Productos de escape de propelentes hipergólicos

Bueno, después de comentarios útiles y algo de investigación, puedo resumir:

La reacción química del combustible hipergólico bipropelente es más compleja:

1) Hay más productos de la reacción.

2) Una parte del combustible permanece sin quemar

En este enlace de @Uwe se afirma que el penacho de escape contiene microgotas de propelente sin quemar, con un tamaño de hasta varios micrómetros. Cotizar:

Se prevé que la masa contaminante sea inferior al 2 % del propulsor total

En este documento, se proporciona una fórmula de productos de combustión bipropelente hipergólicos como:

4a*CH3N2H3 + 5*N2O4 -> np1*CO2 + np2*H2O + np3*O2 + np4*N2 + np5*NO + np6*CO + np7*OH + np8*H2 + np9*O + np10*H + np11 *N + np12*NO2 + np13*H2O2 + np14*HO2 + np15*HNO

donde a, np1-np15 son los coeficientes a encontrar. Pero el propulsor no quemado no se tiene en cuenta allí.

En este pdf se dan los conceptos básicos del impacto de la pluma. Tiene una imagen de gotas de propulsor sin quemar dentro de la nariz del motor : otro detalle interesante: la columna de escape en el vacío tiene un "flujo de retorno", por lo que una pequeña parte se propaga en dirección opuesta y debe tenerse en cuenta como contaminante:

En un video reciente (8 de junio de 2018) del acoplamiento de la Soyuz MS-09 a la ISS, no solo se podían ver penachos, sino también partículas de hielo a baja velocidad (comienza en 6:15)

Supongo que las partículas son gotitas congeladas de la tobera del motor.

Diría que la pregunta está parcialmente respondida . Pero hay una cosa que he olvidado por completo:

La primera etapa del cohete Falcon-9 tiene propulsores de nitrógeno . Por lo tanto, las columnas de ellos deben contener solo nitrógeno. ¡ Pero en los videos vemos las columnas de los propulsores de nitrógeno! Entonces, mi sugerencia inicial de que los gases como el nitrógeno forman cristales de hielo en el penacho de escape es correcta. Pero me pregunto - ¿cómo sucede?

Esta pregunta trata de eso. Los enlaces allí son interesantes, pero no completamente relevantes, creo. El nitrógeno está en fase gaseosa cuando sale de una tobera (de propulsor de nitrógeno o propulsor hipergólico). Por lo tanto, es bastante "contraintuitivo" que el gas que se propaga en el vacío forme cristales de hielo. El gas "debería" solo expandirse cada vez más en el vacío, no condensarse.

En este momento no pude encontrar ninguna referencia sobre la física de este proceso. Si alguien pudiera explicarlo, la pregunta estaría completamente respondida.

Las partículas brillantes que ve salir volando de la boquilla Souyz son las piezas de la "cubierta de la boquilla". Es una especie de revestimiento de material cerámico de la boquilla. La cantidad de recubrimiento se calcula para la operación de la boquilla. Se desgasta gradualmente durante el tiempo de servicio de la boquilla.

En resumen, la respuesta es que al principio y especialmente al final del encendido de un propulsor RCS, hay nubes de reactivos sin quemar. Fuente (para el transbordador, que tiene una química muy similar):

En una discusión con un ingeniero aeroespacial de la NASA familiarizado con el sistema de control de reacción del transbordador espacial, aprendí que los propulsores nunca generan luz mientras están en funcionamiento, pero siempre emiten una pequeña nube de propulsor sin quemar justo antes de que se dispare el propulsor y una nube mucho más grande inmediatamente. después de que el propulsor se apague.

[...]

Cuando las válvulas se cierran para apagar el propulsor, pequeñas cantidades de propelente quedan atrapadas en los tubos entre las válvulas y la cámara de combustión. [... En] el vacío del espacio, la "nieve microscópica" también se forma después del apagado, tal como lo hace al arrancar. Pero [, en este caso,] el volumen de goteo es lo suficientemente grande como para que la nieve generada pueda verse como una columna blanca en la luz solar reflejada . Es totalmente invisible sin alguna fuente externa de iluminación.

^{Nota: encontré algunas teorías alternativas que, aunque aparentemente son menos plausibles, al menos pueden contribuir al efecto. He visto fuentes (menos creíbles) que sugieren que el combustible o el oxidante se inyecta primero (presumiblemente por motivos de seguridad), lo que lleva a propulsor/oxidante no consumido, y que en OMS quema más tiempo, el penacho es invisible. Además, el hielo de CO₂ estaría presente además del hielo de agua.}