydajności między mono lub bi propelentami o długim okresie przechowywania a typami o krótszej żywotności zaczyna uzasadniać bardziej złożone systemy (na przykład mieszanka ciał stałych, wodoru / tlenu i hydrazyny / czterotlenku azotu w promie ). Aby zapoznać się z niektórymi przykładowymi liczbami, zobacz lub książkę Ignition autorstwa Johna Clarka, która omawia brak jednego idealnego układu napędowego.
Propelenty będą cierpieć z powodu kilku z wymienionych problemów, a projekt jednostki będzie musiał zaakceptować kombinację, która jest najmniej gorsza:
Niska wydajność
Zawiesza się podczas lotu (podstawowy hydrazyna)
odparowuje podczas lotu (tlen / wodór)
Niska gęstość wymagająca fizycznie większych zbiorników (wodór)
Rozpuszcza zbiorniki magazynowe i osprzęt (fluor)
Działa toksycznie podczas obsługi lub wypadków (większość z nich)
Drogie (bor / niektóre egzotyczne węglowodory)
Rozkłada się podczas przechowywania (kwas azotowy, nadtlenek)
Wrażliwy na zanieczyszczenie / obsługę (większość propelentów mono)
Trudne do ponownego uruchomienia (kombinacje nie hiperogoliczne)
Tam, gdzie PO pyta „dlaczego nie możemy…”, wskazuje to początkowe założenie, że „to się jeszcze nie zdarzyło”. Podczas gdy inne odpowiedzi na to pytanie sugerowały ważne powody, dla których mogłyby istnieć oddzielne układy napędowe dla RCS w porównaniu z głównym ciągiem translacyjnym, nie jest to w żadnym sensie zasada ogólna, ani nawet typowa.
W przypadku satelitów do co najmniej 7 ton, które wymagają wszelkiego rodzaju tłumaczeń w różnych osiach oraz wolno i szybko reagują, dość typowe jest stosowanie jednego układu napędowego do wszystkich funkcji satelity.
Główną klasą satelitów, która wykazuje ten wybór projektowy, są satelity geostacjonarne, które przechodzą główne manewry rozmieszczania, RCS w celu wsparcia głównego rozmieszczenia, utrzymywanie stacji północ-południe i wschód-zachód (tj. Translacja mniejszego ciągu) oraz różne funkcje związane z położeniem, rozładunek i awaryjna ponowna akwizycja słońca przy użyciu mniejszych silników odrzutowych.
Typowym wyborem separacji propelent / gaz jest oparte na napięciu powierzchniowym urządzenie do zarządzania paliwem w zbiornikach, które jest w stanie zasilać razem silniki RCS (powiedzmy 10N) i główny silnik rozmieszczania (powiedzmy 500N).
Przyczyną, dla której to podejście może nie być zastosowane, jest sytuacja, w której masa satelity / rozmiary głównego pędnika w porównaniu z małymi pędnikami są takie, że rozwiązanie napięcia powierzchniowego jest trudniejsze, chociaż podejrzewam, że trudno byłoby uzasadnić znacznie większy silnik (powiedzmy 2kN) dla sondy międzyplanetarnej o wadze kilku ton w pierwszej kolejności.
Wiele niedawnych sond międzyplanetarnych (Juno na mojej głowie) również używało tego (głównego silnika 500N).