¿Por qué el repentino (aparentemente) interés renovado de la NASA en los motores híbridos Wax? ¿Qué propiedad es tan atractiva ahora?

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Esta respuesta se vincula con Larry Russell Kellogg , que se vincula con NASA Tests Environmentally Friendly Rocket Fuel , donde se pueden ver imágenes de prueba de encendido de nuevo combustible a base de parafina en el Centro de Investigación Ames de la NASA el 15/1/2003 .

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Para obtener más información sobre el trabajo basado en parafina, consulte https://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2003/03images/paraffin/paraffin.html

Acabo de leer la noticia de la NASA Desde pedicuras hasta el cohete Peregrine, la cera de parafina demuestra su valor .

El proyecto comenzó cuando los investigadores de Stanford descubrieron que el combustible de parafina se quema tres veces más rápido que los combustibles convencionales y, por lo tanto, puede proporcionar más empuje y rendimiento que los cohetes híbridos existentes. Se acercaron a Ames para obtener asistencia en la medición de la tasa de quemado a escalas más grandes y para contribuir a la maduración de la tecnología.

Creo que "tres veces más rápido" significa que un volumen dado (o masa) de propulsor de cera sólida en una forma determinada podría consumirse en un tercio del tiempo de un propulsor sólido convencional para motores híbridos, y ese factor de tres habla directamente a la relación empuje-peso del motor.

No estoy seguro de qué es convencional, pero supongo que es una de las "gomas" sintéticas como HTPB .

¿Por qué la cera se quemaría aproximadamente tres veces más rápido que otros combustibles? ¿Y por qué el repentino interés ahora? ¿Existe algún desafío técnico específico que se haya resuelto potencialmente permitiendo un mayor empuje/peso, o existe la necesidad de un cohete híbrido robusto de baja temperatura en Marte (ver más abajo y en el enlace) y el factor de tres es un beneficio secundario?

El combustible a base de parafina también funciona en condiciones ambientales desafiantes, como las temperaturas muy bajas que se encuentran en la superficie de Marte. El Mars Ascent Vehicle, actualmente en desarrollo por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, tiene como objetivo utilizar la tecnología de parafina para devolver una muestra de la superficie del planeta a una nave espacial en órbita.

PRECAUCIÓN: baje el volumen antes de reproducir...

Se vinculó un buen resumen de las combinaciones de combustible híbrido en esta respuesta perspicaz , y algunos de los enlaces en ¿El motor NK-33 requiere queroseno subenfriado tan frío que se convierte en cera? ayuda a apreciar que se puede pensar que la cera se parece más al queroseno sólido que al caucho.

Entonces, ¿es como un cohete sólido en el que el área de la superficie de la cera expuesta aumenta la salida de empuje mientras disminuye la longevidad? ¿O entendí mal lo que era un cohete de cera híbrido?
@MagicOctopusUrn Con un punto de fusión bajo, así como un punto de ebullición bajo (en el rango de 350 a 500 C según la composición), creo que la combustión en un motor híbrido de parafina (o incluso azúcar) funciona de manera muy diferente a un sólido. Recuerde que los sólidos tienen el oxidante incorporado dentro de la propia matriz, por lo que la velocidad de combustión está determinada por un conjunto diferente de fenómenos.
@MagicOctopusUrn eche un buen vistazo a todas las fuentes vinculadas en las respuestas y comentarios en ¿Qué propiedades definen un buen propulsor sólido para un motor híbrido? (por ejemplo, ¿por qué no usar madera?)
Los cohetes de pasatiempo han estado usando polvo de parafina en, por ejemplo, epoxi (con N2O) durante más de una década (personalmente vi volar muchos de ellos). La idea es que la expansión de la parafina mientras se derrite hace que la matriz se rompa en la superficie, lo que da como resultado un área de superficie aumentada. Además, esto probablemente arroja partículas y cera fundida a la corriente del oxidante. No tengo conocimiento de que ningún aficionado pueda verificar o incluso publicar sobre esto, pero las tasas de ablación más altas son bien conocidas dentro de la comunidad (al observar la cera / epoxi después, puede ver la diferencia).
¡Gracias! Parece que la respuesta podría estar fácilmente en ese sentido. Sin embargo, como mencionas, puede ser difícil encontrar fuentes de apoyo para ello.
@MagicOctopusUrn Los híbridos alimentan un líquido en un sólido. Son mucho más simples que un motor de combustible líquido.

Respuestas (1)

La cera/parafina ha ganado interés durante los últimos 5 años como combustible de elección para el retorno de muestras de Marte porque los requisitos únicos de esta misión significan poder soportar más ciclos térmicos extremos que la mayoría de las misiones, lo que hace que sea realmente difícil que los sólidos sean transportados. una solución. El tamaño pequeño del vehículo y las restricciones de diseño (transportado por un rover) también dificultan un diseño totalmente líquido. Los híbridos tienen una mayor libertad con respecto al factor de forma y tienen fracciones de masa relativamente buenas en este rango. La cera también tiene desafíos en términos de agrietamiento y separación del revestimiento bajo ciclos térmicos, pero han trabajado mucho para superar esto. Personalmente, prefiero el HTPB (caucho) como combustible en esta aplicación debido a su mejor capacidad para soportar los rangos de temperatura sin agrietarse.

¡Gracias por tu respuesta! Ahora me pregunto si hubiera suficiente energía eléctrica disponible, la cera podría volver a fundirse y solidificarse antes del vuelo para lidiar con el agrietamiento y la separación del revestimiento. Supongo que podría ser bastante poco práctico; la cera probablemente fluiría por la parte inferior del cohete.
Han discutido esto, pero para mantener la cera en la configuración anular correcta, uno tendría que mantener el motor girando para forzarlo contra el revestimiento mientras se derrite y se enfría. Han considerado agregar calentadores eléctricos para minimizar la exposición a bajas temperaturas y reducir gran parte del rango del ciclo de temperatura.
¿No sería mucho más fácil mantener la cera caliente liberando un chorrito de oxidante? La energía química tiene una gran densidad de energía. Solo necesitaría colocar una lámina delgada con un pequeño orificio en la boquilla de escape.
La energía solar sigue siendo "gratuita", por lo que durante el tiempo que el cohete deba permanecer en la superficie (casi 2 años), este es un mejor comercio a largo plazo para usar calentadores eléctricos alimentados por energía solar.
¿Por qué el repentino (aparentemente) interés renovado de la NASA en los motores híbridos Wax? ¿Qué propiedad es tan atractiva ahora?
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