¿Algún sistema de combustible de cohetes ha sido realmente explosivo y podría haber detonado correctamente?

No importa que esta sea la decimoctava pregunta que tiene la etiqueta de explosión de un cohete .

A la pregunta "¿Habría sobrevivido la cápsula de escape Dragon a este evento?" Cuando se le preguntó sobre la misión AMOS-6, Elon Musk respondió en Twitter :

Sí. Esto parece instantáneo desde una perspectiva humana, pero en realidad es un fuego rápido, no una explosión. Dragón hubiera estado bien.

La velocidad de la combustión estaba limitada por la velocidad a la que el oxígeno fresco y el queroseno podían mezclarse y calentarse. Compare eso con lo que sucede cuando los altos explosivos detonan donde la reacción viaja a través del material a la velocidad del sonido, y no se requiere mezclar.

Entonces, para los propósitos de esta pregunta, digamos que los cohetes LOX/RP-1 no explotan.

Pregunta: ¿Ha habido pruebas de cohetes que tenían el potencial de detonar correctamente? Solo para un ejemplo ilustrativo: ¿el oxidante y el combustible se mezclaron completamente pero se mantuvieron tan fríos que no pasó nada hasta que algunos se calentaron en una cámara de combustión?

Creo que necesitas eliminar la ambigüedad de tus términos un poco más. Hacer explotar un cohete es fácil: simplemente haz un agujero en un tanque. La línea que creo que estás trazando es entre una deflagración y una detonación . Y la explosión puede ser una deflagración o una detonación, e incluso puede no ser ninguna de esas cosas.
En resumen: explosión = rápido aumento de volumen, deflagración = combustión subsónica, detonación = combustión supersónica (relativa a la velocidad local del sonido en el frente de llama).
Las explosiones termobáricas son detonaciones.
@JörgWMittag Es por eso que "detonar" ya aparece en el título y dos veces en el cuerpo de la pregunta. y ya he abordado la velocidad del sonido también. ¿Puede leerlo otra vez y decirme si realmente hay alguna ambigüedad allí? Y si no, ¿considerar eliminar el comentario? ¡Gracias!
¿ Contará solo el sistema exitoso ? El combustible "Penélope" de John D. Clark no tuvo éxito porque era un explosivo tan bueno que no podía forzarse a quemarse normalmente.
Además, ¿no se usa RDX como propulsor sólido? En general, buscaría entre los monopropelentes.
¿Detonará la hidracina si se le anima lo suficiente?
@SF. ¡Seguro! He escrito "¿Ha habido pruebas..." para permitir también pruebas fallidas. Realmente debería haber pedido pruebas de motores, no de cohetes, pero puede que sea demasiado tarde para cambiar ahora.
@RogerWood Revisé nitrocelulosa y se deflagra, aunque la diferencia es bastante académica; es un potente explosivo, aunque subsónico.
@RogerWood Creo que eso se puede hacer como una nueva pregunta; quizás sobre los monopropelentes en general, ya que el peróxido de hidrógeno altamente concentrado también es popular. ¿La nave espacial Soyuz utiliza peróxido de hidrógeno estabilizado químicamente (H₂O₂) para permanecer acoplable a la ISS durante más de 200 días?

Respuestas (3)

Algunos cohetes (especialmente los híbridos) usan oxidante de óxido nitroso, que se descompone exotérmicamente en nitrógeno y oxígeno y es capaz de detonar. Esto no es solo un peligro teórico, Virgin Galactic experimentó una explosión durante una prueba de inyector de flujo frío en 2007 que mató a 3 personas e hirió a 3 más.

El acetileno generalmente se maneja como una solución en acetona debido a que es propenso a la descomposición explosiva en forma líquida o como gas a alta presión, lo que puede ocurrir de manera supersónica en una detonación. Sin embargo, el programa DARPA ALASA intentó utilizar un monopropulsor compuesto por una mezcla de acetileno y óxido nitroso. El programa finalizó en 2015 debido a que el propulsor explotó durante las pruebas . Parece probable que la explosión de tal mezcla progrese hasta la detonación.

A "¿Algún sistema de combustible de cohetes ha sido realmente explosivo y podría haber detonado correctamente?" Esta respuesta parece ser "Sí, y aquí hay dos ejemplos". ¡Gracias!

Como regla general, ningún combustible para cohetes (u oxidante) podrá detonar por sí solo. Por la sencilla razón de que la máxima propagación del frente de llama a través de él debe ser más lenta que la velocidad del fluido a través de los inyectores, de lo contrario, la llama se propagaría de regreso a los tanques. NO, nadie ha logrado bombear fluidos inflamables más rápido que la velocidad del sonido.

¿En cuanto a la mezcla? Absolutamente. Incluso una bestia simple como la mezcla del cohete Proton de dimetilhidrazina asimétrica y tetróxido de nitrógeno detonará, si de alguna manera logras mezclarlo completamente antes de encenderlo. Sin embargo, esto puede ser difícil, ya que esta combinación es extremadamente hipergólica, e incluso los materiales congelados se encenderán entre sí.

Nuevamente, como regla general, no. Los cohetes prosperan con una combustión muy rápida, no con detonaciones supersónicas. Los combustibles se seleccionan de manera que esto sea cierto.

PD Incluso el queroseno líquido y el LOX detonarán. ¡Muy violentamente, también! Solo necesita mezclarlos completamente y emulsionar la mezcla para que el tamaño de las partículas se acerque a cero. Esto simplemente no sucede en ningún modo realista de accidente o falla. Ayuda a la seguridad que el queroseno se congela fuertemente a una temperatura mucho más alta que la que hierve el LOX, y el queroseno líquido o sólido y el oxígeno gaseoso son muy difíciles de mezclar.

¡Gracias por tu respuesta informativa! En lo que respecta a las mezclas, estoy buscando un cohete en el que existan en un estado premezclado, quizás a baja temperatura (como ejemplo), en lugar de una situación hipotética en la que se mezclan. Hoy no hay un candidato probable, pero en los primeros días de la experimentación puede haber habido una búsqueda de combinaciones que pudieran premezclarse; sería tentador ya que permitiría cierta simplificación del diseño.
@uhoh, una premezcla, capaz de detonar, requeriría que el motor de alguna manera evite que el frente de llama suba por los inyectores a través de las bombas de combustible hacia el tanque de combustible. Esto requeriría bombear el combustible más rápido de lo que puede moverse la fuente de la llama. pero al ser una detonación, el frente de llama es supersónico. ¡Eso es supersónico en un líquido , lo que significa un par de km/s! ninguna bomba puede manejar eso.
Sí, parece una mala idea, pero esa no es la pregunta que he hecho aquí. No excluye la posibilidad de que en los primeros días de la experimentación haya habido algunas pruebas o experimentación. No se puede decir que nadie intentaría algo hace 80 años basándose en conocimientos más recientes.
@uhoh, cualquiera que lo haya probado, habría creado un cráter. Es casi seguro que lo intentaron (¡aunque no recuerdo nada de Ignition! discutiendo eso). Pero con la tecnología disponible, especialmente en los primeros cohetes, cualquier experimento que usara combustible premezclado capaz de detonarse... habría detonado. En el tanque de combustible.
Supuse que el combustible peletizado podría ser una opción.
Sí. pero bombear gránulos es un poco incómodo. Aún así, tiene méritos. Llevado a un extremo (enorme), terminas con una unidad Orion.
Esto es refutado por Clark's Ignition. Experimentaron con algunos monopropelentes que podían ser detonados. Todos ellos terminaron teniendo problemas de seguridad significativos u otros problemas que llevaron a que nunca encontraran uso fuera de la investigación.
@ikrase Experimentaron con eso, sí. ¿ alguno de ellos realmente voló incluso a nivel de investigación de laboratorio?
@PcMan llegaron a probar motores de cohetes (y volar plataformas de prueba). Hay poco que ganar volando si solo estás probando propulsores, especialmente si las cosas siguen explotando. Ignition tiene un relato de probar un monopropulsor al que llamaron "Penélope" donde: "la reacción cambió a una detonación de alto orden que demolió el motor, se propagó a través de la línea de combustible al tanque de propulsor, detonó el propulsor allí (afortunadamente solo hubo unos pocos libras en el tanque) y destruyó casi todo en la celda de prueba".
@ChristopherJamesHuff ¡Exactamente! Ese es el modo de falla exacto que menciono en mi respuesta, pero me dicen que estoy escribiendo una falsedad. Y NO considero un propulsor que se probó e inmediatamente falló catastróficamente y se abandonó como un "sistema de combustible para cohetes" según la solicitud de OP.
@PcMan ciertamente fue una "prueba de un cohete" como se especifica en el párrafo final que establece formalmente la pregunta. La pregunta no restringe las cosas a los propulsores que vieron un uso práctico.
@ChristopherJamesHuff hunnybun, cuando era joven traté de hacer un cohete con una botella vacía y refresco de uva. ¿Significa esto que Grape Soda es ahora un "sistema de combustible para cohetes"???????
@PcMan, ¿está afirmando en serio que jugar con bebidas carbonatadas está en pie de igualdad con el desarrollo de propulsores de cohetes en la estación de prueba de cohetes aéreos navales en Dover? Dejaron caer el propulsor porque era excesivamente propenso a la detonación, no porque lo que estaban intentando fuera fundamentalmente inviable. Fue probado en un motor de cohete real con la intención de convertirlo en un propulsor para ser utilizado en naves espaciales reales por expertos en el campo que tenían las habilidades y el conocimiento para hacer precisamente eso.
¿Cómo puede un monopropulsor no ser capaz de detonar?
@LorenPechtel cuando la tasa de propagación del frente de llama a través del combustible es subsónica. Hay una gran diferencia entre deflagración y detonación.
@PcMan ¿Pero no aumenta la tasa de propagación a medida que aumenta la presión?
@LorenPechtel y... ¿a qué velocidad se propaga una onda de presión a través de un fluido? ¿Más rápido que la velocidad del sonido? ¡No es probable!
@PcMan Considere la pólvora. Expuesto, se quema. Confinado, la presión sube y hace boom.
@LorenPechtel Sí, CONSIDEREMOS la pólvora. Expuesto, se quema. Confinado, la presión sube y... SIGUE QUEMANDO. Simplemente mucho más rápido. La pólvora NO DETONA . Gracias por probar mi punto para mí, es muy apreciado.

Creo que la respuesta es posiblemente sí, pero el lugar para buscar probablemente sean los cohetes de combustible sólido, no los de combustible líquido. No soy químico, pero creo que el nitrato de amonio se usa como oxidante en algunos de estos propulsores: Wikipedia también parece decirlo y dice que tales mezclas a menudo se conocen como 'ANCP'.

Bueno, si haces lo correcto con el nitrato de amonio, puedes hacerlo detonar por sí solo (por lo que es un explosivo alto, no un explosivo bajo en este caso). Creo que 'lo correcto' es bastante difícil de organizar, pero definitivamente no querrás estar tratando de romper grandes masas con dinamita .

Sin duda, lo correcto es tan difícil de manejar que he visto graneros bastante grandes llenos de sacos de fertilizante de nitrato de amonio: nadie se preocupó de que explotara (las personas que lo roban de las granjas y lo usan como oxidante para IED es otro asunto: Creo que eso todavía continúa, desafortunadamente).

Así que creo que es al menos razonablemente posible que los cohetes de combustible sólido que usan nitrato de amonio como oxidante estén potencialmente usando combustibles altamente explosivos, pero que son tan difíciles de detonar que no representan un riesgo en la práctica. Sin embargo , creo que si la cosa es un alto explosivo depende de la concentración de nitrato de amonio, y no estoy seguro de qué es eso en los combustibles para cohetes, pero puede estar por debajo del umbral crítico (juzgando mal cuál era el umbral parece haber sido uno de los errores cometidos en Oppau).

(Por cierto, la velocidad de una detonación no es la velocidad del sonido en el material: es mucho mayor que eso).

¿Algún sistema de combustible de cohetes ha sido realmente explosivo y podría haber detonado correctamente?
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