Hva er en Cryogenic Engine?

April 26  by Eliza

En kryogeniske motoren er vanligvis en rakettmotor utviklet for å enten unnslippe jordens gravitasjon til å sende sonder til mellomrom eller å løfte satellitter i bane. De bruker flytende brensel som er avkjølt til meget lave temperaturer, og som ellers ville være i en gassformig tilstand ved normalt atmosfæretrykk og temperatur, slik som hydrogen og oksygen. Disse brennstoffer anvendes i en av to hovedtyper for å produsere drivmiddelstyrken. Enten er hydrogen fordampes som brennstoff og antent av oksydasjonsreaktoren av oksygen for å generere standard varmt rakettskyvkraft, eller de er blandet for å lage super varm damp som kommer ut av motormunnstykke og danner skyvekraft.

Fem nasjoner i dag besitter hell-testet kryogeniske motor fremdriftssystemer som i 2011. Disse omfatter USA, Russland og Kina, samt Frankrike og Japan. Jobbe på den tyske Aerospace Center i Lampoldshausen, Tyskland, pågår for å utvikle kryogeniske fremdrift. India har også felt-testet en kryogenisk rakett design så sent som i 2009, produsert ved Indian Space Research Organisation (ISRO), noe som resulterte i katastrofal svikt i testbilen.

Kryogenisk engineering for rakettdrivstoff har eksistert siden minst 1960-epoken utformingen av Saturn V-raketten, som brukes av USA Apollo Moon oppdrag. Den amerikanske romfergen hovedmotorer også bruke cryogenically-lagret brensel, det samme gjør flere tidlige modeller av interkontinentale ballistiske missiler (ICBM) som brukes som kjernefysiske avskrekking av Russland og Kina. Væskefylte raketter har større skyvekraft, og derfor hastighet enn de massive-drevet kolleger, men lagres med tomme drivstofftanker, som brensel kan være vanskelig å opprettholde, og forverres motoren ventiler og beslag over tid. Ved hjelp av kryogene brennstoff som drivmiddel har krevd lagringsanlegg for brennstoffet, slik at det kan pumpes inn i rakettmotorholdetanker når det er nødvendig. Siden lanseringen tid av raketter som er drevet av en kryogenisk motor kan bli forsinket opptil flere timer, og lagring av drivstoff er risikabelt, USA konvertert til alle solide fueled atom ICBM på 1980-tallet.

Flytende hydrogen og flytende oksygen lagres på nivåer av -423 ° Fahrenheit (-253 ° Celsius) og -297 ° Fahrenheit (-183 ° Celsius), henholdsvis. Disse elementene er lett skaffes og tilbyr en av de største energiomregningskursene for flytende brensel for rakett fremdrift, så de har blitt drivstoff, valg for alle nasjoner arbeider på kryogeniske motorkonstruksjoner. De produserer også en av de høyeste kjente spesifikke impuls priser for kjemisk rakett fremdrift av opptil 450 sekunder. Spesifikk impuls er et mål for endringen i moment per enhet forbrukt drivstoff. En rakett genererer 440 spesifikk impuls, for eksempel en Space Shuttle kryogen motor i et vakuum, ville oppnå en hastighet på ca 9900 miles per time (15 840 kilometer i timen), som er akkurat nok til å holde den i et forfallent bane rundt Jorden for en lengre tid.

En ny variant av kryogeniske motorer er Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) blir utviklet av National Aeronautics and Space Administration (NASA) i USA. Den bruker typisk flytende oksygen og hydrogen-brennstoff, men hele motoren selv blir også underkjølt. Drivstoffet blander å skape 5000 ° Fahrenheit (2760 ° Celsius) overopphetet damp som en form for rakett fremstøt som kan strupes opp og ned fra litt over 100% til 10% thrust nivåer, for manøvrering i landings miljøer som på overflaten av månen. Motoren har gjennomgått vellykket testing så sent som i 2006, og kan brukes på både fremtidige Mars og Månen bemannede ferder.

  • En Saturn V-raketten, som brukte kryogen drivstoff, propelled Apollo 11-ferden til månen.
  • Flytende hydrogen er ofte brukt som drivstoff for en kryogenisk motor.
  • Kryogenisk ingeniør er involvert i forberedelsene og lagring av brensel som brukes i de fleste konvensjonelle flytende drevet raketter.
  • Oksygen kan anvendes som drivstoff for en kryogen motor.