El cálculo del impulso específico del cohete térmico nuclear utiliza 1 amu, ¿es incorrecto?

Siguiendo los parámetros en el artículo de Wikipedia sobre cohetes térmicos nucleares , parece pintar una visión del mundo algo inestable. Considere estas citas:

Los diseños de referencia actuales (2010) de 25,000 libras de empuje (cohetes derivados de NERVA o NDR) se basan en el Pewee y tienen impulsos específicos de 925 segundos . [cita requerida]

y

Es poco probable que los elementos combustibles de un cohete térmico nuclear de núcleo sólido se extiendan sobre un área amplia porque los elementos están diseñados para soportar temperaturas muy altas (hasta 3500K ) y presiones altas (hasta 200 atm)

Dudo seriamente que alguno de estos parámetros reales sea realista, pero eso no es importante, solo quiero hablar de ellos en un sentido académico. Creo que entiendo la idea general de cómo una temperatura puede convertirse en un impulso específico:

3 2 k T = 1 2 metro v 2

yo s pags = 3 k T metro gramo

Si uso la temperatura anterior, puedo reproducir su impulso específico. Así , y Google da 950 segundos. Estoy seguro de que hay algunos otros factores que podrían reducirlo fácilmente en 25. Pero para lograrlo, tuve que enchufar metro = 1  uma .

¡Eso claramente no puede ser correcto! Un cohete térmico nuclear calienta hidrógeno criogénico para producir gas hidrógeno , un gas diatómico con la fórmula H 2 , no H 1 . El peso molecular del gas diatómico es obviamente 2  uma , y no hay forma de obtener ese impulso específico (o cualquier lugar cercano) usando esa masa.

Entonces, ¿qué está pasando aquí? ¿Los ingenieros de la NASA de los años 60 demostraron que el calentamiento del gas de hidrógeno disociaría la molécula, o algún estudiante de secundaria ingresó ciegamente números en la ecuación sin pensar?

Respuestas (2)

consideraron la disociación del hidrógeno

Según esta fuente :

Las pruebas anteriores utilizaron una temperatura máxima de 2750° K, por debajo de la temperatura de diseño de 3000+° K para el NCPS. La instalación NTREES está diseñada para probar elementos y materiales combustibles en hidrógeno caliente, alcanzando presiones de hasta 1000 libras por pulgada cuadrada y temperaturas de casi 5000 °F (2760 °C), condiciones que simulan los sistemas de propulsión nuclear basados ​​en el espacio para proporcionar una línea de base. datos críticos para el equipo de investigación.

En esas condiciones, el hidrógeno se disociaría en hidrógeno atómico.

fuente externa

a 5000°K aproximadamente el 95% de las moléculas en una muestra de hidrógeno se disocian en átomos

Su primera fuente da una temperatura de casi la mitad de su segunda fuente. ¿Crees que esto se debe a que la alta presión reduce la disociación T?
@AlanSE sí, la segunda fuente se lleva a cabo un experimento en el laboratorio. La alta temperatura disminuye la temperatura de disociación del hidrógeno.

Parte del hidrógeno se disociará. Para la masa de reacción que no se disocia y pasa a través del motor en forma de hidrógeno diatómico, además de los tres grados de libertad de traslación, la energía térmica también se pone en la energía de vibración y rotación de la molécula de hidrógeno. Entonces, la energía almacenada es 6/2kT, no 3/2 kT como en la primera fórmula que cita. (La energía vibratoria y rotacional se convierte en energía cinética de escape a medida que el hidrógeno se enfría a medida que se expande a través de la boquilla. Sin embargo, parte de ella no se convierte en energía cinética porque no hay tiempo. Esto se conoce como "flujo congelado". pérdida". Las pérdidas de flujo congelado dependen de los detalles del motor.)