Kaip Lunar landers vėl paleidžia, kai nėra deguonies?

2023 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-05-26 18:30

Tipiškame benzino variklyje variklis gamina cilindrus, kurių kiekvienas susideda iš veleno su sandariai sumontuotu stūmokliu, kuris juda žemyn, kad traukti orą ir benziną. Kai įsiurbimo vožtuvas užsidaro, stūmoklis juda atsargiai, suspaudžiant mišinį ir didinant jo temperatūrą (ir tuo pačiu efektyvumą). Kai kištukas kibirkščia, benzinas užsidega, o išleista šiluma ir energija, susidariusi po sprogimo, varo stūmoklį atgal.

Ant kitos stūmoklio gale (priešais įleidimo vožtuvą ir uždegimo žvakę) yra jungiamasis strypas, kuris yra pritvirtintas prie alkūninio veleno. Taigi, kai stūmoklis privertas žemyn, jis stumia strypą, kuris juda sukamą alkūninį veleną. Šis procesas veikia taip gerai, kad jis buvo pakartotas šimtus milijonų kartų visame pasaulyje nuo grandininių pjūklų iki Ford F-150.

Tačiau šis energijos gamybos metodas priklauso nuo atmosferoje esančio deguonies, kuris derinamas su anglimi benzinu. Žinoma, erdvėje priežastis, dėl kurios niekas negali girdėti, kaip jus šaukia, yra tai, kad nėra oro (arba deguonies). Įveskite raketų.

Raketa neatsiejama nuo alkūninio veleno, o iš mažesnio atidarymo (purkštuko) pašalinti kažką, be dujų, skysčio, kieto ar tiesiog spinduliavimo energijos. Todėl, skirtingai nuo sunkvežimio, kuriam nereikia nešioti savo oksiduojančiojo įrenginio, nes jis gali išskirti orą iš jo aplinkos, laivai su raketų varikliu turi turėti visą savo raketą.

Žinoma, būtų nepraktiška (jei nebūtų neįmanoma) pakankamai deguonies pernešti į kosmosą, kad būtų prasmingas skrydis. Norėdami išspręsti šią problemą, buvo sukurtos alternatyvos, pirmiausia kietųjų ir skystųjų degalų formų.

Kietosios propelentos yra dviejų tipų - vientisos ir sudėtinės. Su abu, degalai ir oksidatorius yra saugomi kartu, o energija gaminama, kai du užsidega.

Vienodi kietosios propelentai yra unikalūs tuo, kad tiek oksidatorius, tiek kuras yra kartu, kaip vientisas, nestabilus junginys, tiesiog kaip nitroceliuliozė arba kartu su nitroglicerinu.

Kita vertus, naudojant sudėtinius kietąjį kurą deginančius degalus ir oksidatorius yra skirtingos medžiagos, kurios buvo sujungtos į miltelinį arba kristalizuotą mišinį, paprastai sudarytą iš amonio nitrato arba chlorato arba kalio chlorato (kaip oksidatoriaus), o kai kurie kieto angliavandenilio kuro tipas (panašus į asfalto ar plastiko).

Kietosios raketos jau seniai naudojamos su raketomis, įskaitant "Space Shuttle" paleidimo stiprintuvus, kurių kiekvienas pagamino 3,3 milijono svarų traukos.

Su skystaisiais degalais yra trys pagrindiniai tipai: naftos pagrindu, kriogeniniai ir hipergoliniai. Visi trys iš šių variklių metodų saugo oksidatorius ir degalus atskirai, kol reikia traukos. Kai šaudyti raketomis, kuriose naudojamas skystas raketinis kuras, šiek tiek iš jų (degalai ir oksidatoriai) įvedami į degimo kamerą, kur jie sujungiami ir galiausiai sprogsta - gamindami reikalingą galią.

Kaip rodo pavadinimas, naftos pagrindu pagaminta skystas raketinis kuras sujungia naftos produktą (pvz., Žibalą) su skystu deguonimi, kuris, esant aukštai koncentracijai, tampa veiksmingu ir galingu raketiniu kuru. Tokiu būdu šis metodas buvo plačiai naudojamas daugeliui raketų, įskaitant pirmuosius Saturno I, IB ir V etapus, taip pat "Sąjunga".

Kitas skystas propelentas remiasi kriogeninėmis (super žemos temperatūros) suskystintomis dujomis; vienas bendras metodas suskirsto suskystintą vandenilį (kurą) suskystintą deguonį (oksidatorius). Labai efektyvus, tačiau sunku laikyti ilgą laiką, nes reikia išlaikyti tiek šaltą (vandenilis išlieka skystyje esant -423F, o deguoniui esant -297F), kriogeniniai raketai naudojami tik ribotose srityse, tačiau juose yra pagrindiniai varikliai "Shuttle" ir tam tikri "Delta IV" ir kai kurių "Saturno" raketų etapai.

Naudojant tiek naftos, tiek kriogeninius reaktyvinius variklius, reikalingas tam tikras uždegimo tipas per pirotechnines, chemines ar elektrines priemones; tačiau su trečiuoju skystojo raketinio varikliu, hipergoliška, nereikia uždegimo.

Bendrasis hipergolinis kuras apima skirtingas hidrazino formas (įskaitant nesimetrinį dimetilhidrazino ir monometylhidrazino), o azoto tetroksiidas dažnai naudojamas kaip oksidatorius.

Skysti net kambario temperatūroje, hipergolio propelentus lengva laikyti, o kartu su savaiminiu degumu jie tampa itin pageidautina tam tikroms reikmėms, tokioms kaip manevravimo sistemos. Todėl, net jei medžiagos yra labai toksiškos ir ėsdinančios, dažnai buvo naudojamas hiperbolinis kuras, įskaitant "Space Shuttle" orbitos manevravimo sistemą ir, atsižvelgiant į klausimą, "Apollo" mėnulio modulį (LM).

Keturi subrangovai dirbo vadovaujančioje rangovu "Grumman Corporation", kuria "LM", o "Bell Aerosystems" bendrovė pasirinko savo pakilimo varomąją jėgą.Projektas prasidėjo 1963 m. Sausio mėn., Tačiau inžinieriai vis dar klastėsi su pakilimo varikliu dar 1968 m. Rugsėjo mėn., Kai Bell pradinis reaktyvinių variklių purkštuvas buvo išjungtas pagal vieną, kurį sukūrė subrangos sutartininkas, kuri taip pat pastatė slenkstinį variklį.

Dėl to, kad varikliu nesukurtas fiksuoto traukos variklis ir varomas aerozino 50 degalų ir azoto tetraksido oksidatorius, hipergolinės medžiagos, suteikiančios trauką, reikalingą LM išjungimui nuo Mėnulio paviršiaus, buvo tokios korozinės, kad sudegė per variklį kiekvieną kartą, kai jie buvo atleisti (reikalaujama, kad variklis būtų pertvarkytas). Dėl to nė vienas iš bet kokių LM kilimo variklių nebuvo išbandytas ar nešaudytas, prieš pakeldamas "Moon" astronautus "Apollo".