¿Cuánto tiempo es factible almacenar combustibles criogénicos?

Trabajando con nitrógeno líquido todo el día, me molesta constantemente que se evapore, lo que me obliga a obtener más del dewar de almacenamiento. Lo mismo debería ocurrir con cualquier criógeno, por ejemplo, LH2 y LOX, que son los propulsores de cohetes más comunes.

Por lo que he leído, casi todas las sondas robóticas usan propulsores que no requieren refrigeración: hidracina, MMH, N 2 O 2 , etc., ya que pueden sentarse felizmente en una bola de acero durante años. Impulsado por otra pregunta que plantea la propuesta de "llevar hidrógeno a Marte" para producir combustible para cohetes, mi pregunta es ¿qué tan práctico es eso? El hidrógeno no es líquido a ninguna presión (razonable) a menos que se enfríe por debajo de ~33 K, una hazaña difícil de mantener que requiere mucho aislamiento y/o enfriamiento por evaporación.

¿Cuál es el tiempo máximo que cualquier misión (tripulada o no tripulada) ha almacenado criógenos? (usado como combustible; WISE no cuenta). Apolo en un par de semanas? No puedo encontrar qué usa Soyuz/Progress, o el motor de la ISS, el OMS del Transbordador parece usar MMH/N 2 O 2 .

El problema no es tener suficiente aislamiento/presión adecuada, ya que los costos aparentemente han ido disminuyendo rápidamente y son bastante aceptables. A largo plazo, lidiar con las fugas de microtemperatura incorporadas (puntales, alimentaciones de entrada/salida, etc.) que pueden provocar cambios de temperatura acumulados con el tiempo (consulte web.njit.edu/~muratov/iacreport11.pdf para obtener una discusión reciente). No he encontrado un registro de tiempo exacto y actual (¿estás restringiendo a las misiones por alguna razón?). Sin embargo, estimaría lo que es posible estar en el rango de unos pocos meses.
Solo un comentario pasajero sobre esto, la temperatura en el espacio cuando está a la sombra del sol es de aproximadamente 3K. 15K si estás de cara a la Tierra. Parece que mientras pueda mantener este criógeno térmicamente separado de la nave espacial cuando esté expuesto a la luz del sol y luego use radiadores durante la sombra, podría mantenerlo lo suficientemente frío indefinidamente.
@FraserOfSmeg: ¿Cómo puedes mantener el tanque a 15K? Debe protegerlo de todas las radiaciones: planeta albedo, planeta IR, IR de naves espaciales y toda transferencia de calor por conducción (esta puede ser más fácil de lograr). Si el líquido criogénico comienza a hervir, entonces se debe liberar un poco para evacuar la presión del tanque. Esto parece no ser posible para una misión larga. Puedo estar equivocado, solo una pregunta.
Bueno, el brillo de la Tierra es de unos 15K. Entonces, suponiendo que no reciba ninguna otra entrada de radiación de ningún otro lugar, 15K debería ser su temperatura de pie (suponiendo que esté constantemente en la sombra de la Tierra).
Tierra 15K? Pensé que eran más como 300.
Soyuz usa UDMH, no criógenos.
AIUI spacex tiene la intención de ir a Marte y volver a la criogenia (metano y oxígeno), veremos si eso realmente funciona en la práctica.

Respuestas (1)

Lo mejor que puedo encontrar sobre esto es una presentación de 2011 sobre las necesidades del (descontinuado) Altair Lunar Lander, escrita en conjunto con el Departamento de Energía, en la que se discutió el estado del arte sobre la criogenia. Esto se centra específicamente en el hidrógeno, el criogénico más desafiante utilizado en vuelos espaciales. Durante la prueba del "Tanque de hidrógeno de almacenamiento de reactivos de potencia", el combustible se almacenó durante 21 días en un estado en el que podía usarse, con una ebullición de alrededor del 2% por día. También menciona el Titan-Centaur 5, que almacenó combustible durante unas 9 horas, con una caída del 21 %/día para navegación por inercia prolongada.

No puedo encontrar una cita en ninguna parte, pero creo que el deseo de la NASA con el programa Altair era extender este almacenamiento a unos 6 meses.

El combustible de Apolo más allá del lanzamiento de Saturno 5 no era criogénico, de hecho, era Aerozine 50 como combustible y tetróxido de nitrógeno, ninguno de los cuales es criogénico. El módulo del Servicio Apolo, así como el transbordador espacial, utilizaron hidrógeno y oxígeno como celda de combustible para generar electricidad. El transbordador espacial tenía un pequeño tanque de hidrógeno líquido que mantenía en órbita, para usarlo como combustible de pila de combustible y para generar agua. De Wikipedia , "El hidrógeno y el oxígeno para las celdas de combustible se mantuvieron en pares de tanques de almacenamiento criogénico en el fuselaje medio debajo del revestimiento de la bahía de carga útil, y se podría instalar una cantidad variable de tales tanques (hasta cinco) según los requisitos. de la misión".

¿Se usó el oxígeno líquido solo para respirar (y generar electricidad con el hidrógeno)?
Solo se usaba para respirar y para generar electricidad.
¿Se dan las cifras de %/día como un porcentaje del volumen inicial, o por ejemplo, el Altair perdió el 2 % del volumen total el primer día, luego el 2 % del 98 % restante (1,96 % del total) el segundo día? ¿y así?
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