¿Qué propiedades definen un buen propulsor sólido para un motor híbrido? (por ejemplo, ¿por qué no usar madera?)

La madera se quema muy bien con LOX u oxígeno gaseoso; "funcionaría" en el sentido de que produciría gases de escape calientes que podrían acelerarse a través de una tobera convergente-divergente para producir empuje. La madera se compone principalmente de celulosa y otros carbohidratos; la celulosa ha sido cocida con GOX durante unos respetables 247s de impulso específico.

Sin embargo, hay al menos un par de formas en que no es ideal.

La estructura celular de la madera natural se quemará de manera desigual, por lo que el empuje no será constante. Como un leño de chimenea crepitando, pedazos de tamaño impredecible se van a separar del "grano"; es posible que las astillas queden atrapadas en la boquilla de la garganta, causando picos de presión en la "cámara de combustión", etc.

En segundo lugar, la densidad de la madera seca , según la especie, oscila entre 0,5 y 1,0 g/cc, en comparación con la celulosa pura de 1,5 g/cc . Por lo tanto, su impulso específico de densidad no es grande. Además, incluso la madera seca también contiene una cierta cantidad de humedad, que es un peso muerto que no contribuye a la combustión (aunque, por supuesto, contribuiría a la masa de reacción).

Entonces, si bien se podría construir y volar un cohete híbrido de madera como demostración, hay mejores opciones disponibles.

Señalaría que la humedad, y en cantidades suficientemente bajas incluso los minerales, pueden no agregar energía de combustión pero sirven como masa de reacción. Desafortunadamente, supongo que los minerales tenderían a producir cenizas abrasivas que serían malas para la garganta y la boquilla. La baja densidad de la madera también la convierte en un buen aislante, por lo que se podría tener un material tolerante a bajas temperaturas que envuelva el bloque de madera para contener la presión; solo cuando la capa de madera se vuelve muy delgada, se filtra suficiente calor para ablandar o amenazar la estructura. Pero el problema básico del control de calidad permanece, ya que la madera, como se señaló, tiende a agrietarse, creando puntos calientes en la envoltura de contención de presión y terminando el uso de la madera antes de tiempo y en un momento impredecible, sin mencionar que se desprenden grandes brasas que bloquean el boquilla como también se mencionó. Para que la quema sea más predecible, habría que romper bloques sólidos de madera en capas delgadas para volver a envolverlos como madera contrachapada. Me parece que la principal ventaja de usar madera como combustible sería la simplicidad de simplemente encontrar un bloque de madera natural con la forma adecuada, fresarlo para que encaje en la camisa de contención de presión y perforar una columna central para la quema inicial, una ventaja completamente descartada. si tenemos que construir la madera como madera contrachapada o tablero de partículas. Si tenemos que construirlo, también podríamos usar parafina o algo similar. Y el factor de aislamiento es un poco una pista falsa; Los elementos híbridos de combustible sólido aíslan por ablación, las capas exteriores se mantienen lo suficientemente frías ya que la capa interior que se está quemando se está evaporando. En efecto,

Los "árboles escénicos" diseñados genéticamente a la Niven, por supuesto, no son híbridos, ya que el oxidante se mezcla con el combustible para hacer un propulsor sólido más tradicional, que no se puede controlar. Presumiblemente, sin embargo, los árboles de etapa son muy sofisticados con respecto a la estratificación de sus elementos de combustión para una quema prescrita, y tienen un empuje muy alto (para minimizar la pérdida de gravedad durante el ascenso) y una fracción de masa "seca" / propulsor muy baja, lograda supongo por una combinación de una piel exterior muy ligera pero fuerte (algo así como una telaraña o Kevlar fuerte; el Kevlar también puede tolerar temperaturas bastante altas) y una estructura celular fuerte pero combustible. Me imagino que la relación de masa del propulsor a la masa gastada, de la cual la "semilla" interestelar sería solo una parte, debe estar muy por encima de 1000. Podemos. No hago eso con cohetes fabricados por humanos, pero supongo que podría ser posible que algo cultivado biológicamente lo logre. Tiene que lograr un delta-V total desde la superficie de 20 km/seg o más para alcanzar la velocidad de escape del sistema y así enviar su semilla a una velocidad decente entre las estrellas. Una vez lanzado, supongo que despliega algún tipo de vela solar para maniobrar en encuentros cercanos con las estrellas, para apuntar a otra estrella candidata o maniobrar para colisionar con un planeta con vida adecuado. Dependiendo de cuán grande deba ser esta "semilla" para sobrevivir de cientos de miles a millones de años deslizándose de estrella en estrella, supongo que una tonelada métrica, más o menos un orden de magnitud, supongo que el árbol en sí mismo, el verdadero tronco del cohete,

Y tendría que "conocer" el delta-V necesario para enviar su semilla desde el planeta anfitrión. Afortunadamente, esta información está disponible desde su entrada en el sistema estelar anfitrión, su detección y aproximación al planeta anfitrión, y refinada por la observación de los detalles de la entrada atmosférica planetaria. Todo esto se puede integrar en un número de referencia simple que se puede codificar en material genético y guiar su estrategia de crecimiento detallada, apuntando a un cierto tamaño para lograr otro lanzamiento interestelar. El árbol también tiene que elegir una estrella objetivo, en el plano de la eclíptica de su sistema anfitrión, y cronometrar su lanzamiento para apuntar hacia ella. Dado el tipo de óptica que necesitaría para la navegación interestelar, supongo que esto es bastante fácil.

Entonces, sí, los árboles de escenario podrían ser una cosa, aunque no creo mucho en sus posibilidades de evolucionar por pura casualidad. Sin embargo, no se supone que los Niven hayan evolucionado al azar; son descendientes de productos genéticamente modificados destinados a proporcionar una capacidad de lanzamiento barata a la especie "Slaver", también conocida como Thrintun, y sus ingenieros, la especie esclava/rebelde Tnuctipun, pueden haber instalado en secreto módulos que los predisponen a la propagación y supervivencia interestelar, ahora perfeccionados por un mil millones de años de selección natural después de que Tnuctipun acabara con el imperio de los esclavistas en una rebelión mutuamente destructiva.