¿Por qué el contenido del tanque externo del transbordador espacial no coincide con la relación de mezcla de los motores?

tl; dr como dijo SF en un comentario "... siempre empaquetan un poco más de hidrógeno que de oxígeno (para esa proporción), para que al final de la combustión no se arriesguen a funcionar ricos en oxígeno (y como resultado motor- rico)."

Si está interesado en los detalles, consulte esta tabla de carga de propulsor para obtener la siguiente explicación.

Los números indicados por la flecha morada eran las masas que se llevaban en libros en la carga propulsora para resguardarse de situaciones de contingencia. FPR era reserva de propulsor de vuelo y se reservó propulsor adicional para protegerse contra ciertos casos fuera de lo nominal. FUEL BIAS se cargó con hidrógeno adicional para asegurarse de que el sistema nunca tuviera un corte rico en oxígeno.

De la respuesta a esta pregunta: ¿Es "masa de despegue" = "masa de ignición"?

Una cosa importante que debe saber al interpretar esta información es que no existe una sola relación de mezcla para los motores.

Esto se debe a que el sistema de propulsión principal del transbordador utilizó presurización autógena. Parte del propulsor que ingresaba al motor se vaporizó y regresó al tanque como presurizante; no fluyó por la borda.

Entonces, hay dos proporciones de mezcla en juego:

• "relación de mezcla de entrada" (MR) - la relación entre los flujos de propulsor que ingresan al motor
• "proporción de mezcla al agua" (OBMR): la relación entre los flujos de propulsor que salen de la boquilla

Dado que el flujo de presurización de ambos propulsores fue ~ 1 lbm/s, pero el flujo de entrada de LH2 fue mucho menor que el LO2, el OBMR siempre fue mayor que el MR. Puede ver estos números en la esquina superior derecha del gráfico.

(También tenga en cuenta que la relación de mezcla era programable para los SSME y cambió durante el transcurso del programa. Este gráfico es para STS-5, que fue el último vuelo de la versión original del SSME. Consulte Taxonomía del SSME ) .

Entonces, si desea igualar la proporción de mezcla por la borda, la línea en el gráfico se UTILIZA EN OBMR , definida como

UTILIZADO EN OBMR = CARGA EN MANDO DE ENCENDIDO SRB - INUTILIZABLE - RESERVAS UTILIZABLES - CONSUMO PARADA - VENTILADO DESPUÉS DEL CIERRE DE LA VÁLVULA SSME

El FPR y FUEL BIAS se incluyen en las RESERVAS UTILIZABLES como propulsor que no se prevé utilizar pero que está disponible para situaciones fuera de lo nominal. Se dedicó mucho trabajo a minimizar de manera segura las reservas utilizables porque cada libra de este propulsor era una libra que no podía usarse como carga útil.

El hidrógeno líquido es mucho más frío que el oxígeno líquido, el calor de vaporización también es mucho menor, por lo tanto, se evapora más volumen de hidrógeno que de oxígeno en los tanques desde el encendido hasta que se apaga el motor.

Es difícil compensar la evaporación con más aislamiento para el tanque de hidrógeno, el volumen es aproximadamente tres veces el volumen del oxígeno (1.497.440 a 553.358 l), por lo que también la superficie del tanque es mayor. Ambos tanques tienen el mismo diámetro (8,4 m), pero el tanque de hidrógeno es mucho más largo (29,6 a 16,6 m). El aislamiento no debe pesar mucho más que el hidrógeno ahorrado.

Entonces, la proporción de hidrógeno a oxígeno en los tanques en el momento del lanzamiento es mayor que la proporción utilizada para el motor. Cuando el motor se apaga, el hidrógeno se alimenta durante más tiempo que el oxígeno para proteger el motor de la oxidación. Por lo tanto, debería quedar más hidrógeno justo antes del apagado.