Używanie wody jako paliwa hydro-lox o dużej gęstości, który można przechowywać
Hydro / lox to doskonały wybór paliwa i był stosowany w wielu silnikach / rakietach o wysokich wymaganiach ISP, jednak dwie największe wady paliwa miotającego to jego gęstość i zdolność odparowania. Czy można to rozwiązać, przechowując paliwo w postaci wody pod ciśnieniem atmosferycznym, a następnie używając paneli słonecznych lub nawet RTG do generowania mocy niezbędnej do przekształcenia się w wodę w 2H / O poprzez elektrolizę. Miałoby to tę wadę, że musiałoby być spalane stechiometrycznie i tylko przy dużym źródle mocy w stosunku do silnika, prawdopodobnie ograniczając jego użycie do sond kosmicznych. Czy mogłoby to potencjalnie zastąpić silniki jonowe jako tanią alternatywę o wysokim współczynniku T / W?
Odpowiedzi
Celem spalania paliwa chemicznego jest zamiana energii chemicznej na ciepło, przy użyciu tego ciepła do przyspieszenia paliwa. Jeśli zaczynasz od energii elektrycznej, nie masz powodu, aby ograniczać energię, którą wkładasz w daną masę paliwa, do tego, co możesz w niej zmagazynować jako energię chemiczną: po prostu podgrzej wodę bezpośrednio, a możesz osiągnąć temperatury, których spalanie nie mogłoby osiągnąć. Osiągnąć, przewyższając chemiczny pędnik hydroloksowy. Wystarczy podgrzać, a zdysocjujesz wodę na wodór i tlen, poprawiając jeszcze bardziej specyficzny impuls poprzez zmniejszenie średniej masy cząsteczkowej. Przykładem tego jest opracowywana przez Momentus technologia steru strumieniowego, wykorzystująca ogrzewanie mikrofalowe:https://momentus.space/
Jeśli potrzebujesz ciągu bardziej niż wydajności paliwa, możesz pracować przy niższej temperaturze i większym masowym natężeniu przepływu. W tym przypadku wystarczy zwykłe ogrzewanie oporowe ... a resistojet.
Częściowa odpowiedź:
Jeśli ktoś ma energię elektryczną słoneczną, może znacznie efektywniej wykorzystać każdy kilogram paliwa (tj. Wyższą delta-v przez wyższy Isp), jeśli jest on zjonizowany i przyspieszony. Przyspieszenie elektrostatyczne może nadać z grubsza 10 000 do 100 000 m / s (lub potencjalnie wyższą (przepraszam za) prędkość, w porównaniu z około 4500 m / s z silnika chemicznego 2H2 + O2.
Więc chociaż możesz to zrobić (nie ma podstawowego powodu, dla którego nie), znacznie lepiej byłoby przynieść trochę kryptonu lub nawet jodu do jonizacji niż wodę do rozszczepienia i zreformowania.
Ksenon i krypton
- Dlaczego satelity Starlink będą używać kryptonu zamiast ksenonu do napędu elektrycznego?
- Dlaczego krypton może mieć niższy udział wykorzystania w napędzie jonowym niż ksenon i co można zrobić, aby go poprawić?
- Jaka specyfikacja wydajności byłaby niższa dla Kryptona niż dla silników Xenon z efektem Halla?
- Dlaczego silniki jonowe często używają ksenonu jako masy reakcyjnej?
- Dlaczego silnik NASA NEXT wykorzystuje ksenon?
- ta odpowiedź na pytanie Co może się nie udać, gdyby ktoś obezwładnił silnik jonowy?
Substancje stałe, takie jak jod i lit
- Jakie są zalety stałego paliwa jodowego i jak jest on wykorzystywany do napędu jonowego?
- Co to jest GIT zasilany litem? Jak to działa?
- MARS-CAT; Co to jest ambipolarny ster strumieniowy Cubesat i jak działa?
- Jakie są parametry nowego elektrycznego silnika rakietowego z jodem, opracowanego przez RSC Energia?
Lżejsze alternatywy
- Czy badano lekkie gazy, takie jak wodór lub hel, do napędu jonowego?
Gatunki molekularne
- Molekularny gaz pędny w silnikach jonowych
Tak, i istniały plany, aby ładunek komercyjny dostarczał wodę do wrót, gdzie byłaby ona dzielona przez elektrolizę w celu wytworzenia paliwa napędowego dla pojazdu wielokrotnego zniżania / wznoszenia.
Podczas gdy elektroliza jest energochłonna, wodę można rozdzielać przez kilka miesięcy i przechowywać, aż zostanie zużyta w ciągu kilku minut, więc w przypadku takiego systemu wielokrotnego użytku masa paneli słonecznych, elektrolizy, urządzeń chłodniczych i magazynowych jest równa -off koszt bramki, nie taki, który trzeba zapłacić za (stosunkowo) pojazd o dużej sile ciągu.
Rozszczepianie wody na wodór i tlen przy użyciu energii elektrycznej jest bardzo nieefektywne. Wewnętrzny opór elektrolizera powoduje duże straty mocy. Opór można zmniejszyć, zmniejszając odległość między obiema elektrodami, ale do oddzielenia wodoru i tlenu potrzebna jest minimalna odległość.
Za pomocą elektrolizy otrzymujesz gazowy wodór i tlen. Ale silnik rakietowy hydroloks jest przeznaczony do cieczy, a nie do gazów. Niezbędne chłodzenie komory spalania odbywa się wyłącznie za pomocą cieczy. Pompy turbo nie działają z gazami.
Płyny są znacznie lepsze do chłodzenia niż gazy. Silnik VW Beetle jako jedyny wykorzystywał chłodzenie powietrzem między wieloma innymi silnikami samochodowymi chłodzonymi wodą. Żaden nowoczesny silnik samochodowy nie wykorzystuje chłodzenia powietrzem.
Spaliny z rakietowego silnika hydroloksowego to wyjątkowo gorąca para wodna, więc łatwiej i wydajniej jest używać elektrycznie podgrzewanego silnika rakietowego na parę. Ale osiągnięcie porównywalnej temperatury pary nie jest łatwe
Płyny są znacznie lepsze do chłodzenia niż gazy. Silnik VW Beetle jako jedyny wykorzystywał chłodzenie powietrzem między wieloma innymi silnikami samochodowymi chłodzonymi wodą. Żaden nowoczesny silnik samochodowy nie wykorzystuje chłodzenia powietrzem.
(Przepraszamy, nie mam tu reputacji, aby komentować). Przychodzą mi na myśl dwa inne chłodzone powietrzem silniki samochodowe: Porsche i Corvair. Nie zapominajmy o wszystkich silnikach lotniczych chłodzonych powietrzem, nawet dzisiaj! Silniki chłodzone powietrzem były znacznie lżejsze i prostsze. Jedynym powodem, dla którego nie widzisz ich już w samochodach, jest to, że trudno jest kontrolować ich temperaturę pracy (w porównaniu z chłodzeniem wodą), co powoduje znacznie większą emisję zanieczyszczeń.
W większości scenariuszy nie mogę sobie wyobrazić, że dodatkowy dostawca usług internetowych hydroloksu jest wart całego dodatkowego sprzętu, który będziesz musiał nosić, aby to osiągnąć.
Jednak widzę jedną misję: przeskakiwanie między ciałami w chmurze Oorta. Kluczem jest to, że nie nosisz wody, tylko wydobywasz ją w każdym celu. To, czy istnieje misja, w której są wystarczająco blisko siebie, aby było to praktyczne, to zupełnie inna sprawa ...