Por que não podemos usar o mesmo tanque para armazenar combustível para os propulsores RCS e o motor principal para uma missão no espaço profundo?
Basicamente, eu só quero saber por que projetamos tanques diferentes para armazenar o combustível do motor principal e o combustível dos propulsores RCS. Se estivermos usando o mesmo combustível para o motor principal e os propulsores RCS (por exemplo, N2O4 / MMH), então não seria estruturalmente viável projetar um único tanque para armazenar os dois combustíveis?
Respostas
Uma razão para separar o RCS e o tanque principal é o problema de expansão ; para manter um bom fluxo nas entradas do motor, é necessário separar o propelente restante do gás pressurante no tanque e garantir que o propelente esteja na extremidade correta do tanque.
Conforme descrito em uma resposta a esta pergunta relacionada , isso é comumente feito com um diafragma flexível entre o pressurante e o propelente ou um sistema de absorção. É mais fácil e mais eficiente usar essas técnicas em uma pequena porção de tanque para permitir que os propulsores RCS disparem (ou seja, realizar uma "queima de expansão") e, em seguida, usar a aceleração dos propulsores RCS para estabelecer o propelente no tanque principal.
A maioria das naves espaciais de fato usa um único sistema propulsor por essas razões sensatas.
Para embarcações que têm maiores necessidades de empuxo ou onde os propelentes criogênicos se tornam possíveis, a diferença de desempenho entre monopropelentes de longa duração de armazenamento ou bipropelentes e tipos de vida mais curtos começam a justificar sistemas mais complexos (exemplo de mistura de ônibus espacial de sólidos, hidrogênio / oxigênio e hidrazina / tetróxido de nitrogênio ) Para ver alguns números de amostra, consulte o livro Ignition de John Clark, que cobre a falta de um único sistema propulsor perfeito.
Os propulsores sofrerão de vários dos problemas listados, e o projeto da embarcação terá que aceitar uma combinação que seja a menos pior:
Baixa performance
Congela durante o voo (hidrazina básica)
evapora durante o vôo (oxigênio / hidrogênio)
Baixa densidade exigindo tanques fisicamente maiores (hidrogênio)
Dissolve tanques de armazenamento e acessórios (flúor)
Tóxico durante o manuseio ou acidentes (a maioria deles)
Caro (Boro / alguns hidrocarbonetos exóticos)
Decompõe-se no armazenamento (ácido nítrico, peróxido)
Sensível a contaminação / manuseio (a maioria dos monopropelentes)
Difícil de reiniciar (combinações não hiperogólicas)
Onde o OP pergunta "por que não podemos ...", isso indica uma suposição inicial de que "isso ainda não aconteceu". Embora as outras respostas a esta pergunta tenham sugerido razões válidas pelas quais poderia haver sistemas de propulsão separados para RCS vs empuxo translacional principal, não é de forma alguma uma regra geral, ou mesmo típica.
Para satélites de até pelo menos 7 toneladas com todos os tipos de necessidades de translação em diferentes eixos e taxas de reação lentas e rápidas, é bastante comum usar um único sistema de propulsão para todas as funções de satélite.
A principal classe de satélites que exibe esta escolha de projeto são os satélites de comunicações geoestacionários e estes passam pelas manobras principais de implantação, RCS para apoiar a implantação principal, manutenção de estação Norte-Sul e Leste-Oeste (isto é, translação de impulso inferior) e várias funções relacionadas à atitude, descarregamento e reaquisição solar de emergência, todos usando propulsores menores.
A escolha usual de separação propulsor / gás é um dispositivo de gerenciamento de propelente baseado na tensão superficial dentro dos tanques que é capaz de fornecer propulsores RCS (digamos 10N) e o motor de implantação principal (digamos 500N) juntos.
Uma razão pela qual esta abordagem pode não ser usada é onde a massa do satélite / tamanhos do propulsor principal vs. propulsores pequenos são tais que a solução da tensão superficial é mais difícil, embora eu suspeite que seria difícil justificar um motor muito maior (digamos 2kN) para uma sonda interplanetária de algumas toneladas em primeiro lugar.
Muitas sondas interplanetárias recentes (Juno em cima da minha cabeça) também usaram este (motor principal 500N).