Я читал этот патент , что привело меня к этой статье .
В первом используется полисилан , который в основном заменяет в группа, делая группа. Я также читал, что углерод и кремний очень похожи по химическому составу. Второй документ идет в деталях. Мы находим, что силаны горят с и производят твердый нитрид кремния.
Мой вопрос :
Как получить тягу, если вы производите твердый нитрид кремния? Или доверие исходит только от ?
Пожалуйста, рассмотрите обычное соединение кремния: пироксен : . В нем есть кремний и алюминий, а также кислород. Можете ли вы также сжигать аналогичные распространенные минералы для создания тяги?
Можем ли мы использовать солнечную энергию, чтобы испарить твердые частицы кремния? Сколько дельта-v мы можем реально сгенерировать из этого?
Спасибо.
Когда мы говорим о сгорании элементов в чистом кислороде в пересчете на общую массу реагента, кремний стоит на пятом месте при сравнении высших степеней окисления. В порядке убывания (Be>Li>B>Al>Si). Бериллий очень токсичен и дорог и имеет потенциальное применение только в космосе, литий — очень реактивный элемент с низкой плотностью. Бор дорог и не сгорает полностью, поэтому использовать его потенциал сложно. Алюминий уже нашел применение в ракетной технике, особенно в твердотопливных двигателях.
Кремний дает немного меньше энергии при сгорании, чем алюминий, но он четырехвалентен и может связывать больше водорода, чем алюминий. Кремнийорганические соединения (куда относится и поликремний) имеют более высокую массовую долю водорода, чем алюминийорганические соединения.
Кроме того, кремний относится к группе элементов, способных гореть в азоте. Этим свойством также обладают бор и литий. Это является дополнительным преимуществом при использовании таких окислителей, как HNO 3 , N 2 O, N 2 O 4 , а также в ГПВРД, где топливо сжигается в атмосфере. Кроме того, существует возможность сжигания кремния в аммиаке (NH 3 ) и гидразине (N 2 H 4 ). Хотя энергия сгорания на единицу массы ниже, водород составляет основную часть реакционных газов и имеет наименьшую возможную молярную массу. Это важно для достижения высокого ISP.
Поэтому неудивительно, что в патентах проявляется интерес к кремнию и его соединениям. Однако широкого применения кремний не получил. Большим недостатком является то, что для производства чистого кремния и его соединений используются пирофорные газы, такие как силан (SiH 4 ), дисилан (Si 2 H 6 ). Это повышает уровень безопасности, необходимый в производстве, что, в свою очередь, означает более высокую цену. В конце концов, это повышение цены не оправдывается преимуществами по сравнению с алюминием, поэтому алюминий используется очень часто.
Что касается вопроса о нитриде кремния - да, тяга достигается за счет газообразных продуктов сгорания и паров - H 2 , H 2 O, N 2 , NH 3 , CH 4 и т.д. в зависимости от состава полисилана и используемого окислителя. Нитрид кремния нагревает эти газы, выделяя энергию в окружающую среду. Частицы нитрида кремния оказывают негативное влияние и в целом снижают ISP. По мере того, как частицы становятся больше, их негативное влияние на ISP увеличивается.
Пироксены нельзя использовать в качестве горючего или окислителя, потому что они на самом деле представляют собой смеси высших степеней окисления Mg, Ca, Fe, Si, Al. Например, одно пироксеновое соединение — дипозид MgCaSi 2 O 6 можно записать как MgO ∙ CaO ∙ 2SiO 2 . Это означает, что элементы полностью окисляются, и энергия больше не используется. С другой стороны, кислород прочно связан с элементами, и его нельзя использовать для сжигания других материалов. Исключениями являются Be, Li, B из-за их высокой энергии сгорания, но эти смеси относятся к термитным смесям, а не к пропеллентам из-за небольшого количества газообразных продуктов или их отсутствия.
Теоретически, если вы испарите твердые соединения кремния, в том числе нитрид кремния, вы получите небольшое количество движущего импульса. Это будет что-то вроде теплового ракетного двигателя. Но это крайне неэффективно, потому что твердые вещества обладают высокой энергией испарения (энергия, необходимая для превращения твердых тел в пары) и имеют большие средние молярные массы. Гораздо эффективнее использовать эту солнечную энергию для нагрева среды (металла или керамики) и пропуска легких газов, таких как водород и гелий, через отверстия, проделанные в этой среде.
Атомный вес кремния составляет 28 против 12 у углерода. Энергия силановой связи Si-H составляет 318 против 412 для CH (и 432 для HH).
Так что, вероятно, не для ракет, может быть, да для «зеленого топлива», которое оставляет песок, а не CO2 в качестве побочного продукта. (мелкие силикаты вызывают раздражение легких).
Поливалентные металлы, такие как тонкоизмельченный алюминий, находят применение в твердом топливе, так как их окисление требует высокой энергии. Их отходами являются оксиды металлов.
Рассел Борогов
Рассел Борогов
ооо