¿Es malo si la hidracina se congela en una nave espacial? ¿Siempre se mantiene como líquido o se puede dejar congelar de manera segura y luego descongelar cuando sea necesario?

Después de haber leído esta respuesta, me pregunté qué sucede si la hidracina se congela.

Parece que es "normal" y no como el agua, en el sentido de que se contrae cuando se congela, a diferencia del agua que se expande y puede causar daños mecánicos.

https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a042039.pdf

A veces, los propulsores de hidracina se utilizan después de varios años, y un ejemplo extremo sería el reinicio de ISEE-3/ICE. Pero eso fue alrededor de 1 UA. A veces, la hidracina se usa en naves espaciales mucho más lejanas; La Voyager 1 enciende los propulsores después de 37 años , y no estoy seguro de si podría haber mantenido su hidracina por encima del punto de fusión todo este tiempo, pero no lo sé.

Según las respuestas allí, parece que la hidracina de la Voyager podría mantenerse por encima del punto de congelación, pero eso no significa necesariamente que la congelación de la hidracina en general sea catastrófica, sino que es más fácil mantenerla líquida que configurar algún sistema especial para descongelar cuando sea necesario.

¿Qué tan fríos son los Voyagers ahora? ¿Más frío que LOX? ¿Más frío que SOX?

"Después de 39 años de operación continua en el espacio, la producción de los sistemas de energía del generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) de las naves espaciales Voyager 1 y 2 ha disminuido hasta el punto en que administrar el margen de energía y mantener el control térmico se ha vuelto cada vez más difícil. A medida que la energía total la disipación en el autobús ha disminuido, las temperaturas de la línea de propulsor y el margen por encima de la temperatura de vuelo mínima permitida (AFT) han disminuido, lo que crea un riesgo de congelación de hidracina (a 1,6 °C)." - resumen de
@JCRM Hice una edición mientras estabas escribiendo eso y ahora he agregado en general . En ese caso es un problema porque no se puede volver a descongelar por falta de calor. Pero me pregunto si hay problemas más allá de la falta de un sistema de descongelación.
Recuerdo que estaba mal, pero no sé exactamente por qué, y estoy lejos de mis referencias. Tengo un vago recuerdo de que estaba bien congelar, pero descongelar era peligroso, como si se empacara mucho al congelarse, luego la presión se disparó cuando se descongeló (refiriéndose a las tuberías, no a los tanques).
@OrganicMarble Ya veo, la complejidad de un sistema tolerante a la congelación. Entonces el sistema de la Voyager debería merecer un estudio cuidadoso; mientras que el tanque puede ser "acogedor" en algún punto entre allí y las boquillas, la temperatura debe caer por debajo del punto de congelación.
@JCRM sí, ídem.
según el documento, la temperatura aún no ha descendido por debajo del punto de congelación, y se han negado los cambios en la administración de energía para evitar que eso ocurra.
Una forma común en que las cosas van mal: la congelación-destilación. Las fracciones se separan, la UDMH estable (y estabilizadora) puede separarse de la hidracina simple, a la que simplemente le gusta explotar sin motivo alguno.
@SF: ¿las fracciones se separarían en caída libre?
@aml: De cosas como la hidracina: dudoso, ya que estoy bastante seguro de que se solidifica en forma amorfa, de manera similar a otras sustancias aceitosas. Sin embargo, cosas que pueden cristalizar, definitivamente; cualquier centro de cristalización crecerá felizmente hasta convertirse en cristales muy puros.
@SF. si dos cosas tienen diferentes puntos de fusión, por supuesto que una se congelará antes que la otra. en.wikipedia.org/wiki/Fractional_freezing ¡mmm!
@uhoh: observe cómo está trabajando con sustancias que cristalizan (agua) o con gravedad (estratificación de líquidos de diferente densidad específica). Si su mezcla se solidifica en gel (o grasa o emulsión similar a la margarina), las fracciones no se separarán. Pero personalmente solo hice una conjetura semiinformada sobre cómo es la hidracina sólida.
Me pasaré por la botica local, tomaré una pinta y la probaré esta noche.
En una nota diferente, me pregunto qué tan difícil sería tener un sistema de control térmico que aproveche directamente el calor de RTG una vez que la nave esté lo suficientemente lejos del Sol y la potencia de RTG haya caído a niveles en los que solo usar la energía eléctrica no No lo cortes, e irradiar todo el calor al vacío es una pura pérdida, no una necesidad.
Por cierto, creo que tengo una mejor idea que poner una pinta de hidracina en el congelador. (aunque sin duda menos divertido).
...y parece que la hidracina cristaliza al congelarse.
@SF. Los cristalógrafos hacen todo lo posible para persuadir a algo para que cristalice, a menudo "en contra de su voluntad", y usted dice que con una mezcla pueden suceder otras cosas.
Obviamente, el Santo Grial aquí es un cohete sólido alimentado por una combinación de H2O2/UDMH. El truco sería mantener el combustible congelado, evitando así los peligros y riesgos asociados con T-Stof/C-Stof. Este tipo de "fro-cket" produciría un ISP más de 80 segundos más alto que un SRB.

Respuestas (3)

Al menos para el transbordador espacial , la congelación estaba bien, pero la descongelación era mala para las tuberías. La hidracina se contrae cuando se congela, por lo que puede "superempaquetarse" (fluye más líquido, luego se congela, etc.)... luego, cuando se descongela, hay más de lo que puede caber en la tubería y puede explotar.

En la unidad de potencia auxiliar del transbordador espacial, se permitió que la tubería de hidracina mantuviera dos ciclos de congelación/descongelación, pero luego se consideró perdida.

Referencia: Reglas de vuelo del transbordador espacial , página 10-5

El satélite Olympus (1989-053A, 20122) perdió orientación y potencia durante el tiempo suficiente para que todo el combustible se congelara. Se recuperó después de un par de meses y se descongeló el combustible. No pude encontrar fácilmente qué combustible se usó, pero debe ser hidracina o un derivado. El artículo de New Scientist del 21 de septiembre de 1991 explica: La batalla de nueve semanas que salvó al Olimpo :

Ingenieros de la Agencia Espacial Europea relataron esta semana el dramático rescate de 64 días del satélite Olympus de la agencia que, a finales de mayo, giraba fuera de control, con el combustible congelado y las baterías agotadas.

[...] El satélite giraba una vez cada 90 segundos, su temperatura descendía por debajo de -50 °C y se desplazaba hacia el este a 5 grados por día. Aunque, cuando se perdió el control, su conjunto solar apuntaba en dirección opuesta al Sol, el equipo sabía que la luz caería sobre el conjunto a medida que la Tierra giraba alrededor del Sol. Para el 19 de junio, la matriz había girado lo suficiente como para que hubiera suficiente energía para responder a un comando enviado desde Perth en Australia.

El 1 de julio, había suficiente energía en las baterías para girar la matriz completamente hacia el Sol y, una vez hecho esto, todas las baterías estaban cargadas el 8 de julio. Con la energía restaurada, fue posible descongelar el combustible y los propulsores que controlan la posición de Olympus. Los ingenieros temían que las tuberías y válvulas bloqueadas con combustible congelado pudieran reventar, dañando irreparablemente el satélite. Pero los disparos de prueba del 26 de julio fueron bien.

¡Gracias! Agregué una cita en bloque de algunas de las secciones relevantes para asegurarme de que su respuesta siga siendo informativa si el enlace se rompe. La página espacial de Gunter para Olympus F1 (1989-053A) menciona propulsores R-4D que usan NTO / MMH, así como un "motor de apogeo líquido bipropulsor". Creo que este es un punto de datos importante sobre el propulsor líquido congelado, aunque no específicamente hidracina pura.

Esta es una elaboración menor sobre las respuestas de Organic Marble y Ross Milikan. El principio impulsor es la misma preocupación de superpack (no lo he oído llamar así antes) como en la respuesta de Organic Marble.

Hay una diferencia en que los puntos de congelación de la hidracina, el tetróxido de nitrógeno y la monometilhidracina son bastante diferentes (aproximadamente 2 °C, ~-15 °C y -45 °C respectivamente), pero es el mismo proceso: frío->congelación- >contracción->más líquido (bajo presión) llena el vacío->descongelación y expansión de un vacío bloqueado.

Mi contribución: el remedio es intentar descongelar solo las zonas de tubería que están adyacentes a las secciones de tubería más cálidas y líquidas primero. Esto solo funcionará si los calentadores de las tuberías lo permiten.

¿Es malo si la hidracina se congela en una nave espacial? ¿Siempre se mantiene como líquido o se puede dejar congelar de manera segura y luego descongelar cuando sea necesario?
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