¿De qué manera se utiliza el helio en los vehículos de lanzamiento modernos?

El helio se utiliza como gas presurizante y de purga. Si bien ya no es un sistema de lanzamiento "moderno", el transbordador espacial hizo un uso extensivo del helio para presurizar varios sistemas y tal vez pueda servir como ejemplo.

• Presurización prelanzamiento de los tanques de oxígeno líquido e hidrógeno líquido del Tanque Externo (del orden de 100 lbm de He por cada tanque)

Durante las operaciones de reserva, los tanques de oxígeno líquido e hidrógeno líquido se presurizan con helio gaseoso para mantener una presión positiva nominal antes de la carga y el lanzamiento para evitar posibles daños estructurales que podrían resultar de los cambios de presión térmica y atmosférica. Aproximadamente 3 minutos antes del lanzamiento, los tanques se presurizan hasta el despegue con helio canalizado desde una instalación terrestre.

• Los tanques de amoníaco para el sistema de enfriamiento de la caldera de amoníaco se presurizaron con helio.

Ninguna vejiga separa el NH3 de su helio (He) presurizante. Si un controlador de NH3 se activa manualmente (SEC/ON) mientras está en cero g, el presurizante de He podría filtrarse, haciendo que el sistema quede inutilizable

La ubicación de los tanques de helio para los sistemas restantes que se discutirán se muestra en verde claro en este dibujo del Libro de datos operativos del transbordador (SODB).

• El sistema de propulsión principal tenía un importante sistema de helio utilizado para accionar válvulas neumáticas y purgar los sistemas. Tenía tres tanques de 17,3 pies ^ 3 y siete tanques de 4,7 pies ^ 3 que estaban presurizados a ~ 4000 psi antes del lanzamiento. (Del orden de 225 lbm de He para el sistema)

• El Sistema de Maniobras Orbitales (OMS) era un sistema alimentado a presión de 2 motores de 6000 lbf cuyos tanques propulsores estaban presurizados con helio. Había un tanque de helio OMS dedicado en cada una de las 2 cápsulas OMS. (del orden de 80 lbm de He total)

• El Sistema de control de reacción (RCS) era un sistema alimentado a presión de chorros de control de actitud cuyos tanques de propulsor estaban presurizados con helio. Había dos tanques de helio por sistema RCS para un total de seis tanques.

Fuentes:

• Manual de operaciones de la tripulación del transbordador, varias págs.
• Transbordador espacial Noticias Referencia página 2-40
• Manual de capacitación del sistema de control ambiental y soporte vital
• Valores de masa: notas personales
• SODB: Enterrado en este directorio de la antigua página de historial del transbordador KSC

Si hay un cohete que usa tanques de hidrógeno criogénico, necesita helio para ello.

El hidrógeno líquido no debe mezclarse con aire, oxígeno o nitrógeno. Una mezcla con oxígeno es explosiva y debe evitarse por seguridad. El gas nitrógeno se licuaría e incluso se congelaría a la temperatura del hidrógeno. Otros gases nobles como el argón se licuarían, incluso se solidificarían a la temperatura del helio líquido. Así que no hay alternativa al helio.

Un tanque de hidrógeno lleno de aire de fabricación necesita preparación antes de llenarlo con hidrógeno. Así que necesitas helio para purgar el aire. No se puede quitar el aire primero, el vacío resultante destruiría el tanque. Por lo tanto, necesita mucho más helio gaseoso que el volumen del tanque para eliminar todo el aire.

En teoría, sería posible purgar el aire de los tanques utilizando primero nitrógeno. Cuando no queda oxígeno, el nitrógeno se puede purgar con hidrógeno. Cuando no queda nitrógeno, se puede cargar hidrógeno líquido. Todo el hidrógeno mezclado con nitrógeno debe quemarse a cierta distancia de la plataforma de lanzamiento.

Si también se usa helio para la presurización, necesitará tanto helio para mantener la presión del tanque de un tanque casi vacío. De nuevo, varias veces se necesita el volumen del tanque (volúmenes a presión ambiental).

Un intercambiador de calor para licuar hidrógeno para la presurización puede evitar el helio para la presurización del tanque. Pero usar hidrógeno gaseoso para purgar el aire antes del llenado sería muy peligroso.