¿Cómo es que los sistemas de almacenamiento de propelente de "purga" funcionan en micro/gravedad cero?

Un sistema de presión de "purga" es algo que se utiliza ampliamente en la Tierra, con toneladas de aplicaciones que van desde barriles hasta sistemas hidráulicos de alta tecnología.

Esta arquitectura se enfoca en agregar un gas de carga inerte presurizado en un recipiente que se llena con un propulsor líquido. En la Tierra, el gas es menos denso que el líquido y sube a la parte superior del tanque, de modo que cuando se abre la salida, el gas literalmente fuerza la salida del líquido, ya que trata de expandirse a la presión atmosférica.

Entonces... en un entorno de gravedad cero, no hay una dirección preferencial en la que un gas 'menos denso' quiera moverse, en relación con un líquido 'más denso'. Intuitivamente, pensé que esta arquitectura no funcionaría para los vuelos espaciales ya que no se sabe cuál de los materiales (carga de gas o combustible líquido) flotará cerca de la salida.

En otras palabras, podría tener mucha mala suerte y tener todo su combustible líquido flotando en el lado opuesto de su tanque y su gas de carga flotando justo al lado de la salida. En este caso, abriría la válvula del tanque y podría drenar su tanque de gas de carga sin expulsar una cantidad significativa de combustible líquido (que es lo que realmente está buscando).

Dicho esto, ha habido toneladas de misiones de alto perfil/motores de combustible líquido, etc. que utilizan esta arquitectura. Cassini es un gran ejemplo. ¿Qué me estoy perdiendo?ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuestas (2)

Se utilizan varios diseños para garantizar que el gas propulsor y no presurizado salga del tanque.

Se trata de vejigas o diafragmas para separar los fluidos.

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Otros diseños utilizan estructuras capilares, galerías o pantallas que aprovechan la tensión superficial del propulsor para capturar el propulsor cerca de la salida del tanque.

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Referencia - Propulsión de naves espaciales página 191

También hay motores vacíos, especialmente para tanques propulsores más grandes, como en las misiones Apolo. Sin embargo, las naves espaciales que necesitan quemarse varias veces durante su vida útil (por ejemplo, Cassini) no pueden utilizar motores de vacío.
@Quietghost o sistemas que pueden experimentar diferentes direcciones de aceleración, como el sistema de control de reacción del transbordador.
@OrganicMarble: Gracias por la respuesta. Estoy bastante familiarizado con los tanques de vejiga/diafragma, y ​​también he visto algunos tanques de estilo 'pistón' que utilizan la misma idea general. Voy a mirar en los otros un poco más también. Aunque me alegra saber que no estoy loco. Dado que todos los esquemas que he visto generalmente no dicen nada explícitamente sobre estos mecanismos internos, ha sido una cosa perpetua para mí, desde hace algún tiempo.
@Quietghost Puede fabricar pequeños propulsores de propulsor líquido utilizando soluciones de vejiga o capilares, y usarlos como propulsores de vacío para motores más grandes: esta es la solución Apollo.
@AustinPrater, ¡de nada! La palabra de moda/acrónimo que debe buscar en el segundo tipo de tanques es "PMD" para Dispositivo de gestión de propelente. Si busca en Google "PMD en tanques de propelente", obtendrá mucho para leer.

Los tanques que contienen un propulsor líquido necesitan algún tipo de presurizante (un gas) para expulsar el propulsor del tanque. Como ha notado, existe un problema potencial en entornos de gravedad cero, que es que, si se permite, el gas y el líquido tienden a mezclarse y formar una espuma. Se emplean varios enfoques para superar este problema:

  1. Use una vejiga flexible dentro del tanque que separe el gas del líquido. Cassini usó este enfoque para su sistema de control de actitud monopropulsor impulsado por hidracina.
  2. Use las quemas de asentamiento proporcionadas por un conjunto separado de propulsores que no necesitan una quemadura de asentamiento. El trabajo de la quema de sedimentación es proporcionar suficiente aceleración (no se necesita mucha) para forzar la separación del gas y el líquido. Cassini no usó quemaduras de asentamiento. Varios otros vehículos lo han hecho, incluida la etapa superior de Saturno.
  3. Utilice un dispositivo de gestión de propulsor que proporcione suficiente propulsor a los motores para que se separen el gas y el líquido. Los dispositivos de gestión de propulsores generalmente se basan en la tensión superficial para atraer el propulsor hacia una esponja o sumidero. Cassini usó este enfoque para su motor principal bipropulsor.
Se han utilizado vejigas, pero para los combustibles criogénicos no creo que haya una goma u otro material que pueda permanecer flexible a temperaturas muy bajas.
@JohnnyRobinson: la hidracina no es criogénica. Esta pregunta era sobre Cassini, que utilizó un tanque de hidracina con vejiga que alimentaba los propulsores de control de actitud. El control de actitud y las quemaduras de asentamiento no se mezclan para el control de actitud, y los PMD son un poco dudosos.
¿Cómo es que los sistemas de almacenamiento de propelente de "purga" funcionan en micro/gravedad cero?
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