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Perché il carburante per missili che alimenterà Artemis II è così difficile da gestire

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La missione Artemis II, che inizialmente avrebbe dovuto essere lanciatacap il febbraio. 8, è stato ritardato di almeno un mese dopo che la NASA ha riscontrato una perdita di idrogeno durante il rifornimento del serbatoio.

Anche la prima missione Artemis ha subito diversi ritardi a causa di perdite di carburante.

È difficile immaginare una sostanza che si trova a centinaia di gradi sotto lo zero e tuttavia è ancora liquida. Questa è la strana natura dell’idrogeno liquido e dell’ossigeno liquido che sono i componenti del carburante per missili, e il motivo per cui tendono a fuoriuscire così facilmente.

Tutti i liquidi hanno un punto di ebollizione, dove si trasformano da liquido in fuel. Per l’acqua sono 100 C.

L’ossigeno, che è naturalmente un fuel a temperatura ambiente, ha un punto di ebollizione estremamente basso di -183 C. Se riesci a mantenerlo al di sotto di story temperatura, rimarrà in una forma liquida che sembreràè come l’acqua azzurra.

L’idrogeno liquido è ancora più freddo, con un punto di ebollizione di -253°C, appena sopra lo zero assoluto, il punto più freddo che si possa ottenere. A causa di queste temperature estremamente rigide, questi liquidi congelano istantaneamente tutto ciò che toccano.

L’attrezzatura che gestisce questi liquidi tremendous freddi deve essere in grado di funzionare senza congelarsi o rompersi a causa dell’enorme differenza di temperatura tra i combustibili e l’aria della Florida, dove vengono lanciati i razzi.

Un primo piano di un razzo su una rampa di lancio con tubi collegati.
Anche la missione Artemis I ha subito diversi ritardi a causa di perdite di carburante, per poi essere lanciata nel novembre 2022. (Chandan Khanna/AFP/Getty Pictures)

Mantenere questi combustibili in forma liquida equivale a cercare di evitare che un bicchiere d’acqua bolle in un forno regolato a 200 C. Dovresti mettere l’acqua in un contenitore isolante per proteggerla dall’alta temperatura ed evitare che bolle. Per questi liquidi criogenici, la nostra aria è un forno che cerca costantemente di riportarli sotto forma di vapore.

Ecco perché la fase centrale del gigigantesco Area Launch System (SLS).È arancione. È ricoperto di schiuma isolante che è stata spruzzata su tutto l’esterno per mantenere il carburante freddo all’interno protetto dall’aria calda. Devono anche essere protetti dal metallo caldo del razzo stesso, motivo per cui le tubazioni e i serbatoi del carburante devono essere pre-raffreddati prima che il carburante venga versato.

Tutti questi sforzi hanno successo solo parzialmente. Il combustibile criogenico bollente, come il vapore, crea pressione che si accumula. Noterai pennacchi di vapore bianco che escono dal lato di un razzo completamente rifornito, che è il vapore a cui viene consentito di fuoriuscire.

Un razzo su una rampa di lancio di notte con il vapore che fuoriesce
Vapore visto fuoriuscire da Artemis I nell’agosto 2022. (Joel Kowsky/NASA/Getty Pictures)

La combinazione di temperature ultrafredde e pressione del vapore porta naturalmente a perdite. L’idrogeno in particolare è molto bravo a fuggire, perché è la molecola più piccola che esista. Può infilarsi anche nelle fessure più piccole. Quindi ogni tubazione, ogni giunto, ogni valvola è fonte di perdite. E ci sono molte potenziali fonti di perdite sul razzo SLS.

I combustibili vengono immagazzinati in serbatoi vicino alla piattaforma di lancio, quindi convogliati attraverso l’alta torre di lancio accanto al razzo, attraverso tubi flessibili fino al razzo stesso, quindi Attraverso l’impianto idraulico che porta ai serbatoi del carburante ed eventualmente ai motori.

La fuga di notizie apparsa durante il la recente prova in costume bagnato proveniva dal connettore che collega il tubo sulla torre di lancio al lato del razzo. Questa è una parte di disconnessione rapida che puoi vedere lasciarsi andare proprio al momento del lancio, quando il razzo inizia a sollevarsi dalla piattaforma.

Questo connettore ha perso terreno anche sul volo Artemis I e il razzo ha dovuto essere riportato al Car Meeting Constructing (VAB) più volte per riparazioni, causando ritardi durati mesi.

Gli ingegneri pensano di poter riparare questa perdita sulla rampa di lancio invece di riportare il razzo al VAB, risparmiando tempo e risorse. Sarà necessaria un’altra prova generale prima di impegnarsi definitivamente nel varo, ora previsto per il no prima del 6 marzo.

Un primo piano della parte superiore di un serbatoio di carburante arancione su un razzo, si può vedere un tecnico su un macchinario nelle vicinanze
Un tecnico della NASA controlla l’allineamento nella parte superiore del serbatoio esterno del carburante della navetta spaziale Columbia nel luglio 1999. (Bruce Weaver/AFP/Getty Pictures)

Le perdite di idrogeno sono state un problema durante l’intero programma spaziale, poiché la NASA continua a utilizzarlo come carburante. Aziende personal come SpaceXcosì come il russo programma spaziale, hanno abbandonato l’idrogeno liquido a favore del cherosene, che non è freddo ed è molto più facile da maneggiare.

SpaceX è nuovo Astronaveche è destinato advert atterrare sulla Luna e forse su Marte, evita il problema dell’idrogeno utilizzando il carburante metano.

Il gigante Razzo SLS si basa sull’uso del più difficile combustibile liquido a idrogeno e ossigeno tecnologia thaRisale alle navette spaziali sviluppate negli anni ’70.

Il carburante fornisce la massima spinta per il suo peso, il che è utile per i veicoli di sollevamento pesante, ma garantisce anche che gli appaltatori di molti stati diversi che hanno costruito la tecnologia della NASALa biologia in passato avrà posti di lavoro.

Un razzo della NASA sulla rampa di lancio con un gigantesco serbatoio di idrogeno in primo piano.
La NASA continua a utilizzare l’idrogeno per i suoi razzi, nonostante la sua propensione alle perdite, perché fornisce la massima spinta per il suo peso, utile per i veicoli da trasporto pesante. (Joel Kowsky/NASA/Getty Pictures)

Ma critici del razzo dicono che è insostenibile perché è molto costoso volare ed è completamente usa e getta. In altri lavorids, l’intero sistema di lancio viene lanciato by way of su emolto volo. Solo la minuscola capsula dell’equipaggio ritorna sulla Terra, il che è contrario ai moderni razzi riutilizzabili, molto meno costosi, pilotati da compagnie personal che operano a una frazione del costo.

Il futuro del razzo SLS dipende dal miglioramento della tecnologia per riparare le perdite di idrogeno, ma anche dal bilanciamento dei costi di volo del razzo a vantaggio del salvataggio dei posti di lavoro di coloro che lo costruiscono.

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