Как Lunar Landers снова запустили, когда нет кислорода?

2023 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последнее изменение: 2023-05-26 18:30

В типичном бензиновом двигателе с двигателем мощность вырабатывается в цилиндрах, каждая из которых состоит из вала с плотно установленным поршнем, который перемещается вниз, чтобы нарисовать воздух и бензин. Когда впускной клапан закрывается, поршень перемещается назад, сжимает смесь и увеличивает ее температуру (и, следовательно, эффективность). Когда искр искрообразования, бензин зажигается, а высвобождаемое тепло и энергия в результате последующего взрыва приводят в движение поршень.

На другом конце поршня (напротив впускного клапана и свечи зажигания) находится шатун, который крепится к коленчатому валу. Таким образом, когда поршень сжимается, он толкает стержень, который перемещает вращающийся коленчатый вал. Этот процесс работает настолько хорошо, что он был воспроизведен сотни миллионов раз во всем, начиная от бензопилы и заканчивая Ford F-150.

Однако этот способ получения энергии зависит от присутствия кислорода в атмосфере в сочетании с углеродом в бензине. В космосе, конечно, причина, по которой никто не может услышать, что вы кричите, - это потому, что нет воздуха (или кислорода). Войдите в ракеты.

Ракета не полагается на коленчатый вал, а скорее на вытеснение чего-либо, будь то газовая, жидкая, сплошная или просто сияющая энергия, через небольшое отверстие (сопло). Поэтому, в отличие от грузовика, который не нуждается в переноске своего окислителя, поскольку он может вытягивать воздух из окружающей его окружающей среды, корабли с ракетными двигателями должны нести с собой все свои пропелленты.

Конечно, было бы непрактично (если не невозможно) вытащить достаточное количество газообразного кислорода в космос, чтобы иметь полноценный полет. Чтобы обойти эту проблему, были разработаны альтернативы, прежде всего в форме твердых и жидких пропеллентов.

Твердые пропелленты бывают двух основных типов - гомогенных и составных. С обоими, топливо и окислитель хранятся вместе, и энергия возникает, когда они зажигаются.

Однородные твердые пропелленты уникальны тем, что как окислитель, так и топливо существуют вместе как одно нестабильное соединение, либо как нитроцеллюлоза, либо вместе с нитроглицерином.

С другой стороны, с составными твердыми пропеллентами топливо и окислитель представляют собой различные материалы, которые были объединены в порошкообразную или кристаллизованную смесь, которая обычно состоит из нитрата аммония или хлората или хлората калия (в качестве окислителя), а некоторые тип твердого углеводородного топлива (аналогично асфальту или пластику).

Твердые пропелленты уже давно используются с ракетами-носителями, включая ускорители запуска Space Shuttle, каждый из которых произвел 3,3 миллиона фунтов тяги.

С жидкими пропеллентами существуют три основных типа: нефтеносная, криогенная и гипергольная. Все три этих метода движения хранят свои окислители и топливо отдельно, пока не понадобится тяга. Когда ракеты, нагнетаемые жидким ракетным топливом, обжигаются, каждый из них (топливо и окислитель) вводится в камеру сгорания, где они объединяются и, в конечном счете, взрываются, производя необходимую мощность.

Жидкие пропелленты на основе нефти, как следует из названия, смешивают нефтепродукты (например, керосин) с жидким кислородом, который, будучи высококонцентрированным, делает его эффективным и мощным пропеллентом. Таким образом, этот метод широко использовался для многих ракет, включая первые этапы Сатурна I, IB и V, а также «Союз».

Другой жидкий ракетный двигатель основан на криогенных (сверхнизкотемпературных) сжиженных газах; один общий метод смешивает сжиженный водород (топливо) с сжиженным кислородом (окислителем). Высокоэффективные, но трудно хранящиеся надолго из-за необходимости держать их настолько холодными (водород остается жидким при -423 ° F и кислородом при -297F), криогенные пропелленты использовались только в ограниченных применениях, хотя они включают в себя основные двигатели «Шаттл» и некоторые этапы «Дельта-IV» и некоторых ракет «Сатурн».

При использовании как на нефтяных, так и в криогенных пропеллентах требуется некоторый тип воспламенения либо через пиротехнические, химические или электрические средства; однако, с третьим типом жидкого ракетного топлива, гиперголическим, никакого воспламенения не требуется.

Обычные гипергольные топлива включают различные формы гидразина (включая несимметричный диметилгидразин и монометилгидразин), в то время как четырехокись азота часто используется в качестве окислителя.

Жидкость даже при комнатной температуре легко переносить гипергольные пропелленты, что вместе с их спонтанной горючестью делает их весьма желательными для ряда применений, например, в системах маневрирования. Поэтому, несмотря на то, что используемые материалы являются высокотоксичными и коррозионными, часто используются гиперболические топлива, в том числе в орбитальной маневрирующей системе космического корабля «Шаттл» и, что уместно под вопросом, лунный модуль Apollo (LM).

Четыре субподрядчика работали под руководством ведущего подрядчика корпорации Grumman, чтобы построить LM, с компанией Bell Aerosystems, выбранной для развития своего подъема.В январе 1963 года начались работы над проектом, но инженеры все еще возились с двигателем подъема уже в сентябре 1968 года, когда первоначальный форсунка-инициатор Белла был отключен для одного, спроектированного Rocketdyne, субподрядчиком, который также построил спускный двигатель.

Движимый неимпульсным двигателем с фиксированной тягой и работающий на окислителе азота и азота Aerozine 50, гипергольные материалы, обеспечивающие тягу, необходимую для получения LM от поверхности Луны, были настолько агрессивными, что они горели через двигатель каждый раз, когда они были уволены (требуется, чтобы двигатель был перестроен). В результате ни один из двигателей подъема ни для кого из ЛМ не был испытан или не был уволен до того, как оттянуть астронавтов Аполлона с Луны.