Как ли лунните Landers отново стартират, когато няма кислород?

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

В типичния двигател на автомобил, задвижван с бензин, в цилиндрите се произвежда енергия, всяка от които се състои от вал с плътно поставено бутало, което се придвижва надолу, за да вкарва въздух и бензин. Когато вентилът за затваряне се затваря, буталото се връща нагоре, компресирайки сместа и повишавайки нейната температура (и по този начин ефективност). Когато бушонът искри, бензинът се запалва, а освободената топлина и енергия в последвалата експлозия задвижва буталото надолу.

На другия край на буталото (срещу всмукателния клапан и свещта) е съединителен прът, който е прикрепен към коляновия вал. По този начин, когато буталото се принуди надолу, той бута пръта, който движи въртящия се колянов вал. Този процес работи толкова добре, че е възпроизведен от стотици милиони пъти във всичко - от верижни триони до Ford F-150.

Въпреки това, този метод за производство на енергия зависи от наличието на кислород в атмосферата, за да се комбинира с въглерода в бензина. В пространството, разбира се, причината, поради която никой не може да ви чуе да крещи, е, че няма въздух (или кислород). Влез в ракети.

Ракетата не разчита на колянов вал, а на изгонването на нещо, било то газ, течност, твърда или просто лъчева енергия, през малък отвор (дюза). Затова, за разлика от камион, който не е необходимо да носи оксидатора си, тъй като може да изтегля въздух от заобикалящата го среда, корабите с ракетни двигатели трябва да носят всичките си гориво с тях.

Разбира се, би било непрактично (ако не и невъзможно) да изтече достатъчно кислород в пространството, за да има полезен полет. За да се преодолее този проблем, бяха разработени алтернативи, предимно под формата на твърди и течни горива.

Твърдите горива се предлагат в два основни типа - хомогенни и композитни. При двата вида гориво и окислител се съхраняват заедно и се захранва, когато двете са запалени.

Хомогенните твърди горива са уникални по това, че както окислителят, така и горивото съществуват заедно като единично, нестабилно съединение, или просто като нитроцелулоза или заедно с нитроглицерин.

От друга страна, с композитни твърди горива, горивото и окислителят са отделни материали, които са комбинирани в прахообразна или кристализирана смес, която обикновено се състои от амониев нитрат или хлорат или калиев хлорат (като окислител), а някои тип твърдо въглеводородно гориво (подобно на асфалт или пластмаса).

Твърди горива отдавна са били използвани с ракети, включително и изстрелването на изстрелването на космическа совалка, при което всеки от тях е произвел 3,3 милиона паунда на тяга.

С течни горива има три основни типа: петролни, криогенни и хипергликови. И трите от тези методи за задвижване съхраняват своите окислители и горива отделно, докато не е необходима тяга. Когато се изстрелват ракети, заредени с течен пропелант, малко от тях (гориво и окислител) се въвеждат в горивната камера, където те се комбинират и в крайна сметка експлодират - генерирайки необходимата мощност.

Течните горива на основата на петрол, както подсказва името, смесват заедно петролен продукт (като керосин) с течен кислород, който, тъй като е силно концентриран, го прави ефективен и мощен пропелант. Като такъв, този метод е широко използван за много ракети, включително първите етапи на Сатурн I, IB и V, както и Soyuz.

Друг течен пропелант разчита на криогенни (свръх ниска температура) втечнени газове; един общ метод смесва втечнения водород (горивото) с втечнен кислород (окислителя). Високоефективно, но трудно да се съхранява дълго време поради необходимостта да се пазят и двете толкова студени (водород остава течност при -423F и кислород при -297F), криогенните пропеланти са били използвани само в ограничени приложения, въпреки че те включват основните двигатели на космическата совалка и някои етапи на Делта IV и някои от ракетите "Сатурн".

При двата вида петролни и криогенни пропеланти се изисква някакъв вид запалване, или чрез пиротехнически, химически или електрически средства; обаче, с третия тип течно гориво, хиперголично, не е необходимо запалване.

Обичайните хиперголни горива включват различни форми на хидразин (включително несиметричен диметилхидразин и монометилхидразин), а азотен тетроксид често се използва като окислител.

Течни, дори при стайна температура, хиперголичните пропеланти са лесни за съхранение, които заедно със своята спонтанна горимост ги правят много желателни за редица приложения, като например в маневрените системи. Ето защо, макар и използваните материали да са силно токсични и корозивни, често се използват хиперболични горива, включително в орбиталната система за маневриране на космическа совалка, а за лунния модул на Apollo (LM).

Четири подизпълнители са работили под ръководството на водещия изпълнител, Grumman Corporation, за изграждането на LM, като Bell Aerosystems Company е избрана за развитието на своето задвижване на изкачване.Работата започна по проекта през януари 1963 г., но инженерите все още вървяха с двигателя за изкачване още през септември 1968 г., когато първоначалният инжектор на Bell се изключи за един, проектиран от Rocketdyne, подизпълнителя, който също построи двигателя за спускане.

Движейки се от негабаритен двигател с фиксирана тяга и задвижван от гориво Aerozine 50 и азотен тетроксид, хиперголите материали, които осигуряват необходимата теглителна сила, за да се измъкне LM от повърхността на Луната, бяха толкова корозивни, че изгарят през двигателя всеки път, бяха изстреляни (изисквайки двигателят да бъде възстановен). В резултат на това нито един от двигателите с изкачване на никоя от LM не е бил тестван или изстрелян преди да вдигне астронавтите на Аполо от Луната.