Urgent Yeşiler Propulsion için gerekli
Küresel uzay ekonomisi 2040'tan fazla 1 trilyon doları aştı, fırlatılabilir roketler ve küçük uydu takımyıldızları sayesinde dramatik bir şekilde hızlandı.Ancak her bir konvansiyonel roketin lansmanı karmaşık bir çevresel ayak izi bırakıyor ve geleneksel sıvı pervaneler gibi - hippiyalar, unsimetrik dimetilhidrofine (UDMH), ve kerosene (RP-1) - etkili klor-kırık maliyetlerle geliyor: toksik kullanım prosedürleri, karsiojenik egzozlar üst atmosferde.
Buna karşılık, uzay endüstrisi, SpaceX, Rocket Lab ve Blue Origin gibi ticari oyuncular için öncü yakıtlardan gelen otomotiv geçişi ile karşılaştırılabilir bir değişim geçiriyor. Bu makale, geleneksel pervanelerin çevre kirliliğinin gelişimi, daha uzun bir akademik arayıştır - NASA, ESA ve JAXA gibi stratejik bir önceliktir.
Neden Konvansiyonel Pervaneler Scrutiny Altında
Zehirli miras: Hydrazine ve onun türevleri
Hydrazine (N2H4) ve metilated varyantları, onlarca yıldır uydu itenleri ve üst düzey motorlar için bilinen bir araçtır.Seksal-malzemele temasa geçtiler - Cape Canaveral'da bir hippi görevi ortadan kaldıran bir GPS görevinin haftalarca vurgulandığı yer.
Orta-atmosphere emisyonları, kerosene
RP-1, Falcon 9 ve Atlas V ilk aşamalarda kullanılan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, CO2, soot (kara karbon), ve azot oksitleri (NOx) yanma sırasında, küresel havacılıkta yaygın olarak yayılan toplam kütlenin, eğimin yükselmesiyle karşılaştırıldığında, radiative'in kara karbonun etkisinin basitleştirilmiş olduğunu tahmin ediyor.
Katı yükselticiler ve ozon depletion
Katı roket motorları, alüminyum toz ve bir kauçuk binder, yıllık stratosferik ozonun% 0.1'ine katkıda bulunabileceğini belirtti.Bu küçük görünse de, koridorların sık sık sık yalan söylediğini belirtti.
Ekonomik ve düzenleyici baskı
Çevre etiğinin ötesinde, düzenlemeler sıkılaştırıyor. Avrupa Birliği, düşük toksikliği kanıtlayamayan sağlayıcılara (Çalışkanlık, Değerlendirme, Yazarlarizasyon ve Kimyasalların Yeniden İhramanlığı) programından dolayı uygun şekilde değerlendiriyor.
Green Propellants için lider adaylar
Yeşil monopropellants: ADN ve Zekratlı karışımlar
Uydu ve üst düzey iterlerin hipnozu için en olgun yedek, bir katalizörün varlığıyla aynı derecede daha yüksektir. ADN bazlı monopropellants - LMP-103S ( İsveç Smart-1 Ay misyonunda kullanılır) ve FLP-106 - aynı derecede yüksek koruyucu dişlileri zemin işlemesi için gerektirmez.
Hidroxylammonium nitrat (HAN) başka bir iyonik sıvı adayı, genellikle mol gibi su ve yakıtlarla karıştırılır. ABD Hava Kuvvetleri ve NASA, yüksek yanma verimliliği elde etmek için, yumuşak ateşleme ve yüksek yanma verimliliği elde etti. birincil zorluklar 150°C'nin üzerindeki ısıtılmış sıcaklıklarda ısıtılır.
Ağojenik temiz yanma: Sıvı hidrojen ve oksijen
Nihai sıfır emisyon roket pervanant çifti - yüksek performansın (LH2) ve sıvı oksijen (LOX) - sadece su buharı. Uzaydan gelen Main Engine'den RL-10'a kadar, yüksek performansın oldukça düşük olduğunu gösteriyor (Isp ~ 450 s in vakum) ancak, hidrojen gerçekten de yüksek hidrojene doğru itiyor (70 kg/m3).
Bio-derived ve damla-in yakıtları
Biyo yakıtlar, kerosene bazlı bir fırlatma sistemleri için yakın vadeli bir çözüm sunar. Sentetik iso-paraffins from comelina or waste oils can be customize to meet RP-1 properties. Relativity Space has test a 3D-derive-d yakıt kullanarak. avantaj, bu yüzden mevcut RP1 motorların minimum modifikasyonu gerektirir; yaşam döngüsü karbon ayak izi, biyokütücüler yetiştirilirse azaltılır.
Sıvı mehane: kerosene ve hidrojen arasındaki bir köprü
Sıvı methane (LNG) zorlayıcı bir orta zemin olarak ortaya çıktı. Hidrojenten daha yoğun, daha az sooty, özellikle CO2 ve yenilenebilir enerjiden (e-methane) üretilebilir, Pearson'ın Tecavüz motoru, Blue Originivity'in Aeon R'ı tüm yanmalı hidrojenle birlikte ele geçirmek ve su tasarrufu sağlamak için daha kolay bir şekilde güvenli bir şekilde güvenli bir şekilde güvenli bir şekilde şarj edilebilir.
Teknik Engeller ve Dağcılık
Catalyst ömür ve oda erozyonu
ADN ve HÜŞ gibi yeşil monopropellants, yüksek yanmalı sıcaklıklarda (1.500-800 °C) hippi (800 °C) aşırı talepler katalizör ve enjekte malzemeleri üzerine koyarlar. Geleneksel iridium bazlı katalizörler, soot degradyalı çevreler için kullanılan - Alman Havacılık Merkezi'ndeki araştırmacılar (DLR) ruthenyum ve perovskite katalizörler test ediyor. Benzer şekilde, metne motorlar için, bu tür hassaslaştırılmış yüksek oranda düşük seviyede bile.
Depolama ve altyapıyı kullanma
Yeşil pervanelere geçiş genellikle yeni zemin destek ekipman gerektirir. ADN ve Zehir hipergolic (bir kedili yatak veya elektrik ateşleme gerektirir), bu yüzden tüm ateşleme sırası yeniden tasarlanmalıdır. Hidrojen talepleri ağojenik depolama, transfer hatları ve ve ve dağıtım sistemleri şu anda sadece bir avuç fırlatma pedleri mevcut değildir. Cape Canaveral gibi bir tesisin her fırlatma için işlenmesi gereken yatırım muazzamdır; ancak, ölçek ekonomileri tamamen ağojenik mimariye doğru hareket edebilir.
Performans ticaret-sonuçları
Yeşil alternatif, her bir incumbent. Hydrazine'nin tipik bir monopropellant iterinde yaklaşık 230 sönü var; ADN tabanlı yakıtlar 250-260 s. üst aşamalara ulaşır, her saniyenin hoşlandığı yer, ancak ilk aşamalar için, itkiye ağırlık oranı genellikle tankaj kütle nedeniyle hidrojen üzerinde yardımcı olur.
Mevcut Uygulamalar ve Uçuş Mirası
Avrupa ADN ile yol açıyor
Avrupa Uzay Ajansı (ESA), düşük maliyetli küçük uydular için teknolojiyi doğrulayan bir performansa sahiptir. ESA'nın GRASP (Green Advanced Space Propulsion) programı, 1-20200 N aralığındaki ADN'in yeni bir nesillerini almaya yöneliktir.
NASA ve Yeşil Perfüzyon Misyonu (GPIM)
NASA, 2019'da bir SpaceX Falcon Heavy'i başlattı. Uydu, Aerojet Rocketdyne tarafından geliştirilen ADN iter seti taşıdı.18 ay boyunca, itkiler 38 yan yana, istikrarlı bir operasyon gösterdi, yüksek dürtü biraz ve katalizör bozulmadı. GPIM, Dünya çapında yeşil bir monopropellantın uçuşa hazır olduğunu ve derin uzay düzeltme yörüngesi için bile kullanılabileceğini kanıtladı.
At uçuşta Methane motorları
SpaceX'in Yıldızlığı/Super Heavy, Nisan 2023'te ilk aşamada 33 Raptor motoruyla en hırslı methane-güçlü araçtır.Bu araçlar ilk aşamada ve 6'da, ilk entegre yörünge test uçuşu tamamladı. Blue Origin's New Glenn ve United Start Alliance's Vulcan ( BE-4 motorlarıyla) her ikisi de 2024-2025'te uçacak.
Düzenleme, Ekonomik ve Collaborative Pathways
Çevre standartlarının rolü
Ulusal ve uluslararası organlar, daha düşük stratejik etki için yeşil ölçümler oluşturmaya başlıyorlar (ISO) “profesyonel gaz dağıtım operasyonlarının yakınında standart bir şekilde geliştirilecek ve Eurostar gaz dağıtımını tercih ediyor. FAA'nın Ticari Uzay Ulaştırma Ofisi gönüllü bir sürdürülebilirlik derecelendirme sistemi değerlendiriyor.Daha düşük stratosferik etki ile perellants muhtemelen düşük lisans ücretleri ile düşük lisans ücretleri azaltılacak ve pencere dağıtımlarını tercih edecek.
Maliyet rekabet rekabet rekabeti
Şu anda, ADN gibi yeşil monopropellants, üretim hacmine göre yaklaşık beş kat daha pahalıdır - küçük uydu piyasası büyüdükçe - fiyat 2030 yılına kadar tüm hipnoz maliyetinin düşmesi bekleniyor.
Uluslararası işbirliği
Tek bir organizasyon her teknik meydan okumayı çözemez. Uluslararası Astronaut Kongresi, İngiltere Uzay Ajansı'nın “Yeşil Propulsion Demonor” programı gibi yeşil tahrikli ortaklıklar için yeşil tahrik grubuna daha fazla teşvik edecek bir çalışmadır.
Future Outlook: 2030'un Ötesinde
Fullscale hidrojen-oxygen ilk aşama
Yeniden kullanılabilirlik ve yeşil hidrojen üretimi olgun olmaya devam ederse, tam olarak yeniden kullanılabilir hidrojen destekli fırlatmacılar ekonomik olarak uygulanabilir hale gelebilir. ESA'nın Phoenix konsepti (en iyi bir hidrojen ilk aşama) ve Çin'in Long March 9 (şimdi methane ve hidrojen varyantları ile tasarlanmış) her iki uçuş için de 2030'ları hedef alır.
Hibrit ve elektrikli artırılmış tahrik
Uzayda propulsion için, yeşil monopropellants giderek elektrik itkilerle eşleştirilir.A hybrid sistemi, yüksek güven yanları için ADN kullanabilir (veyabit ekleme, çarpışma kaçınma) ve Hall-sorunluluk için en az basınç için test edilir, NASA'nın bir sonraki nesil iyon itkileri gibi, xenon'da çalışır, ancak şimdi de iodine ile test edilir.
Yaşam döngüsü değerlendirme standart bir tasarım kriteri olarak
Endüstri tam yaşam döngüsü modeline doğru ilerliyor. Geleceğin tahrik mühendisleri sadece “bu pervanantın temiz yakılmasını” istemeyecek, aynı zamanda “bu kapsamlı bir şekilde enerji üretmek için ne kadar enerji alır?
Sonuç: Ortak Sorumluluk
Çevre sürdürülebilir pervanelerin gelişimi sadece bir mühendislik sorunu değildir - bir sonraki on yıl boyunca, yalnızca gezegenimizi korumak için uzay sınırlarını açmak isteyen bir endüstri için belirleyici bir meydan okumadır.Ancak başarı, Avrupa'da işbirliğine devam eden yatırıma, üretim ölçeklendirmeye ve düzenleyici çerçevelere bağlıdır.
Başlangıç maliyetleri tükeniyor ve uzaya erişim rutin hale gelir, her görevin çevresel ayak izi sadece düzenleyici gereklilikleri yerine getirecek stratejik bir farklılaştırıcıdır.
[FONT:0) Yeşil monopropellants kimyası hakkında daha fazla okuma için, bkz.DLR Uzay Propulsion[DLR:2) Uzay Propulsion[DLR:2) Uzayın Atmosferik etkileri [DFLT:3 ) .