¿Por qué Juno usa oxidante de "óxidos mixtos de nitrógeno" para la propulsión? ¿Cuáles?

En el artículo reciente de Spaceflight 101 Rocket Burn pospuesto para Juno de la NASA, para permanecer en la órbita alargada de Júpiter hasta diciembre , dice:

Juno utiliza un sistema de propulsión principal bipropulsor con combustible de hidracina y óxidos mixtos de nitrógeno como oxidante, mientras que el sistema de control de reacción de la nave utiliza monopropulsor de hidracina.

Busqué en otra parte allí , pero no pude encontrar nada más. De acuerdo con este artículo en Spaceflight Now, el motor Leros 1C Liquid Apogee utiliza hidracina y tetróxido de nitrógeno (N2O4), así que me pregunto, ¿qué son los "óxidos mixtos de nitrógeno"?

Acabo de leer aquí que el Leros 1B usa hidracina y MON-3. ¿Eso significa "Óxidos mixtos de nitrógeno-3"?

¿Quiere decir MON-3 en lugar de MON-B? Consulte la sección 2.3.2.1 de este documento (Manual de la USAF sobre oxidantes a base de nitrógeno, descarga de 12 MB)
@Andy No tengo una conexión a Internet razonable y no se carga. 3 Efectivamente. Mi pregunta es sobre Juno, ¿había opciones para diferentes combinaciones de oxidantes, o está bastante solucionado por la selección del motor?
No estoy seguro, pero supongo que la mayoría de los motores hipergólicos tolerarían alguna variación en la composición del oxidante. En un lanzador desechable, es posible que esté más inclinado a usar NTO (N2O4) para un impulso específico máximo sin tener en cuenta la corrosión, mientras que en una nave espacial que necesita mantener la integridad del tanque durante años, preferiría una formulación MON. También sospecho que muchos motores que se describen casualmente como que usan NTO en realidad usan MON.
En realidad, MON, 10% NO, da un ISP ligeramente más alto que el NTO (N2O4) puro según el rendimiento de propulsor de Aerojet y las propiedades de los propulsores líquidos. kilómetros

Respuestas (2)

MON según Wikipedia:

Los óxidos mixtos de nitrógeno (MON) son soluciones de óxido nítrico (NO) en tetróxido de dinitrógeno/dióxido de nitrógeno (N2O4 y NO2).

La adición de una pequeña cantidad de óxido nítrico (1%-10%) hace que el oxidante sea menos corrosivo, pero también ligeramente menos potente, y cambia el punto de congelación del líquido. MON3 significa 3% de óxido nítrico en masa, que es una formulación común para los motores estadounidenses.

De "Ignition!" de Clark:

El NO es un depresor del punto de congelación extremadamente efectivo para el N2O4. ... GR Makepeace y sus asociados, en NOTS, pudieron demostrar, en 1948, que el 25 por ciento del NO haría que el punto de congelación del tetróxido de nitrógeno bajara por debajo de los -65 F requeridos, y que el 30 por ciento lo deprimiría muy por debajo la magia -100 F. Sin embargo, la presión de vapor de la última mezcla a 160 F era inaceptablemente alta, alrededor de 300 psi.

(El punto de congelación del N2O4 normal es de 16 F; Clark dice -9 F, pero es probable que esto varíe según los contaminantes. Los servicios militares querían combustibles almacenables confiables para todos los climas).

Varias agencias probaron los óxidos de nitrógeno mixtos (MON-25 o MON-30 o lo que sea, con el número que designa el porcentaje de NO en la mezcla) con varios combustibles y descubrieron que era más difícil obtener un buen rendimiento con MON que con MON. con tetróxido de nitrógeno puro. ... Por esta razón, y debido a su alta presión de vapor, los investigadores se alejaron de MON durante algunos años.

En su totalidad, el oxidante hipergólico moderno habitual es "una mezcla en equilibrio de tetróxido de dinitrógeno y dióxido de nitrógeno con una mezcla de óxido nítrico"; no es de extrañar que esto se abrevie como "óxidos mixtos de nitrógeno" y luego como MON.

¡Gracias! ¿El cambio en el punto de congelación es bueno o malo o no es suficiente para preocuparse?
Bien, ahora puedo leerlo. Parece que el MON3 tiene un punto de congelación un poco más bajo que el N2O4 puro, no sé acerca de la mezcla de NO2/N2O4 sin el NO.
El "N2O4 puro" no existe; es una mezcla en equilibrio con NO2. A medida que aumenta la temperatura, la reacción favorece más NO2; las temperaturas más bajas dejan más N2O4. Presumiblemente, un punto de congelación más bajo es ligeramente beneficioso en el tanque de cohetes. en.wikipedia.org/wiki/Dinitrogen_tetroxide en.wikipedia.org/wiki/Chemical_equilibrium
El artículo de Wikipedia MON dice: "El punto de congelación del tetróxido de nitrógeno puro es -9 °C (16 °F)..." tal vez se acerque al N2O4 a medida que se acerca a la congelación. ¡Hay un YouTube para todo! youtu.be/j1ALRRos-AA
Sí, pero "puro" podría significar "nada más que NO2/N2O4" o "nada más que N2O4 porque hemos llegado al extremo de la mezcla de equilibrio": IANAchemist, así que no estoy seguro de cuál.

El uso de MON, a diferencia del N2O4, surgió porque este último puede causar agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) de las aleaciones de titanio. Esto se observó por primera vez en la década de 1960 durante el desarrollo de los sistemas Apolo. Se cree que el mecanismo de SCC se relaciona con la presencia de oxígeno en N2O4. La adición de óxido nítrico (NO) al propulsor elimina el O2 al reaccionar con él; 2NO+O2----->2NO2

El trabajo de AZConner en Hercules Corporation jugó un papel importante en resolver esto.

Para Apollo, se usó una mezcla de óxido nítrico al 1% en N2O4 y esto se denominó simplemente "NTO verde" (NTO puro es marrón rojizo), pero cuando llegó el transbordador se tomó la decisión de usar 3% de NO y el término Nace MON3 (Óxidos Mixtos de Nitrógeno, 3%NO). Agregar NO a N2O4 también reduce el punto de congelación y se han utilizado MON10 y MON25 cuando se requiere una operación a baja temperatura.

Para una buena visión general del problema:

  • "Titanium Alloy Pressure Vessels in the Manned Space Programme", RE Johnson, artículo presentado en "The Science, Technology and Application of Titanium", Actas de una conferencia internacional organizada por el Instituto de Metales, Londres, mayo de 1968.

Y para la química detallada:

  • AZConner et al, Un estudio de la reactividad química del tetróxido de nitrógeno con aleaciones de titanio". Informe final, febrero de 1969, contrato de la NASA n.º 8-21207.
Hay una serie de informes en la literatura de Conner, todos con fecha de mediados de la década de 1960. Los tengo, pero necesitaré un poco de tiempo para desenterrarlos. El problema de SCC causó un gran pánico. Los tanques fallidos parecían huevos de Pascua aplastados por un martillo. Hice una gran búsqueda iluminada en NTO/MON alrededor de 1988 cuando algunas de estas cosas no eran tan oscuras.
Ok, la mejor descripción general del problema SCC;
Ok, la mejor descripción general del problema SCC; "Titanium Alloy Pressure Vessels in the Manned Space Programme", RE Johnson, artículo presentado en "The Science, Technology and Application of Titanium", Actas de una conferencia internacional organizada por el Instituto de Metales, Londres, mayo de 1968. La química detallada; AZConner et al, Un estudio de la reactividad química del tetróxido de nitrógeno con aleaciones de titanio". Informe final, febrero de 1969, contrato de la NASA n.º 8-21207.
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Gracias, está bien. En alguna parte, creo que tengo los informes de Conner en microfichas. Mi recuerdo es que la Conferencia de Londres salió como un libro.
También con respecto a Ti/N2O4, tengo una revisión detallada de la literatura (alrededor de 20 artículos citados) que produje sobre esto en 1993, en copia impresa. Si alguien está interesado, puede ser que pueda escanear y cargar en algún lugar.
Aquí hay una situación ligeramente similar descrita en una pregunta en el meta sitio vinculado a este sitio. Meta es para discutir cómo funciona el sitio, cómo administrar las publicaciones, etc. Puede resultarle interesante: ¿Lugares para alojar documentos de referencia?