Некоторое время назад Ars Technica опубликовала большую статью о разрабатываемой ракете Firefly.
Ключевой конструктивной особенностью является то, что он будет использовать собственное топливо для самонаддува (автогенного). Сначала я думал, что хорошо это понял, но в более поздних онлайн-разговорах об этом я обнаружил, что эта деталь на самом деле очень спорная. Вот та часть статьи, которая вызывает вопросы, с акцентом моим.
нагретое топливо превращается в горячий газ, который затем используется для наддува топливных баков. Как отмечалось ранее, конечным результатом этого является топливный бак, заполненный более сгораемым топливом, а не инертным герметиком, таким как гелий. Это делает аэродинамический шип Firefly полностью самогерметизирующимся .
Никто не спорит, что этот метод может создать давление в топливном баке. Проблема в формулировке "полностью". Некоторые люди, по-видимому, считают, что резервуар с жидким кислородом не может быть герметизирован тем же методом, потому что это приведет к высокотемпературному газообразному кислороду или газу, богатому кислородом (это мое собственное понимание, которое может иметь свои недостатки). Логика такова:
Горячий кислород окислит практически все, что еще не окислено.
Просматривая некоторую литературу по этому вопросу, они, похоже, правы. В этой статье, например , рассматривается автогенное повышение давления для водородного бака. Но есть еще несколько элементов, в которых я не могу себя убедить.
Будет ли автогенное повышение давления в любом случае обязательно повышать температуру бака? Даже если кислородный баллон находился под давлением богатой кислородом газовой смеси CO2 и/или H2O, он не обязательно должен быть очень горячим. У вас уже есть криогенные жидкости для теплообмена, так что, возможно, они ниже комнатной температуры и, как правило, не представляют большой проблемы.
Если я считаю утверждение о «полностью самогерметизирующемся» исключительно ошибкой журналиста, то мне кажется, что конструкция Firefly не имеет никакого смысла. Если вы собираетесь использовать гелий для повышения давления в кислородном баллоне, то использование автогенного наддува топливного бака явно не уменьшит сложность. Два разных метода наддува бака звучат фантастически сложно.
Так в чем же дело? Есть ли какая - либо заслуживающая доверия предыстория разработки автогенного наддува резервуара с жидким кислородом? Является ли это фиаско просто плохой формулировкой или ошибочным стартапом?
Если вопрос заключается в том, возможна ли такая система, ответ положительный, она возможна на 100%, потому что STS использовала именно эту систему. Резервуары LOX и LH2 в ET находились под давлением на площадке с помощью гелия, поставляемого GSE. После пуска ССМД баки наддувались газообразным топливом, отбираемым от двигателей.
Из пресс-справки НАСА по шаттлу 1985 года :
Как только жидкий кислород загружен и готов к воспламенению основного двигателя, вентиляционный и предохранительный клапан бака с жидким кислородом закрываются, и в баке создается давление 21 фунт на квадратный дюйм с помощью гелия, поставляемого GSE. Во время тяги ССМЭ жидкий кислород вытекает из внешнего бака через шлангокабель орбитального аппарата/внешнего бака в МПС орбитального корабля и в каждый ССМЭ. Герметичность в баке поддерживается за счет газообразного кислорода, отбираемого от трех основных двигателей и подаваемого в бак с жидким кислородом через шлангокабель газообразного кислорода орбитального корабля / внешнего бака.
а также
Когда жидкий водород загружен и готов к воспламенению основного двигателя, вентиляционный и предохранительный клапан бака с жидким водородом закрываются, и в баке создается давление до 42,5 фунтов на квадратный дюйм за счет гелия, поставляемого GSE.
Примерно через 45 минут после начала загрузки три насоса жидкого водорода с электрическим приводом на орбитальном аппарате начинают циркулировать жидкий водород во внешнем баке через три SSME и обратно во внешний бак через специальный рециркуляционный шлангокабеля. Эта рециркуляция охлаждает линии жидкого водорода между внешним баком и топливным турбонасосом высокого давления в SSME, чтобы на пути не было никаких пузырьков газообразного водорода, а температура была надлежащей для запуска двигателя. Рециркуляция прекращается примерно за шесть секунд до запуска двигателя. Во время тяги двигателя жидкий водород поступает из внешнего бака и через шлангокабель жидкого водорода орбитального аппарата / внешнего бака в МПС орбитального корабля и к основным двигателям.Герметичность бака поддерживается за счет газообразного водорода, отбираемого из трех SSME и подаваемого в бак с жидким водородом через шлангокабель газообразного водорода орбитального корабля / внешнего бака.
При описании примера автогенной системы наддува в Приложении E к обзору потребностей ВВС США и Министерства обороны в аэрокосмических силовых установках (загружено с: http://www.nap.edu/catalog/11780.html ) говорится:
[Нагнетание пара] использует внутреннюю энергию жидкости, хранящейся в закрытом контейнере, для выполнения работы, необходимой для вытеснения жидкости из контейнера. Перед запуском температура жидкости в объеме регулируется таким образом, чтобы давление паров равнялось желаемому давлению в резервуаре. Жидкость находится в тепловом равновесии с насыщенными парами, присутствующими в незаполненном резервуаре (исключая другие газы). Когда клапан резервуара открывается, сливая жидкость или пар, давление в резервуаре падает, нарушая парожидкостное равновесие. В этот момент жидкость закипает, создавая дополнительный пар и стремясь противодействовать снижению давления.
Это означало бы, что газообразный кислород не будет заметно теплее, чем LOX под ним в резервуаре.
Уве
Кристофер Джеймс Хафф
CuteKItty_pleaseStopBArking