Abgasprodukte von hypergolischen Treibmitteln

Nun, nach nützlichen Kommentaren und einigen Recherchen kann ich zusammenfassen:

Die chemische Reaktion von hypergolischem Bitreibstoff ist komplexer:

1) Es gibt mehr Reaktionsprodukte

2) Ein Teil des Kraftstoffs bleibt unverbrannt

In diesem Link von @Uwe wird angegeben, dass die Abgasfahne Mikrotröpfchen unverbrannten Treibmittels mit einer Größe von bis zu mehreren Mikrometern enthält. Zitieren:

Es wird vorhergesagt, dass die Schadstoffmasse weniger als 2 % des gesamten Treibmittels ausmacht

In diesem Papier wird eine Formel für hypergolische Bitreibstoff-Verbrennungsprodukte wie folgt angegeben:

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

wobei a, np1-np15 zu findende Koeffizienten sind. Aber unverbrannter Treibstoff wird dort nicht berücksichtigt.

In diesem pdf werden die Grundlagen des Plume Impingement gegeben. Es hat ein Bild von unverbrannten Treibmitteltröpfchen in der Motornase : Auch ein interessantes Detail - die Abgasfahne im Vakuum hat einen "Rückfluss", so dass sich ein kleiner Teil davon in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet und als Verunreinigung berücksichtigt werden sollte:

In einem kürzlichen (8. Juni 2018) Video von Sojus MS-09, das an die ISS andockt, waren nicht nur Schwaden zu sehen, sondern auch langsame Eispartikel (Start um 6.15 Uhr).

Ich nehme an, dass Partikel gefrorene Tröpfchen aus der Düse des Motors sind.

Ich würde sagen, die Frage ist teilweise beantwortet . Aber eines habe ich ganz vergessen:

Die erste Stufe der Falcon-9-Rakete verfügt über Stickstofftriebwerke . Die Federn von ihnen sollten also nur Stickstoff enthalten. Aber auf Videos sehen wir die Schwaden der Stickstofftriebwerke! Meine anfängliche Annahme, dass Gase wie Stickstoff Eiskristalle in der Abgasfahne bilden, ist also richtig. Aber ich frage mich - wie es passiert?

Diese Frage beschäftigt sich damit. Links dort sind interessant, aber nicht ganz relevant, denke ich. Der Stickstoff befindet sich in gasförmiger Phase, wenn er aus einer Düse (von Stickstoff-Triebwerken oder hypergolischen Triebwerken) austritt. Es ist also eher "kontinuierlich", dass das sich im Vakuum ausbreitende Gas Eiskristalle bildet. Das Gas „sollte“ sich im Vakuum nur immer weiter ausbreiten, nicht kondensieren.

Zu diesem Zeitpunkt konnte ich keinen Hinweis auf die Physik dieses Prozesses finden. Wenn es jemand erklären könnte, wäre die Frage vollständig beantwortet.

Die hellen Partikel, die Sie aus der Souyz-Düse fliegen sehen, sind die Teile der "Düsenverkleidung". Es ist eine Art Keramikbeschichtung der Düse. Die Beschichtungsmenge wird für den Düsenbetrieb berechnet. Es nutzt sich allmählich während der Düsenservierzeit ab.

Kurz gesagt lautet die Antwort, dass es zu Beginn und insbesondere am Ende einer Zündung eines RCS-Triebwerks Wolken aus unverbrannten Reaktanten gibt. Quelle (für das Shuttle, das eine sehr ähnliche Chemie hat):

In einem Gespräch mit einem NASA-Luft- und Raumfahrtingenieur, der mit dem Reaktionskontrollsystem des Space Shuttles vertraut ist, erfuhr ich, dass die Triebwerke während des Betriebs niemals Licht erzeugen, aber sie emittieren immer eine kleine Wolke aus unverbranntem Treibmittel, kurz bevor das Triebwerk zündet, und sofort eine viel größere Wolke nachdem das Triebwerk abgeschaltet hat.

[...]

Wenn die Ventile geschlossen werden, um das Triebwerk abzuschalten, werden kleine Mengen Treibmittel in den Rohren zwischen den Ventilen und der Brennkammer eingeschlossen. [... Im] Vakuum des Weltraums bildet sich der "Mikroschnee" auch nach dem Abschalten wie beim Hochfahren. Aber [in diesem Fall] ist das Tröpfelvolumen groß genug, dass der erzeugte Schnee als weiße Wolke im reflektierten Sonnenlicht gesehen werden kann. Es ist ohne eine externe Beleuchtungsquelle völlig unsichtbar.

^{Hinweis: Es gibt ein paar alternative Theorien, auf die ich gestoßen bin, die zwar weniger plausibel erscheinen, aber zumindest zum Effekt beitragen können. Ich habe (weniger glaubwürdige) Quellen gesehen, die darauf hindeuten, dass entweder der Kraftstoff oder das Oxidationsmittel zuerst eingespritzt wird (vermutlich aus Sicherheitsgründen), was zu nicht verbrauchtem Treibmittel / Oxidationsmittel führt und dass bei längeren OMS-Verbrennungen die Wolke unsichtbar ist. Außerdem wäre CO₂-Eis zusätzlich zu Wassereis vorhanden.}