Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Топливные смеси на основе закиси азота представляют собой класс жидких ракетных топлив , которые в начале 2010-х годов были предназначены для замены гидразина в качестве стандартного хранимого ракетного топлива в некоторых областях применения.

В топливных смесях с закисью азота топливо и окислитель смешиваются и хранятся; это иногда называют смешанным монотопливом . При использовании пропеллент нагревается или пропускается над слоем катализатора, и закись азота разлагается на газы, богатые кислородом. Затем следует возгорание. Особое внимание необходимо уделять химическому составу и конструкции двигателя, чтобы предотвратить детонацию хранящегося топлива.

Обзор [ править ]

Основная статья: Ракетное топливо

Топливо, используемое в ракетном двигателе, играет важную роль как в конструкции двигателя, так и в конструкции ракеты-носителя и связанного с ней наземного оборудования для обслуживания корабля. Вес, плотность энергии , стоимость, токсичность, риск взрыва и другие проблемы делают важным для инженеров разработку ракет с подходящим топливом. Основными классами ракетного топлива являются:

Обычным топливом в малых маневровых двигателях является гидразин . Он является жидким при комнатной температуре и, имея положительную энтальпию образования , может использоваться в качестве монотоплива для значительного упрощения конструкции системы. Но он также чрезвычайно токсичен и имеет относительно высокую температуру замерзания + 1С. Это также нестабильное свойство, присущее любому веществу с положительной энтальпией образования.

Закись азота может использоваться как окислитель с различными видами топлива; он популярен в основном в гибридных ракетах . Он гораздо менее токсичен, чем гидразин, и имеет гораздо более низкую температуру кипения, хотя его можно сжижать при комнатной температуре под давлением. Как и гидразин, он имеет положительную энтальпию образования, что делает его потенциально нестабильным и жизнеспособным монотопливом. Его можно разложить с помощью катализатора, чтобы получить горячую смесь азота и кислорода. [1] При смешивании с топливом и хранении перед использованием оно становится смешанным монотопливом. [ необходима цитата ]

История [ править ]

Немецкие ракетостроители экспериментировали с топливными смесями закиси азота еще в 1937 году. Испытания топливных смесей закиси азота продолжались на протяжении всей Второй мировой войны . Обещание высокой производительности, большего диапазона и более легких систем подачи привело к экспериментам со смесями закиси азота и аммиака, что привело к многочисленным взрывам и разрушению двигателей. [2] Сложности, связанные с созданием силовых установок, которые могут безопасно работать с монотопливными смесями закиси азота, были сдерживающим фактором для серьезного развития.

Последующая разработка топливных смесей с закисью азота возобновилась в 2000-х годах, а в 2011 году был запланирован испытательный полет в космос . В случае если летные испытания были отменены. Innovative Space Propulsion Systems объявила о планах по тестируют NOFBX моно-вытеснитель на НАСА части Международной космической станции (МКС) с начальной предварительной даты полета не ранее 2012 года [3] NASA официально утвердил миссию на МКС на слот для запуска 2013 года в мае 2012 года. [4] Миссия должна была отправиться на МКС в негерметичном грузовом отсеке SpaceX Dragon.космический корабль во время одной из миссий НАСА по пополнению запасов груза по контракту в середине 2013 года. «Демонстрация экологически чистого топлива ISPS NOFBX» будет использовать двигатель класса тяги мощностью 100 фунтов (440 Н) с глубоким дросселированием, работающий на ракетном двигателе NOFBX, который будет установлен снаружи европейского модуля Колумбус на МКС, и ожидалось оставаться на орбите в течение примерно одного года при прохождении «серии испытаний производительности в космосе». [5]

NOFBX - это торговая марка запатентованного монотоплива, смешанного с закисью азота, топливом и эмульгатором, разработанного Firestar Technologies. [6] В патенте NOFBX заявлена ​​смесь закиси азота в качестве окислителя с этаном , этеном или ацетиленом в качестве топлива. [8] NOFBX имеет более высокий удельный импульс ( I уд. ) И менее токсичен, чем другие монотопливы, используемые в настоящее время в космических приложениях, такие как гидразин . Летные испытания двигателей NOFBX планировались на Международной космической станции [7], но, в конечном итоге, не продвинулись.

NOFBX ранее использовался в качестве топлива для поршневого двигателя для работы высотных и долговечных беспилотных летательных аппаратов по контракту DARPA . [1] NOFBX рекламировалась компанией в то время как технология, «меняющая правила игры» [3] с несколькими характеристиками, которые подчеркивают, почему более безопасные монотопливы представляли интерес в отрасли:

  • компоненты широко доступны от поставщиков химических веществ, недороги и безопасны в обращении [3]
  • можно транспортировать и обрабатывать без излишних мер предосторожности или опасностей [3]
  • конечные продукты ( N
    2    , CO, H
    2    О     , Н
    2    и CO
    2    ) [8] все существенно менее токсичны, чем традиционные монотопливы длительного хранения, и не образуют накопленных отложений или загрязнений; [3], тогда как гидразин выделяет аммиак [8]
  • гидразин имеет I sp около 230 с; Сообщалось, что NOFBX имеет I sp, равный 300 с [8].
  • имеет лучшую плотность энергии , более чем в три раза больше, чем у гидразина [8]
  • толерантен к широкому температурному диапазону; можно хранить при комнатной температуре на земле, а также при температурах в открытом космосе [7]
  • предполагалась более низкая стоимость по сравнению с существующими силовыми установками сопоставимой производительности [3]
  • является монотопливным топливом, что значительно снижает потребность во вспомогательном оборудовании, сокращая стоимость, объем и массу пусковых систем.
  • использует двигатели, которые работают на более низком уровне, что снижает проблемы теплового проектирования [7]

Проблемы безопасности [ править ]

В документе AIAA 2008 г. о разложении закиси азота высказывались опасения по поводу рисков для безопасности при смешивании углеводородов с закисью азота. За счет добавления углеводородов энергетический барьер для взрывного разложения значительно снижается. [9]

См. Также [ править ]

  • Оксид азота

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Столяр, Стивен (1 мая 2011 г.). "Лаборатория запуска в Мохаве" . Смитсоновский институт Air & Space . Проверено 18 марта 2011 года . (дата онлайн-публикации предшествует печатному изданию)
  2. ^ Кларк, Джон Д. (1972). Зажигание!: Неофициальная история жидкого ракетного топлива . Издательство Университета Рутгерса. ISBN 978-0-8135-0725-5. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )[ требуется страница ]
  3. ^ a b c d e f Мессье, Дуг (9 августа 2011 г.). «Нетоксичное топливо из пустыни Мохаве» . Параболическая дуга . Архивировано 7 октября 2011 года . Проверено 9 августа 2011 года .
  4. ^ Morring, Фрэнк-младший (21 мая 2012). "SpaceX доставит на МКС испытательный стенд" зеленого движения " . Неделя авиации и космической техники . Проверено 24 мая 2012 года .
  5. ^ "Связанная с МКС демонстрация топлива проходит проверку безопасности НАСА" . Космические новости . 29 мая 2012 г. с. 9 . Проверено 26 июня 2012 года .
  6. ^ "Firestar Technologies • Передовые химические двигательные установки и энергетические системы" . Firestar-engineering.com . Проверено 30 декабря 2013 года .
  7. ^ a b c "Обзор монодвигательной установки NOFBX" (PDF) . Firestar Technologies. 9 февраля 2011 г. Архивировано из оригинального (PDF) 24 июля 2011 г.
  8. ^ a b c d "МОНОДВИГАТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ ТОПЛИВА ОКСИДА АЗОТА - заявка на патент" . Faqs.org . Патентные документы . Проверено 30 декабря 2013 года .
  9. ^ Karabeyoglu, A. (2008). «Моделирование событий разложения N2O». Американский институт аэронавтики и астронавтики . 44-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE. Хартфорд, Коннектикут: Центр аэрокосмических исследований. DOI : 10.2514 / 6.2008-4933 .
  • Саттон, Джордж П .; Библарц, Оскар (2001). Элементы силовой установки ракеты (7-е изд.). Джон Вили и сыновья . п. 6. ISBN 0-471-32642-9.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дуг Мохни (17 мая 2012 г.). Брук Нойман (ред.). "Демонстрация зеленой тяги прошла проверку безопасности космической станции" . Спутниковые новости . (говорит о предстоящем (на тот момент) обзоре безопасности НАСА)

Внешние ссылки [ править ]

  • Заявка на патент NOFBX
  • USPAT 20090133788 Монотопливные смеси закиси азота