Как гелий используется в современных ракетах-носителях?

Гелий используется в качестве нагнетающего и продувочного газа. Хотя космический шаттл больше не является «современной» системой запуска, он широко использовал гелий для создания давления в различных системах и, возможно, может служить примером.

• Предстартовая герметизация внешних баков с жидким кислородом и жидким водородом (порядка 100 фунтов гелия на каждый бак)

Во время резервных операций баки с жидким кислородом и жидким водородом наполняются газообразным гелием для поддержания номинального положительного давления перед загрузкой и запуском, чтобы избежать возможных повреждений конструкции, которые могут возникнуть в результате изменений теплового и атмосферного давления. Примерно за 3 минуты до запуска в баках создается давление до старта с помощью гелия, подаваемого по трубопроводу с наземного объекта.

• Аммиачные баки системы охлаждения аммиачного котла герметизировались гелием.

Никакая камера не отделяет NH3 от находящегося в нем гелия (He). Если контроллер NH3 активируется вручную (SEC/ON) в условиях невесомости, герметик He может вытечь, что сделает эту систему непригодной для использования.

Расположение резервуаров с гелием для остальных обсуждаемых систем показано светло-зеленым цветом на этом чертеже из Книги эксплуатационных данных шаттла (SODB).

• Основная силовая установка имела значительную гелиевую систему, используемую для приведения в действие пневматических клапанов и продувки систем. У него было три бака по 17,3 фута ^ 3 и семь баков по 4,7 фута ^ 3, которые перед запуском находились под давлением ~ 4000 фунтов на квадратный дюйм. (порядка 225 фунтов гелия для системы)

• Система орбитального маневрирования (OMS) представляла собой систему с питанием под давлением из 2 двигателей мощностью 6000 фунтов силы, топливные баки которых находились под давлением гелия. В каждой из двух капсул OMS был специальный гелиевый резервуар OMS. (всего порядка 80 фунтов гелия)

• Система управления реакцией (RCS) представляла собой систему реактивных двигателей управления ориентацией, топливные баки которых находились под давлением гелия. На систему RCS приходилось два бака с гелием, всего шесть баков.

Источники:

• Руководство по эксплуатации экипажа шаттла, различные стр.
• Справочник новостей о космических шаттлах, стр. 2-40
• Учебное пособие по системам экологического контроля и жизнеобеспечения
• Значения массы: личные заметки
• SODB: Похоронен в этом каталоге старой страницы истории шаттла KSC.

Если есть ракета, использующая баки с криогенным водородом, для нее нужен гелий.

Жидкий водород нельзя смешивать с воздухом, кислородом или азотом. Смесь с кислородом взрывоопасна, и ее следует избегать в целях безопасности. Газообразный азот сжижался и даже замерзал при температуре водорода. Другие благородные газы, такие как аргон, сжижаются и даже затвердевают при температуре жидкого гелия. Так что альтернативы гелию нет.

Резервуар с водородом, заполненный воздухом с завода, нуждается в подготовке перед наполнением водородом. Так что вам нужен гелий, чтобы очистить воздух. Нельзя сначала удалять воздух, образовавшийся вакуум разрушит бак. Таким образом, вам потребуется гораздо больше газообразного гелия, чем объем баллона, чтобы удалить весь воздух.

Теоретически можно сначала продуть воздух в баках азотом. Когда кислорода не осталось, азот можно вытеснить водородом. Когда азота не осталось, можно загрузить жидкий водород. Весь водород в смеси с азотом должен сжигаться на некотором расстоянии от стартовой площадки.

Если гелий также используется для наддува, вам нужно столько гелия, чтобы поддерживать давление в почти пустом баке. Опять же, в несколько раз требуется объем резервуара (объемы при атмосферном давлении).

Теплообменник для сжижения водорода для наддува может обойтись без гелия для наддува резервуара. Но использовать газообразный водород для продувки воздуха перед наполнением было бы очень опасно.