פיתוח של מפיצים בר קיימא לסביבה עבור מנועי טילים עתידיים

דרושים בדחיפות ל-Greener Propulsion

כלכלת החלל העולמית צפויה לעלות על 1 טריליון דולר עד 2040, עם שערי השיגור מאיצה באופן דרמטי הודות לטילים הניתנים לעצירה ולקונסטלציות לוויין קטנות. ובכל זאת כל שיגור של טיל קונבנציונלי משאיר עקבות סביבתיות מורכבות.

בתגובה, תעשיית החלל עוברת שינוי דומה למעבר הרכב מהובלת דלק לחשמליות חשמליות.פיתוח של מניעים בר קיימא לסביבה עבור מנועי טילים עתידיים הוא כבר לא מרדף אקדמי נישה - זה עדיפות אסטרטגית לסוכנויות כגון נאס"א, ESA, ו- JAXA, כמו גם עבור שחקנים מסחריים כמו SpaceX, Rocket Lab ו-Blue Origin זה חוקר את עיקרי האתגרים הקונבנציונאליים, אשר יאפשרו, פיתוח כלכלי מבטיח, וגורמים רגולטורים, אשר יקבעו, וגורמים טכניים, כמו SpaceXA, כמו גם עבור גורמים רגולטורים, כמו SpaceXA, כמו SpaceXA, כמו SpaceXA, כמו SpaceXA, כמו גם עבור שחקנים מסחריים כמו SpaceXA, כמו SpaceXA, כמו SpaceXA, ו-כחול.

מדוע מפיצים קונבנציונאליים נמצאים תחת סקורסי

מורשת רעילה: hydrozine ו נגזרותיה

הידרוזין (N2H4) וגרסאותיה המתלוכלות היו המונופרופורים של הדחפורים הלווין ומנועי על הבמה העליונה במשך עשרות שנים.הם היפרגוליים – המאחדים במגע עם חמצון – אשר מבטל את הצורך במערכת ignition. but hydrazine הוא גם קרגן ידוע וקורוזיבי מאוד יכול להדוף מסוכן של מערכת דלקות נוזלית לטווח ארוך של קרמיקה, כאשר לוחמת הדליפה מסוכנת של זמן ארוך של מסוקר.

פליטות ב- העליון של kerosene

RP-1, קרטוזן מעודן מאוד בשימוש בפקון 9 ו- Atlas V בשלבים הראשונים, מייצר CO2, סוט (פחמן שחור), ו תחמוצת חנקן (NOx) במהלך הבעירה, בעוד המסה הכוללת הנפלטת לשקה קטנה בהשוואה לתעופה העולמית, הצנרת משוחררת בגבהים שבהם ההשפעה המדרישה של פחמן שחור היא מחקר של 2021 ב-Fal X-FalX בלבד.

מגזים חזקים ו- ozone depletion

מנועים חזקים לשרוף אמוניום perchlorate אלומיניום אבקה ומחבר גומי, לייצר חלקיקי אלומיניום, HCl, וגז chlorine. The chlorine - אפילו בריכוזים נמוכים - באופן פעיל קטאז הרס האוזון בסטרטוספרה. A נאס"א 2020 ציין כי הצי העולמי של מגזים חזקים יכול לתרום ל-0.1% של טמפרטורות שנתיות של איבודים קטסטרופליים, למרות שלעתים קרובות נראה כי הוא מסדרון קטן.

לחץ כלכלי ורגולטורי

מעבר לאתיקה הסביבתית, התקנות מתדקות.האיחוד האירופי נעים להגביל את הhydrazine תחת REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) התוכנית. בארצות הברית, ה-EPA מעריך את הפרשות perchlorate מבדיקות טילים מוצקות. Launch ספקים שאינם יכולים להפגין נטייה מופחתת של פחות רעילים עלולים בפני היתרים יקרים, פרמיות, או שיגורים באזורים רגישים לסביבה.

מועמדים מובילים למהגרים ירוקים

מונות ירוק: ADN ו- HAN מבוסס על מיזוגים

ההחלפה הבוגרת ביותר עבור מוניאזין בלווין ודחפורים של הבמה העליונה היא ammonium dinitramide (ADN) ADN מבוסס monopropellants - כגון LMP-103S (שמשתמשים במשימה השוודית Smart-1 הירח) ו-FLP-106 - הם נוזליים איטוניים שמפרקים באופן חריג בנוכחות זרז ספציפי שלהם הוא 10-15% מאשר דחיסות קיצונית, כאשר הם זקוקים לשומן דומה, כאשר הם אינם דומים לשומן.

הידרוקסימידום ניטריט (HAN) הוא מועמד נוזלי איטוני אחר, לעתים קרובות מעורבב עם מים ודלקים כמו methanol. חיל האוויר האמריקאי ונאס"א הוכיחו את ההאן דחף על לווינים קטנים, השגת חידה חלקה ויעילות של בעירה גבוהה.האתגרים העיקריים נשארים ניהול תרמי (HAN Decomposes extrammly בטמפרטורות מעל 150 ° C) ומעל לשרוף.

הדבקה נקייה Cryogenic: מימן נוזלי וחמצן

הדחף האולטימטיבי של אפס פליטה של אנרגיה מתחדשת - מימן נוזלי (LH2) וחמצן נוזלי (LOX) - מספק רק מים פנויים. כל מנוע מימן גדול -oxygen, מעבורת החלל הראשי ל-RL10, מראה כי ביצועים גבוהים הם בשפע (Isp -450 s בוואקום).

דלקים ודלקים - בדלקים

דלקים ביולוגיים מציעים פתרון לטווח קצר עבור מערכות השיגור מבוססות kerosene. Synthetic iso-paraffins מ באולינה או שמן פסולת יכול להיות מעודן כדי לענות על מפרט RP-1. Relativity Space בחנו מנוע טילים בעל 3D באמצעות דלק ביו-דריבי.ה היתרון הוא כי מנועי RP-1 קיימים דורשים מינימום; מחזור החיים הוא מופחת אם הוא עדיין לא היה גבוה, כמו גם כן, הוא עדיין, 000.

מתאן נוזלי: גשר בין kerosene לבין מימן

מתאן נוזלי (LNG) צמח כקרקע ביניים משכנעת.זה צפוף יותר ממימן, פחות סויה מאשר kerosene, והוא יכול להיות מיוצר מ פחמן דו2 מתחדש אנרגיה (כלומר ממתאן) מנוע ה Raptor של מימן של מימן, לולאה כחולה של מקור כחולה-4, ו- Relativity's Aeon R נשרף עם LOX.

גדרות טכניות ופסעות

חיי Catalyst ושחיקה קאמרית

מונופרופילים ירוקים כמו ADN ו HAN פועלים בטמפרטורות של טמפרטורות יותר (1,500-1,800 מעלות צלזיוס) מאשר hydrazine (800-900 מעלות צלזיוס), הצבת דרישות קיצוניות על זרז וחומרים מזרקים מסורתיים.

אחסון וניהול תשתיות

מעבר למניעים ירוקים לעתים קרובות דורש ציוד תמיכה קרקעי חדש.ADN ו-HAN אינם היפרגליים (הם דורשים מיטה קטליטית או תאורה חשמלית), כך שרצף הזרה כולו חייב להיות מתוכנן מחדש. דרישות הידרוגן דורש אחסון בכווצ'י, העברת קווים, ומערכת venting כי הם זמינים רק קומץ של שיגורים.

ביצוע עסקאות

אין חלופה ירוקה מתאימה לכל מדד של הידוצ'ין המכהן יש דחף ספציפי סביב 230 s בדחף מונופרופורלנט טיפוסי; דלקים מבוססי ADN מגיעים 250-260 s. עבור שלבים העליונים, שבו כל ספירה שנייה, השיפור הקטן הוא ברוכים הבאים, אבל עבור שלבים ראשונים, יחס משקל דחף-למשקל לעתים קרובות מעדיף kerose או מתאן מעל מימן בגלל מעבורת מסה קטנה יותר, אפילו יותר, אולי אפילו בשלב נמוך יותר, אם אני יכול לשקול את השלב הקטן יותר נמוך יותר, אם אני יכול להיות נמוך יותר נמוך יותר, אם אני יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה קצת יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה קצת יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה יכול להיות נמוך יותר, אם זה קצת יותר, אפילו יותר, אם זה יכול להיות יותר, הוא רק בשלב זה קצת יותר, הוא אפילו יותר, זה יכול להיות נמוך יותר נמוך יותר, זה יותר, זה

דרישות נוכחיות והמורשת של טיסה

אירופה מובילה עם ADN

סוכנות החלל האירופית (ESA) טסה ל-LMP-103S על המשימה של פריסמה, פלטפורמת הלוויין Small GEO, ומשימה האסטרואיד של הרה (ב-2023, טיסה של מטוס FLP-106 דחף על קוביה שינתה את הטכנולוגיה עבור לווינים קטנים בעלות נמוכה. ESA (GRASP) של תוכנית הנעה בחלל) שואפת להעפיל דור חדש של NDN- 2026 על ידי לוויינים קטנים דחף נמוך.

נאס"א ו-The Green Proellant Infusion Mission (GPIM)

נאס"א השיקה GPIM בשנת 2019 על שטח של פלקון כבד.הלווין נשא קבוצה של דחף ADN שפותח על ידי Aerojet Rocketdyne. מעל 18 חודשים, הדחפורים ביצעו 38 כוויות, מפגינים פעולה יציבה, ביטים דחפים גבוהים, ואין זרז ההידרדרות GPIM הוכיח כי מונופרופילנט ירוק הוא מוכן לטיסה עבור משימות מטבול כדור הארץ ואפילו יכול לשמש עבור תיקון עמוק בחלל.

מנועים מיין בטיסה

ספינת הכוכבים של SpaceX / Super Heavy היא המכונית המובילה של מתאן, עם 33 מנועי Raptor בשלב הראשון ו-6 על הבמה העליונה.הרכב השלים את טיסת המבחן המשולבת הראשונה שלו באפריל 2023. Blue Origin's New Glenn ו-United Launch Alliance's וולקן (עם מנועי Be-4) מוגדר לטוס ב-20-2425 כלי רכב אלה מייצגים שינוי משמעותי מ-neamker, ו-Neen-Rexen-Returnern-Returnerance משופרים את עלויות הייצור הגדולות שלהם.

שקיפות, כלכלית ודרכי פעולה שיתופית

התפקיד של תקני איכות הסביבה

הגופים הלאומיים והבינלאומיים מתחילים לאחד מדדים ירוקים להנעה.הארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) מפתח תקן עבור "עוצמה גז ירוקה של פעילות שיגור" המשרד של FAA של תחבורה מסחרית מעריך מערכת דירוג קיימות מרצון. propellants עם רעילות נמוכה יותר ואפקט סטרטוספירי נמוך יותר יהיה צפוי להיות מואץ באמצעות דמי רישוי מועדפים וסידורי שיגור ליד אזורים מאוכלסים.

עלויות התחרותיות

כיום, מונופרופילים ירוקים כמו ADN הם בערך פי 5 יקר יותר לקילוגרם מאשר hydrazine. עם זאת, כאשר העלות הכוללת של בעלות (חלות יד, ניקוי, ביטוח, ביטוח, סילוק) הוא מופרש, הפערים צרים ל -30 עד 50%. עם נפח ייצור מוגבר - עבור העלאה כמו שוק לווייני קטן גדל - המחיר צפוי ליפול מתחת ל azine על ידי 20 azern 000 ירוק יותר מ , אבל זה יכול להיות גדול יותר מ , 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

שיתוף פעולה בינלאומי

אף ארגון יחיד אינו יכול לפתור כל אתגר טכני.הקונגרס האסטרונאוטי הבינלאומי הקים קבוצת עובדים על הנעה ירוקה לחלוק נתונים זרזים, תוצאות מבחן ופרוטוקולים בטיחותיים.נאס"א, ESA, ו- JAXA מממנים במשותף מחקר על דלק בחלל עם מתאן ומימן, אשר יגביר עוד יותר את השימוש בנוזלים בר קיימא.

תחזית לעתיד: מעבר ל 2030

מימן-oxygen - שלבים ראשונים

אם יכולת התחדשות וייצור מימן ירוק ממשיכים להתבגר, משגרים המופעלים על ידי מימן יכולים להפוך לעמידים מבחינה כלכלית. הרעיון של פיניקס של ESA (שלב מימן שניתן לחזרתו בשלב הראשון) ו-9 במרץ הארוך של סין (כיום תוכנן עם מתאן וריאציות מימן) מכוונים ל- 2030 עבור טיסה ראשונה.

היברידית וחשמלית - מונע

עבור הנעה בחלל, מונופרולנטים ירוקים יהיו יותר ויותר מחוברים עם דחף חשמלי.מערכת היברידית עשויה להשתמש ADN עבור כוויות גבוהות של אורביט, הימנעות התנגשות) ודחפורים אפקט הול עבור תחנת-keeping, צמצום קצבת הרגל הסביבתית הכוללת של נאס"א, כמו נאס"א-457M, לפעול על xen נמוך עכשיו עם לחץ נמוך, אך הוא נבדק עם טביעת הרגל לא ניתן לנטרול.

הערכה מחזור חיים כקריטריון עיצוב סטנדרטי

התעשייה נעה לקראת מחזור חיים מלא מודלים.מהנדסי ההנעה העתידיים לא רק שואלים "לעשות את זה דחף לשרוף באופן נקי?", אלא גם "כמה אנרגיה זה לוקח כדי לייצר אותו? מהיכן מגיע הפחמן?מה קורה לבזבוז הייצור?", העסקה הירוקה האירופית ומדיניות דומה יחייבו כנראה לספקי שיגור לפרסם את העלות הסביבתית לקילוגרם המועברת למסלול.

מסקנה: אחריות משותפת

הפיתוח של מניעים בר קיימא לסביבה הוא לא רק בעיה הנדסית - זה אתגר מכריע עבור תעשייה השואף לפתוח את גבול החלל תוך הגנה על הכוכב היחיד שיש לנו.מאיסור על hydrazine באירופה לעליית מנועי מתאן והמורשת הטיסה הגוברת של ADN מונופרופילים, המסלול הוא השקעה ברורה.

כאשר עלויות השיגור יורדות וגישה לחלל הופכות לשגרה, טביעת הרגל הסביבתית של כל משימה הופכת למבדל אסטרטגי. חברות וסוכנויות שמשקיעות עתה בנעוריה נקייה לא רק לעמוד בדרישות הרגולטוריות, אלא גם תרוויח את האמון של ציבור מודאג יותר ויותר לגבי בריאות האווירה והאוקיינוסים. המעבר למניעים ירוקים אינו רק אפשרי – השאלה היא כיצד אנו בוחרים במהירות.

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]], [ה]], [ה]]]]ה'[ה']'[ה]'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']''''''']'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''