¿Se ha considerado alguna vez el metilsilano (CH₆Si) como combustible en cohetes?

El metilsilano CH 6 Si parece tener algunas propiedades útiles como combustible para cohetes:

  • alto contenido de hidrógeno, 6 átomos por molécula, 13% de la masa total;
  • alta energía de combustión, -2612 KJ/mol o 56,8 MJ/kg (mejor que el metano 55 MJ/kg);
  • densidad líquida decente, 0,628 kg/l (mejor que el metano líquido 0,422 kg/l); un 11 % más de contenido de hidrógeno por volumen que el propio hidrógeno líquido;
  • almacenamiento no criogénico, auto presurizado, 14 bar de presión a 21°C, temperatura crítica 79,3°C;
  • masa molar media baja de productos de combustión estequiométrica gaseosa 21,7 g/mol (mejor que metano 23,2 g/mol). La combustión rica en combustible tiene una masa de gas promedio aún más baja porque el CH 6 Si se descompone en SiC y 3H 2 .

Pero hay algunos inconvenientes:

  • partículas sólidas de SiO 2 y trazas de SiC en los gases de escape, pero menos residuos sólidos en los gases de escape que en los combustibles sólidos;
  • posiblemente pirofórico en atmósfera de alta humedad, pero no pirofórico en condiciones estándar;
  • no tóxico, pero nocivo por inhalación y exposición cutánea.

Teniendo en cuenta todos los datos, se muestran prometedores, pero ¿hay algún trabajo relacionado con su uso en cohetes?

Todos esos beneficios parecen marginales en comparación con el etano, mientras que la pérdida de una molécula de gas (CO2> SiO2) los neutraliza a todos. Si puede lidiar con esto, puede optar por el hidroboro.
No estoy de acuerdo, el etano tiene una entalpía de formación negativa alta: 84 KJ/mol + silicio aporta 911 KJ de energía por mol de SiO2 en comparación con los 393,5 KJ/mol de carbono por mol de CO2. Es más que una buena compensación por la pérdida de una molécula de gas. La misma razón por la que se agrega aluminio a los combustibles compuestos, aunque no genera gases pero está repleto de energía. El dióxido de carbono es un gas pesado y aumenta la masa molar promedio, mientras que el SiO2 no lo hace. Además, el etano es criogénico y tiene una densidad líquida más baja, lo que significa más masa seca para los tanques de combustible. Los hidroboros son altamente tóxicos y están fuera del juego por mucho tiempo.
Mi preocupación inmediata sería depositar SiO2 quién sabe dónde dentro del motor del cohete. Cualquier interrupción del flujo parecería ser muy problemática.
@Max: este puede no ser el caso, porque el SiO2 tiene un punto de ebullición alto de 2950 ° C a presión atmosférica, en condiciones de cohete es aún más alto. Con una combustión ligeramente rica en combustible, se puede evitar la vaporización y la deposición significativa de SiO2. También se prueban algunas combinaciones de tripropelentes como Be/O2/H2 y Li/F2/H2 y actualmente poseen récords en términos de ISP. BeO y LiF no plantearon ninguna dificultad en exasut.
Te das cuenta de que para un cohete de H2/O2 líquido, el propelente líquido fluye alrededor de la boquilla para enfriarlo y que no se derrita. El titanio tiene un punto de fusión de 1668 °C y el dióxido de silicio tiene un punto de fusión de 1713 °C. Concedió una presión más baja en el espacio, pero el peligro de una acumulación de dióxido de silicio me parece muy real.
Actualmente, los silanos ya se prueban en motores de cohetes y scramjet y mostraron excelentes resultados, pero son pirofóricos. SiO2 no causa un problema de deposición significativo incluso con un contenido de Si mucho más alto como Si5H12. Ya sé esto. Para CH6Si no pude encontrar ningún resultado de prueba, pero sus propiedades sugieren que es incluso mejor que el mejor silano SiH4. jstage.jst.go.jp/article/tstj/7/ists26/7_ists26_Pa_33/_pdf
La acumulación de sílice puede ser útil: según Ignition, algunos experimentadores agregaron deliberadamente silanos o silicona al combustible para proporcionar una capa de barrera térmica que se reabastece automáticamente. Pero esa materia sólida en el escape probablemente sea una mala noticia.
¿Para qué sirve un combustible no criogénico cuando se necesita oxígeno criogénico?
@Uwe - ¿KeroLOX? Pero HTP y N2O, N2O4 funcionan igualmente bien con CH6Si. Especialmente HTP que puede ser incluso hipergólico considerando que todos los silanos están con HTP.
@GUAU 6EQUJ5. Verificaría el $ por galón de este combustible. El metano es difícil de superar. También se ven preocupaciones ambientales aquí, ya que el polvo de sílice es un peligro para la salud conocido.

Respuestas (1)

tl; dr: Veo que los comentarios debajo de la pregunta del OP argumentan en contra de que este sea un problema que rompa el trato, pero lo señalaré de todos modos como una respuesta parcial. Cualquier motor que use "arena" como masa de reacción deberá evitar cualquier producción significativa de nanopartículas de sílice tan grandes que no se aceleren en la boquilla.

Suponiendo una reacción estequiométrica perfecta con masas de H, C, O y Si de 1, 12, 16 y 28, obtengo lo siguiente:

2CH 6 Si + 7O 2 → 2CO 2 + 6H 2 O + 2SiO 2

con fracciones de masa de escape de 0,28, 0,34 y 0,38 para los productos CO 2 , H 2 O y SiO 2 , con masas de 44, 18 y 60.

¡ El escape es potencialmente casi un 40 por ciento de arena!

El punto de ebullición de la sílice (SiO 2 ) es de aproximadamente 2950 °C , por lo que cuando el escape se enfría por debajo de esa temperatura, es posible la condensación de diminutas nanopartículas o incluso micropartículas de vidrio líquido. Debido a que son mucho más pesados ​​que las moléculas, no se garantiza que se aceleren en la boquilla a la misma velocidad de escape.

Si una cantidad significativa de masa de reacción no se acelera adecuadamente, el Isp será más bajo de lo esperado para la cantidad de energía que se produce.

Esto no es comparable con la producción de hollín en los motores KeraLOX porque este es el principal producto de reacción, no un producto secundario de la combustión incompleta. ¡Casi el 40% de la masa de reacción es SiO 2 !

Como nota al margen, el "hollín de vidrio" es de lo que están hechas las fibras ópticas y otros productos de sílice de alta pureza (por ejemplo, lodos de CMP ), aunque es un precursor de silicio diferente (a veces SiCl 4 ).

Sus suposiciones son realmente incorrectas. La oxidación de Si en presencia de elementos con alta afinidad por el oxígeno como el hidrógeno y el carbono se realiza en dos pasos, primero a SiO y luego a SiO2. El primer paso es más rápido y el SiO tiene un punto de ebullición de alrededor de 1880°C. Es posible hacer un motor que tenga todos los productos gaseosos hasta el final de la boquilla. En realidad, se permite que se forme una parte de SiO2 para obtener energía adicional y mejorar la ISP, pero mucho menos del 40%. Entonces, en realidad, como en otros casos, se prefiere una combustión rica en combustible.
@WOW6EQUJ5 ¿Puede respaldar sus afirmaciones citando informes o estudios de alguna manera? En este momento, parece que está utilizando el sitio para impulsar sus propias ideas en lugar de hacer una pregunta de Stack Exchange. Está perfectamente bien publicar una respuesta a su propia pregunta. Una respuesta le dará espacio para mostrar cómo sabe que esto es posible de una manera convincente. Recuerde que si su idea se basa en una combustión incompleta, entonces no puede aprovechar la energía de combustión que anuncia en su pregunta, ¡así que nuevamente una penalización de Isp!
Ya lo he adjuntado, pero una vez más. jstage.jst.go.jp/article/tstj/7/ists26/7_ists26_Pa_33/_pdf No promuevo mis ideas, soy curioso. Mucho trabajo relacionado con el uso de silanos en cohetes y scram-jets con conclusiones de que son superiores a los hidrocarburos en aplicaciones ricas en combustible. Pero no pude encontrar nada relacionado con el metilsilano que tenga mejores propiedades que el SiH4. Publiqué una pregunta para encontrar si hay alguna evidencia de esto, ¿realmente se probó? Si se prueba y la respuesta es no, apesta, está bien para mí, pero sin ninguna evidencia es difícil para mí creer.
Técnicamente hablando, la pregunta es si hay alguna referencia, no si es una buena idea, por lo que esto no responde a lo que se preguntó. Pero estoy de acuerdo en que el OP parece no estar abierto a la entrada.
@ WOW6EQUJ5 Oh, está bien, no leí los comentarios a fondo. Voy a echar un vistazo a esto y ver lo que hay, gracias! La próxima vez, si desea que se considere algo en las respuestas, debe resaltarlo en la publicación de la pregunta, en lugar de varias líneas más abajo en los comentarios.
¿Se ha considerado alguna vez el metilsilano (CH₆Si) como combustible en cohetes?
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