Kā Luna Landers atkārtoti palaiž, kad nav skābekļa?

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Tipiska benzīna motora dzinēja jauda tiek ražota cilindros, un katra no tām sastāv no vārpstas ar cieši piepīlētu virzuli, kas virzās uz leju, lai ievilktu gaisā un benzīnā. Kad iesūkšanas vārsts aizveras, virzulis virzās atpakaļ uz augšu, saspiež maisījumu un paaugstina tā temperatūru (un tādējādi arī efektivitāti). Kad aizdedzes dzirksteles aizdedzina, benzīns tiek aizdedzināts, un atbrīvotais siltums un enerģija nākamajā eksplozijā virzina virzuli atpakaļ uz leju.

No otras puses virzuļa (pretēji ieplūdes vārstam un aizdedzes svecei) ir savienotājelements, kas piestiprināts pie kloķvārpstas. Tādējādi, kad virzulis tiek piespiests, tas stumj stieni, kas pārvieto rotējošo kloķvārpstu. Šis process darbojas tik labi, ka tas ir atkārtots simtiem miljonu reižu viss, sākot no motorzāģiem līdz Ford F-150s.

Tomēr šī enerģijas ražošanas metode balstās uz skābekli, kas atrodas atmosfērā, lai savienotu ar oglekli benzīnā. Kosmosā, protams, iemesls, kādēļ neviens nevar dzirdēt, ka jūs neredzat, jo nav gaisa (vai skābekļa). Ievadiet raķetes.

Rakete nebalstās uz kloķvārpstu, bet gan ar kaut kā, gāzes, šķidruma, cietas vai vienkārši starojošas enerģijas izraidīšanu caur nelielu atveri (sprauslu). Tāpēc, atšķirībā no kravas automašīnas, kurai nav nepieciešams veikt oksidētāju, jo tā var no gaisa izkļūt no apkārtējās vides, kuģiem ar raķešu dzinējiem ir jāpārnēsā visi viņu degviela.

Protams, būtu nepraktiski (ja ne neiespējami) pietiekami daudz gāzveida skābekļa nokļūt kosmosā, lai veiktu nozīmīgu lidojumu. Lai novērstu šo problēmu, ir izstrādātas alternatīvas, galvenokārt cieto un šķidro degvielu veidā.

Cietie propellenti ir divos galvenajos tipos - viendabīgi un kompozīti. Ar abiem degviela un oksidētājs tiek uzglabāti kopā, un tiek ražota jauda, kad tiek aizdedzināti divi.

Homogēni cietie propelenti ir unikāli, jo gan oksidētājs, gan degviela pastāv kopā kā vienots, nestabils savienojums vai nu kā vienkārši nitroceluloze vai kopā ar nitroglicerīnu.

No otras puses, ar kompozītu cieto degvielu degviela un oksidētājs ir atsevišķi materiāli, kas ir apvienoti pulverveida vai kristalizētā maisījumā, ko parasti veido amonija nitrāts vai hlorāts vai kālija hlorāts (kā oksidētājs), un daži cietā ogļūdeņraža degvielas veids (līdzīgi kā asfalts vai plastmasa).

Cietie propelenti jau sen tiek izmantoti ar nesējraķetēm, ieskaitot kosmiskās šāviņas palaišanas pastiprinātājus, no kuriem katrs ražo 3.3 miljonus mārciņu vilces.

Ar šķidro degvielu, ir trīs galvenie veidi: naftas bāzes, kriogēno un hipergolisko. Visas trīs no šīm dzinējspēka metodēm uzglabā oksidētājus un degvielu atsevišķi, kamēr vilces nepieciešamība ir nepieciešama. Ja raķetes, kurās tiek darbināts šķidro propelents, tiek atlaisti, katrai degvielai (degvielai un oksidētājiem) ievada degšanas kamerā, kur tās apvieno un galu galā eksplodē - ražojot vajadzīgo enerģiju.

Kā norāda nosaukums, uz naftas produktiem balstītas šķidrās degvielas sajauc naftas produktu (piemēram, petroleju) ar šķidru skābekli, kas, ļoti koncentrējot, padara to par efektīvu un spēcīgu propelantu. Tādējādi šo metodi plaši izmantoja daudzām raķetēm, ieskaitot pirmos posmus Saturnā I, IB un V, kā arī Soyuz.

Vēl viens šķidro propelants balstās uz kriogēnām (pārāk zemas temperatūras) sašķidrinātām gāzēm; Viena kopēja metode sašķidrina ūdeņradi (degvielu) sašķeļ skābekli (oksidētājs). Ļoti efektīva, bet to ir grūti uzglabāt ilgi, jo ir nepieciešams saglabāt gan tik aukstu (ūdeņradis paliek šķidrums pie -423F un skābeklis pie -297F), bet kriogēnās degvielas ir izmantotas tikai ierobežotā daudzumā, lai gan tajā ietilpst galvenie dzinēji kosmosa šāviens un daži posmi Delta IV un daži no Saturna raķetēm.

Ar gan naftas bāzes, gan kriogēno degvielu ir vajadzīgs kāds aizdedzes veids, izmantojot pirotehniskos, ķīmiskos vai elektriskos līdzekļus; tomēr ar trešo šķidruma propelenta veidu, hipergolisko, nav nepieciešama aizdegšanās.

Kopējā hipergoliskā kurināmā sastāvā ir dažādi hidrazīna veidi (ieskaitot nesimetrisku dimetilhidrazīnu un monometüülhidrazīnu), bet oksidētāju izmanto bieži kā slāpekļa tetroksīdu.

Šķidrums pat istabas temperatūrā ir viegli uzglabājams hipergoliskā propellants, kas kopā ar spontāno uzliesmojamību padara to ļoti vēlams vairākiem pielietojumiem, piemēram, manevrēšanas sistēmās. Tāpēc, lai gan iesaistītie materiāli ir ļoti toksiski un kodīgi, bieži tiek izmantoti hiperboliski kurināmie, tostarp ar kosmosa šaurules orbitālo manevrēšanas sistēmu un Apollo mēness moduli (LM), kas saistīts ar attiecīgo jautājumu.

Četri apakšuzņēmēji strādāja pie galvenā darbuzņēmēja, Grumman Corporation, lai izveidotu LM, ar Bell Aerosystems Company izraudzīti, lai attīstītu savu pacelšanās dzinējspēks.Projekts tika uzsākts 1963. gada janvārī, bet inženieri vēl turpināja eksplodēt ar pacelšanās dzinēju vēlāk kā 1968. gada septembrī, kad Bells sākotnējais degvielas iesmidzinātājs tika izslēgts uz vienu projektējis Rocketdyne, apakšuzņēmējs, kas arī uzbūvēja nolaišanās dzinēju.

Dzinēja, kas nav slīpsvītra, fiksētās piedziņas dzinējs un kuru darbina Aerozine 50 degviela un slāpekļa tetroksīds oksidētājs, hipergoliskie materiāli, kas nodrošināja vilces nepieciešamību, lai iegūtu LM no Mēness virsmas, ir tik kodīgi, ka tie sadedzina caur motoru katru reizi, kad tie tika atlaisti (pieprasot motoru pārbūvēt). Rezultātā neviens no LM pacēluma dzinējiem netika pārbaudīts vai atlaists pirms Apollo astronauta pacelšanas no Mēness.