Kväveoxidbränsleblandning

Kväveoxidbränsleblandningsdrivmedel är en klass av flytande raketdrivmedel som i början av 2010-talet var avsedda att kunna ersätta hydrazin som standard lagringsbart raketdrivmedel i vissa applikationer.

I kväveoxidbränsleblandningar blandas bränslet och oxidationsmedlet och lagras; detta kallas ibland för en blandad monopropellant . Vid användning upphettas eller förs drivmedlet över en katalysatorbädd och dikväveoxiden sönderdelas till syrerika gaser. Därefter uppstår förbränning. Särskild försiktighet krävs i den kemiska formuleringen och motordesignen för att förhindra att det lagrade bränslet detonerar .

Översikt

Huvudartikel: Raketdrivmedel

Drivmedlet som används i en raketmotor spelar en viktig roll i både motordesign och design av bärraketen och tillhörande markutrustning för att serva fordonet. Vikt, energitäthet , kostnad, toxicitet, risk för explosioner och andra problem gör det viktigt för ingenjörer att designa raketer med lämpliga drivmedel. De viktigaste klasserna av raketbränslen är:

Ett vanligt bränsle i små manövrerande thrustrar är hydrazin . Det är flytande vid rumstemperatur och, med en positiv bildningsentalpi, kan det användas som monopropellant för att avsevärt förenkla systemdesign. Men den är också extremt giftig och har en relativt hög fryspunkt på +1C. Det är också instabilt, en inneboende egenskap hos vilket ämne som helst med en positiv bildningsentalpi.

Lustgas kan användas som oxidationsmedel med olika bränslen; den är populär främst i hybridraketer . Det är mycket mindre giftigt än hydrazin och har en mycket lägre kokpunkt, även om det kan göras flytande vid rumstemperatur under tryck. Liksom hydrazin har den en positiv bildningsentalpi som gör den både potentiellt instabil och ett livskraftigt monopropellant. Det kan sönderdelas med en katalysator för att producera en het blandning av kväve och syre. När det blandas med ett bränsle och förvaras före användning, blir det en blandad monopropellant. [ citat behövs ]

Historia

Tyska raketforskare experimenterade med dikväveoxidbränsleblandningar så tidigt som 1937. Testning av dikväveoxidbränsleblandningar fortsatte under andra världskriget . Löftet om hög prestanda, större räckvidd och lättare matningssystem drev experimenterandet med blandningar av dikväveoxid och ammoniak, vilket resulterade i många explosioner och demolerade motorer. Den komplexitet som är involverad i att bygga framdrivningssystem som säkert kan hantera dikväveoxid bränsleblandningar monodrivmedel har avskräckt seriös utveckling.

Efterföljande utveckling av dikväveoxidbränsleblandningar tog fart igen på 2000-talet och 2011 planerades ett flygtestuppdrag i rymden . I händelse av att flygtestet ställdes in. Innovative Space Propulsion Systems hade tillkännagivit planer på att testa NOFBX monodrivmedlet på NASA -delen av den internationella rymdstationen (ISS), med ett första preliminärt flygdatum tidigast 2012. NASA godkände formellt uppdraget till ISS vid en uppskjutning 2013 plats i maj 2012. Uppdraget hade planerats att resa till ISS i det trycklösa lastutrymmet på en SpaceX Dragon- rymdfarkost under ett av de avtalade NASA-uppdragen för återförsörjning av last i mitten av 2013. "ISPS NOFBX Green Propellant Demonstration" kommer att använda en djupgasande 100 pund-kraft (440 N)-motorbrinnande NOFBX-raketmotor som kommer att monteras på utsidan av den europeiska Columbus-modulen på ISS, och hade förväntats att förbli i omloppsbana i ungefär ett år medan de genomgår en "serie prestandatester i rymden."

NOFBX var ett varumärkesskyddat namn för ett egenutvecklat dikväveoxid/ bränsle / emulgeringsmedel blandat monodrivmedel utvecklat av Firestar Technologies. NOFBX-patentet gjorde anspråk på en blandning av dikväveoxid som oxidationsmedel med etan , eten eller acetylen som bränsle. [8] NOFBX har en högre specifik impuls ( I sp ) och är mindre giftig än andra monopropellanter som för närvarande används i rymdtillämpningar, såsom hydrazin . Flygtestning av NOFBX-motorer hade planerats på den internationella rymdstationen, men gick i så fall inte framåt.

NOFBX hade tidigare använts för att driva en kolvmotor för att driva drönarflygplan på hög höjd med lång uthållighet under ett DARPA- kontrakt. NOFBX marknadsfördes av företaget vid den tiden som en "game changing" teknologi med flera egenskaper som understryker varför säkrare monopropellanter var av intresse i branschen:

  • beståndsdelar är allmänt tillgängliga från kemikalieleverantörer, billiga och säkra att hantera
  • kan transporteras och hanteras utan onödiga försiktighetsåtgärder eller faror
  • dess slutprodukter ( N
    2     , CO, H
    2     O     , H
    2     och CO
    2     ) är alla väsentligt mindre giftiga än traditionella långtidslagringsbara monodrivmedel och producerar inga ackumulerade avlagringar eller föroreningar; medan hydrazin avger ammoniak
  • hydrazin har en I sp på cirka 230 s; NOFBX rapporterades ha en I sp på 300 s
  • har bättre energitäthet , mer än tre gånger större än hydrazin
  • är tolerant mot ett brett termiskt område; kan lagras i rumstemperatur på marken såväl som i temperaturer som finns i yttre rymden
  • beräknades till lägre kostnad jämfört med befintliga framdrivningssystem med jämförbar prestanda
  • är ett monopropellant, vilket avsevärt minskar behovet av extra hårdvara, vilket sparar kostnader, volym och massa för uppskjutningssystem
  • använder thrustrar som kör svalare, vilket minskar termiska designutmaningar

Säkerhetsfrågor

Ett AIAA- dokument från 2008 om nedbrytning av dikväveoxid har väckt oro över säkerhetsriskerna med att blanda kolväten med dikväveoxid. Genom att tillsätta kolväten energibarriären för en explosiv nedbrytningshändelse avsevärt.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nitrous_oxide_fuel_blend&oldid=1073927048 "