עתיד הסיכויים של בעלי עסקים ירוקים בהנדסת טילים

המונחים: the Imperative for Greener Rocket Propulsion

כתודעה גלובלית של קיימות סביבתית מתגברת, כל מגזר תעשייתי מתמודד עם לחץ גובר על מנת להפחית את טביעת הרגל האקולוגית שלו.תעשיית החלל, היסטורית נשענת על מניעים רעילים וסביבתיים מזיקים מאוד, אינה יוצאת דופן בדלקים מסורתיים כגון hydrazine ו- tetroxide (NTO) היו מעשי הנטורינג של חלל במשך עשרות שנים, אך הטיפול שלהם, סכנות, רעילות, כמו למשל, זרם ירוק, למניעה, לזיהום סביבתית, לאטמוספירה, לאטמוספירה, לכדי שינוי מהיר יותר.

מה הם בעלי עסקים ירוקים?

מדחף ירוק כולל שיעור של דלקי טילים וחמצן שנועדו למזער השפעות מזיקות על בריאות האדם, בטיחות והסביבה בהשוואה למערכות היפרגוליות או מבוכות קונבנציונליות.הם בדרך כלל מאופיינים על ידי רעילות נמוכה יותר, ירידה בדרישות טיפול פשוט יותר, ואפקט אטמוספירי קטן יותר על הבעירה.

• (FLT:0) Hydroxylammonium nitrate (HAN) מבוסס מונעים FLT:1, כגון AF-M315E (שמשתמשים במשימות האנרגנטיות הירוקות של נאס"א), אשר הם נוזלי ionic עם רעילות נמוכה משמעותית מאשר hydrazine.
• (FLT:0)Ammonium dinitramide (ADN) מבוסס פורמולה 1, כמו LMP-103S (התפתחה על ידי החברה השוודית ECAPS), אשר הוכחו על ידי לווינים קטנים.
• (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא י' (ב) ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא ויקרא יט): "וַיָּבְהָעָשָׂה וּכְתִּיִנְתִּיְתִּיְתִּיְתָּעָעָעָעָעָשָׂרֶתִּים הָאָרֶץ" (בְתְתְתְתִּיִׁבְתִּים דָּבְתּבְתִּים וְכֶם).
• (ב) ויקרא י"א): "[2] ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא ויקרא ויקרא יט:5 ,5 , אשר יכול לשמש גם מונופרופורנטי וגם מחמצן, מחלחל למים וחמצן עם רק מים, כמו מפוצצים כאשר נעשה שימוש בקטליטי.
• (FLT:0) דלקים רבי-דרדרטיביים 1 (FLT:0) כגון תערובת של איזורופנופול או אתנול, אם כי פחות נפוץ בהנעה ראשונית, נחקרים עבור יישומים נמוכים וצלילים רקטות.

חלופות אלה מציעות נתיב משכנע לקראת חקר החלל הירוק יותר (FLT:0) 1:1 ללא בהכרח הקרבת ביצועים.

פרופילים מסורתיים: אתגר סביבתי ובטיחות

כדי להעריך את דחיפה עבור מדחף ירוק, חיוני להבין את המגבלות של אפשרויות קונבנציונליות.hydrzine (NancyFLT:0203FLT:1HoriFLT:2403FLT 3) ואת נגזרותיו (monomethylazine, MMH; dimethylazine לאסימטרית, UD) הם היפרגליקולי - הם באופן ספונטני על מגע אמין עם Nox או חנקן (Nic) כגון חנקן, אך הוא מקבל עלות).

(FLT:0) ל-Toxicity:FLT:1 hydrozine הוא חשד לסרטן בבני אדם, קורוזיטיבי מאוד, ודורש ציוד הגנה אישי מחמיר (PPE) במהלך טעינה ותחזוקה. שפך יחיד יכול להוות סיכונים חמורים לאנשי צוות הקרקע והסביבה שמסביב.

(ב) [ה]השפעתה של ה-[[1724]]: [[המאה ה-1]], כאשר נשרף, מדחף מבוסס hydrazine משחרר oxides חנקן (NOIRFLT:2xentiFLT:2xirFLT 3: 3), אשר תורם לגשם smog וחומצה. יתר על כן, מיובשים חיים שנשארו במיכלי חלליות על כניסה מחדש יכולים לסווג אתרי נחיתה.

(FLT:0) עלויות ההנדסה: FLT:1 פרוטוקולי הבטיחות של פעולות hydrazine - כולל אזורי טיפול מבודדים, מתקני אחסון מיוחדים ואימון חומרים מסוכנים - להגדיל משמעותית את עלויות ההשקה ואת המורכבות לוח הזמנים.

גורמים אלה הניעו סוכנויות כמו נאס"א, ESA, וספקי ההשקה המסחריים לחפש חלופות בטוחות יותר, ברות קיימא יותר.

היתרונות של מפיצים ירוקים

הפחתה של Toxicity ו- Safeer Handling

היתרון המיידי ביותר של מניעים ירוקים הוא ההפחתה דרסטית של סיכונים בריאותיים.לדוגמה, AF-M315E יש צויונות ברמת הרעלה של גודל נמוך יותר מאשר hydrazine; החוס שלו אינו מסווג כסרטן, והוא אינו דורש את אותה רמה של ציוד הגנה.זה מתורגם כדי להפוך את הזמנים מהירים יותר במהלך דלק לווייני, עלויות הכשרה נמוכות יותר, ופחות סביבתית באתרי ההשקה של EF3.

השפעה סביבתית נמוכה

(הופנה מהדף מדרשים ירוקים מייצרים פחות מוצרים מזיקים ממצה. . Methane combustion מניב COFLT:02reaph 1 ו-HoriFLT:2FLT 3O - הן טבעיות המתרחשות באווירה - ובאופן משמעותי פחות מאשר שיגורים של kerosene (RP) על ידי הידרוגן למזהמים המבוססים על פחמן דו-חמצני, מייצרים רק חמצן, והופכים אותם להפחתה משמעותית של צריכת פחמן-ידי ירידה של צריכת מים רעילהת, היא ירידה במשקל של 200 גרם.

עלויות יעילות

בעוד העלות של ייצור ירוק מונעים עשוי להיות גבוה יותר מאשר hydrazine, העלות הכוללת של המערכת לעתים קרובות לטובת האפשרות הירוקה יותר. טיפול סימפולטיבי, דרישות PPE מופחתות, פרמיות ביטוח נמוכות יותר, ומחזורי דלק מהירים יותר מניב חיסכון תפעולי.עבור משימות לוויין קטנות באמצעות דחף מבוסס ADN, עלויות המשימה הטפט יכול להיות 20-30% נמוך יותר לאחר גורם תפעול קרקע, בנוסף לדחף גבוה יותר, יש צורך להפחית נפח ירוק, ניתן להפחית את צריכת נפח עשוי להיות מופחתת.

בטיחות מוגברת ויציבות

מונופרופילים ירוקים כגון LMP-103S אינם מעורבים בתנאים רגילים ויש להם טמפרטורה גבוהה של אוטומט, צמצום סיכוני אש ופיצוץ.בניגוד לhydrazine, אשר יכול להידרדר בתנאים מסוימים (למשל, זיהום עם מתכות מסוימות), חלופות אלה הן הרבה יותר יציבות כימית.

פיתוח נוכחי ותוכניות מפתח

המשימה של נאס"א לחדשנות ירוקה (GPIM)

GPIM, שהושק בשנת 2019, היה הדגמה ציונית של AF-M315E על מסלול.המשימה הוכיחה כי הדחף מבוסס HAN יכול לתמרן לוויין קטן תוך מתן ביצועים דומים ל-hydrazine.הדחפורים של GPIM פעלו במשך יותר מ -100 שעות, תוך הפחתה של יותר מ -50 תמרונים.ההצלחה סללה את הדרך עבור כמה משימות נאס"א לאמץ AF-3E, כולל ממצאים מתוכננים להפחתה של כדור הארץ:0azert כולל תכונות של 50%.

SpaceX Raptor (Liquid Methane)

מנוע רפטור של SpaceX, הכוח של הממריץ הכבד והכוכב העליון של הבמה, משתמש בחמצן נוזלי מתאן ונוזל. Methane זמין, יכול להיות מיוצר ממקורות מתחדשים (ביו-methane), והוא הרבה פחות רעיל מאשר hydrazine. Raptor של מחזור ההבעירה המלא של רפטור משיג יעילות גבוהה, ו- SpaceXs כדי להשתמש מתאן בחלל, ומפחית את תהליך ה-Feting יחסית של Rapttor (R) של מחזור ההמראה של מאדים (Rer) של מחזור ההמראה המלא של מאדים (Rlatlinger) של מחזור ההמראה של מחזור ההפצצה מסוג 1Fer) הופך את פני כדור הארץ).

מקור כחול (Liquid Methane)

מנוע ה-Be-4 של Blue Origin, שגם הוא מודלק על ידי מתאן ו- LOX, יאלץ את שתי הרקטות של החברה New Glenn ו-United Launch Alliance's וולקן Centaur. עם דחף של 550,000 lbf בגובה ים, BE-4 מציע אלטרנטיבה מלוכדת, נקייה לצריפים על בסיס hydrazine. Blue Origins מדגישה את היתרונות הסביבתיים של מתאן, שלא מייצרים אותו עם חומרים רעילים ומוצרים רעילים.

ESA וניסיונות בינלאומיים אחרים

סוכנות החלל האירופית (ESA) הייתה מובילה ב-ADN ירוק מבוסס דחפורים.The FLT:0) , תוכנית ירוק ProellantcioFLT:1 במימון פיתוח וטיסה של LMP-103S על משימת הלוויין PRISMA (2010) ופלטפורמות SmallGEO הבאות. ESA כולל הרחבה של ייצור והתאמה של ADNers עבור חלליות גדולות יותר, כמו גם מימן לתערובת ממוקדת עבור ה-HDNT, היא חקרה-HAN, כמו גם חוקרת ה-HANC.

אתגרים לאימוץ נרחב

למרות יתרונות ברורים, המניעים הירוקים עומדים בפני כמה מכשולים לפני שהם יכולים להחליף את המערכות המסורתיות באופן מלא.

תוצאות המסחר-offs

בעוד ש- AF-M315E מציע דחף ספציפי (IFLT:0igsp;0irsp; 1) בערך שווה ל-hydrazine, אפשרויות ירוקות רבות עדיין מתגבות בביצועים.לדוגמה, מימן למונופרו-פלנטים בדרך כלל יש יישומים נמוכים יותר של IFLT:2spspFLT 3 (כ-150-170 שניות) לעומת hydrazine (230 שניות) מספק חלופות גמישות ל-Fericergulation גבוה יותר מאשר , לעומת LT5;

תאימות חומרית

HAN ו- ADN הם מאוד חמצון וניתן לפוצץ חומרים סטנדרטיים של חלליות (למשל, אלומיניום, נירוסטה פלדה) טנקים ומערכות להאכיל חייב להיות מיוצר מחומרים תואמים כגון טיטניום, ⁇ מיוחדים, או פולימרים מתקדמים.זה מגביר את עלות רכיב ודורש עיצוב מחדש של מערכות הנעה מורשת.

אחסון ויציבות ארוכת טווח

למרות שדחפורים ירוקים הם בדרך כלל יציבים יותר מאשר hydrazine, כמה ניסוחים יכולים להידרדר לאורך זמן. LMP-103S יש חיי מדף של כ 10 שנים בטמפרטורת החדר, אבל מונעים מבוססי ADN רגישים לרכיבה טמפרטורה.עבור משימות חלליות עמוקות לאורך עשרות שנים, הסמכת אחסון לטווח ארוך נשאר אתגר. הידרוגן לכל תחמוצת הוא ידוע לשמצה נוטה לפירוק מזוהמים, אם תנאים נקיים מאוד.

קנה מידה ועלויות

כמויות הייצור הנוכחיות של מדחף ירוק הן קטנות - לעתים קרובות קילוגרם בקנה מידה אגדות למחקר. Scaling עד כמויות חד פעמיות עבור משגרים גדולים דורש השקעה משמעותית בתשתיות הייצור.העלות היחידה של AF-M315E היא כיום בערך 10 פעמים כי של hydrazine, אם כי מודלים מחזור חיים לחיזוי פרימיות פעם עולה אישור רגולטורי עבור תחבורה (למשל, חומרים מסוכנים), כמו גם מאחורי חומרים לוגיסטיים.

סליחות ו Qualification Hurdles

היכרות עם מניעה חדשה דורשת בדיקות הסמכה ממצה לספק נאס"א, ESA, FAA וסוכנויות אחרות.זה כולל אימות תאימות עם חומרה קיימת, להפגין נהלים טיפול בטוח, ולהוכיח אמינות על פני טווח טמפרטורה רחב ולחץ.עבור מערכות מתוחזקות אדם, הבר הוא אפילו גבוה יותר.העדר שרשרת אספקה מבוססת היטב וסטנדרטים עבור מניעים ירוקים להאט אימוץ, הוא מומנטום של 10 מטוסים ירוק ל-F הנכנסים עד 2025: 1.

תחזית: נתיב ירוק יותר לאורביט ומעבר

מסלול של פיתוח דחף ירוק מצביע על אימוץ מואץ על פני תחומים מרובים.מגמות מספריות יעצבו את העשור הבא:

קונסולות לוויין קטנות

עם התפשטות של קבוצות כוכבים גדולות (Starlink, OneWeb, Amazon Kuiper), הביקוש לשכר נמוך, נטייה בנפח גבוה עולה. מונופרופילים ירוקים הם אידיאליים עבור שילוב מסלול, תחנת-תחזוקה, ו deorbiting. חברות כמו Benchmark Space ו- Dawn כבר מעופפות ADN ו-HAN דחף על לוויינים מסחריים.

רכבי שיגור ניתנים להחלפה

מתאן מתאים ייחודי לטילים הניתנים לחזרה כי הוא משאיר פקדות מינימליות על רכיבי מנוע, מפשט את השיפוץ בין טיסות. ספינת הכוכבים של SpaceX ו-Blue Origin's New Glenn שניהם תלויים ב- methane, ווולקנים של ULA ישתמשו ב-Be-4.כפי שהיכולת להפחית את עלויות ההמראה, היתרונות הסביבתיים והמבצעיים של מתאן ידחפו אפילו עיצובים לכיוון דלק זה.

In-Space Reדלק ומשימות חלל עמוקות

תוכנית ארטמיס של נאס"א וחזון מאדים של SpaceX תלויים בהעברה בחלל.ההתאמה של מתאן עם ניצול משאבים חלופיים (RU) על מאדים (המנעה COIRFLT:0203303FLT:1 ומים לממתאן וחמצן) הופכת אותה לבחירה הגיונית לתחבורה בת קיימא.

נהגים ונהגים כלכליים

כאשר ממשלות מתדקות תקנות סביבתיות, העלות של טיפול hydrazine תעלה.חקיקה של האיחוד האירופי כבר מגבילה כימיקלים מסוימים; אחריות מפיק מורחבת עשויה לכלול פליטות שיגור. - באופן סימולטני, "ירוק" הסמכה (למשל, ISO 14001) הופכת לגורם שונה תחרותי עבור ספקי ההשקה.

כיוונים מחקר לטווח ארוך

מחקר מתמשך מתמקד בהעלאת הדחף הספציפי של מונופרופילים ירוקים כדי להתאים או לעלות על hydrazine, שיפור עמידות זרז עבור נדחפים קטליטיים, ופיתוח מערכות הנעה היברידית (למשל, דלק מוצק עם חמצן גזי) ייצור תוספת מתקדם הוא צמצום העלות של רכיבים דחף מורכב המיועד עבור מדחף ירוק בטמפרטורה גבוהה.

בעוד המעבר מhydrazine לא יקרה בין לילה, התנופה מאחורי מדחף ירוק היא בלתי אפשרית.כל מדינה גדולה וחלל מוביל חברה פרטית יש תוכניות פעילות.האתגרים הם אמיתיים אך ניתנים להשגה באמצעות השקעה מתמשכת, שיתוף פעולה, הנדסה אי-הוות.

מסקנה

מניעים ירוקים מייצגים צעד אבולוציוני הכרחי בהפיכת פליטות טילים לבטוחות יותר, יעילות יותר, ועמידות פנים-קיימא לסביבה.על ידי צמצום הרעילות, צמצום הטיפול, צמצום פליטות האטמוספריות, ומאפשרת אחסון לטווח ארוך, הם מתייחסים לחסרונות הדוחקים ביותר של מערכות מבוססות hydrazine מסורתיות, אך ורק לנוסחאות כמו GPIM של נאס"א, השימוש ההולך וגדל של מתאן בכלי רכב מסחריים, ומניעה של טכנולוגיות למניעת הריון נמוכות יותר, אך לא יכולות להיות מסוגלות של כוח-אווירה ירוקה, אך ורק בתנאי שיספקות, אך ורק לנטרול, אך ורק לגרורות, אך ורק לגרורות, כמו GPIM, אך ורק למניעים ירוקים, כמו GPIM, אך ורק לנטרול, אך ורק למניעים אחראים, כמו GPIM, כמו GPIM, אך ורק לנטרולציה ירוקה, אך ורק לנטרולציה, אך ורק לנטרולציה, אך ורק למניעה של פעילות גופנית, כמו GPIM, בתנאי ייצור ירוקה, בתנאי ייצור ירוקה, אך ורק בתנאי נהיגה ירוקה, אך ורק בתנאי שיספקו של אנרגיה ירוקה, כמו GPIM, כמו GPIM, אך ורק בתנאי שיספקו של אנרגיה ירוקה, אך ורק ל