Hogyan indult újra a Lunar Landers, amikor nincs oxigén?

2023 Szerző: Sherilyn Boyd | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-26 18:30

A tipikus benzinüzemű gépkocsiban a hengerekben előállítanak teljesítményt, amelyek mindegyike egy tengelyből áll, amelynek szorosan illeszkedő dugattyúja leereszkedik a levegőbe és a benzinbe. Ahogy a szívószelep lezár, a dugattyú visszahúzódik, összenyomja a keveréket és növeli annak hőmérsékletét (és ezáltal a hatékonyságot). Amikor a dugó szikrázik, a benzin meggyullad, és a felszabaduló hő és energia az elkövetkező robbanásban meghajtja a dugattyút.

A dugattyú másik végén (szemben a szívószeleppel és a gyújtógyertyával) egy forgó rúd van, amely a főtengelyhez csatlakozik. Így, amikor a dugattyú leereszkedik, megnyomja a rudat, ami mozog a forgó főtengellyel. Ez a folyamat olyan jól működik, hogy több százmillió alkalommal reprodukált mindentől a láncfűrészektől a Ford F-150-esig.

Az energiatermelés ezen módja azonban a légkörben lévő oxigénre támaszkodik, hogy összekapcsolódjon a benzinnel. Az űrben természetesen az az ok, hogy senki sem hallani sikoltozni, mert nincs levegő (vagy oxigén). Lépj rakétákba.

A rakéta nem egy főtengelyre támaszkodik, hanem egy kis nyíláson (fúvóka) keresztül, valami gáz, folyadék, szilárd vagy egyszerű sugárzás kizárásával. Ezért, ellentétben egy olyan teherautóval, amelyiknek nem kell hordoznia az oxidálószert, mert a környező környezetből levegőt vonhat maga után, a rakétamotoros hajóknak minden hajtógéppel magukkal kell tartaniuk őket.

Természetesen nem lenne praktikus (ha nem lehetetlen) elegendő gáznemű oxigént felvenni az űrbe, hogy értelmes repülés legyen. A probléma megoldásához alternatívákat fejlesztettek ki, elsősorban szilárd és folyékony hajtóanyagok formájában.

A szilárd hajtóanyagok két fő típusból állnak - homogén és összetett. Mindkettővel együtt az üzemanyagot és az oxidálószert együtt tárolják, és a hatalom akkor keletkezik, ha a két gyújtott.

A homogén szilárd hajtóanyagok egyedülállóak abban az értelemben, hogy mind az oxidálószer, mind pedig az üzemanyag együtt, egyetlen, instabil vegyületként létezik, akár egyszerűen nitrocellulóz, akár nitroglicerinnel együtt.

Másrészt összetett szilárd hajtóanyagokkal a tüzelőanyag és az oxidálószer különálló anyagok, amelyeket egy por alakú vagy kristályosított keverékké alakítottak össze, amely általában ammónium-nitrátból vagy klórtartalomból áll, vagy kálium-klorát (oxidálószer) és néhány típusú szilárd szénhidrogén üzemanyag (hasonlóan az aszfalthoz vagy műanyaghoz).

A szilárd hajtóanyagokat már régóta használják rakétákkal, köztük az űrsikló indító boosterjeivel, amelyek mindegyike 3,3 millió fontot nyomott.

Folyékony hajtóanyagokkal három fő típus létezik: kőolaj alapú, kriogén és hipergolikus. Mindhárom hajtási módszer külön-külön tárolja oxidálószereit és tüzelőanyagait, amíg a tolóerőre nincs szükség. Amikor egy folyékony hajtóanyaggal táplált rakétákat lőnek le, egyenként mindegyiket (üzemanyag és oxidálószer) egy égéskamrába viszik be, ahol ötvözik és végül felrobbannak - a szükséges hatalommal.

A kőolaj alapú folyékony hajtóanyagok, amint azt a neve is jelzi, egy kőolajterméket (például kerozint) összekevernek folyékony oxigénnel, amely nagy koncentrációban hatékony és erőteljes hajtóanyagot eredményez. Mint ilyen, ezt a módszert széles körben alkalmazták számos rakétához, beleértve a Saturn I, IB és V első szakaszát, valamint a Soyuzot.

Egy másik folyékony hajtóanyag kriogén (szuper alacsony hőmérsékletű) cseppfolyósított gázokra támaszkodik; egy közönséges módszer cseppfolyósított hidrogént (az üzemanyagot) cseppfolyós oxigénnel (az oxidálószerrel) összekever. Nagyon hatékony, de hosszú ideig nehezen tárolható, mivel mindkét hidegnek szüksége van (a hidrogén a -423F-nál és az oxigénnél -297F-nél marad), a kriogén hajtógázokat csak korlátozott alkalmazásokban használják, bár ezek közé tartozik a fő motorja az űrsikló és a Delta IV egyes szakaszai és a Saturn-rakéták egy része.

Mind a kőolaj-alapú, mind a kriogén hajtógázok esetében valamilyen típusú gyújtás szükséges, akár pirotechnikai, vegyi vagy elektromos eszközön keresztül; azonban a harmadik típusú folyékony hajtóanyag, a hipergolikus, nincs szükség gyújtásra.

A szokásos hipergolikus tüzelőanyagok közé tartoznak a hidrazin különböző formái (beleértve az aszimmetrikus dimetil-hidrazint és a monometilhidrazint), míg nitrogén-tetroxidot gyakran használnak oxidálószerként.

A folyadék szobahőmérsékleten is könnyen tárolható, a hipergolikus hajtóanyagokat könnyű tárolni, amelyek spontán éghetőségüknek köszönhetően rendkívül kívánatosak számos alkalmazáshoz, például manőverezési rendszerekben. Ezért, bár az érintett anyagok rendkívül mérgezőek és korrozívak, gyakran használtak hiperbolikus tüzelőanyagokat, beleértve az űrsikló orbitális manőverező rendszerét, és a kérdést illetően az Apollo lunáris modul (LM).

Négy alvállalkozó dolgozta ki a Grumman Corporation vezető vállalkozóját, hogy felépítse az LM-et, a Bell Aerosystems Company cégnél, melyet felállási meghajtó fejlesztésére választottak ki.A projekt 1963 januárjában kezdődött, de a mérnökök 1968 szeptemberéig még mindig felbukkantak a felszálló motorral, amikor Bell kezdeti hajtóanyag-befecskendezőjét a Rocketdyne, az alvállalkozó tervezte.

Egy nem kardántengelyes, fix tolóerővel hajtott motorral, melyet az Aerozine 50 üzemanyag- és nitrogén-tetroxid oxidálószer hajtott végre, a hipergóliás anyagok, amelyek az LM leeresztéséhez szükséges tengelyt biztosítják a Hold felszínén, olyan korrozívak voltak, hogy minden alkalommal felgyújtották a motort (a motor újraépítéséhez szükségesek). Ennek eredményeképpen a LM-ek egyikének emelkedőmotorjait sem tesztelték és nem oltották ki, mielőtt az Apollo űrhajósokat felemelték volna a Holdról.