¿Por qué se prefieren los propulsores de cohetes sólidos o los motores híbridos hacia un mayor contenido de hidrógeno, no de carbono (C+LOX, C+NO2, C+N2H4O3)?
¿Hay datos conocidos sobre Isp y problemas de tales combinaciones (tanto sólidas como híbridas con un contenido significativo de carbono sólido)?
El impulso específico de un motor es directamente proporcional a la velocidad de escape, y el hidrógeno, siendo el elemento más liviano (una partícula de H2 que es solo dos protones + 2 electrones), usando la misma cantidad de energía puede acelerarse a velocidades mucho más altas que cualquier otro elemento. . Un solo carbono es aproximadamente seis veces más pesado que una partícula de H2 - y solo en compuestos, como CO o CO2, toma forma gaseosa (las partículas resultantes aún más pesadas) - las partículas de carbono en bruto son un sólido (hollín) que además de tener un total cero de relación de expansión adiabática (consumiendo energía de combustión como calor, sin producir ningún empuje), tiende a ensuciar el motor.
El desarrollo de combustibles siempre está tratando de encontrar el término medio entre la reacción lo más enérgica posible y los productos de combustión lo más ligeros posible; El hidrógeno que reacciona con muchas otras sustancias puede producir buena energía y partículas que son ligeras: HF, HCl, H2O. El carbono puede proporcionar más energía, pero con sus cuatro límites necesitará compuestos de escape mucho más pesados. Si bien aún gana ISp por el aumento de la energía de reacción de combustión, se encuentra con nuevos problemas: presión de la cámara, temperatura de la cámara, acumulación de residuos, etc. Los productos de escape más livianos brindan un mayor rendimiento sin estas compensaciones, a costa de una menor densidad de energía del combustible.
En cuanto a datos, puedo recomendar el libro Ignition! por John D. Clark. El capítulo "Rendimiento" explica la teoría detrás de lograr el mayor rendimiento posible, y todo el libro está lleno de ejemplos de luchas más o menos exitosas para encontrar propulsores donde el escape sea lo más ligero posible (y los aún menos exitosos donde el los productos de escape eran más pesados o contenían sólidos).