Warum werden Feststoffraketen-Booster oder Hybridmotoren gegenüber einem höheren Wasserstoffgehalt bevorzugt, nicht Kohlenstoff (C+LOX, C+NO2, C+N2H4O3)?
Gibt es bekannte Daten zu Isp und Problemen mit solchen Kombinationen (sowohl fest als auch hybrid mit signifikantem Gehalt an festem Kohlenstoff)?
Der spezifische Impuls eines Motors ist direkt proportional zur Abgasgeschwindigkeit - und Wasserstoff, das leichteste Element (ein H2-Partikel besteht aus nur zwei Protonen + 2 Elektronen), kann mit der gleichen Energiemenge auf viel höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden als alle anderen Elemente . Ein einzelner Kohlenstoff ist etwa sechsmal schwerer als ein H2-Partikel - und nur in Verbindungen wie CO oder CO2 gasförmig (die resultierenden Partikel noch schwerer) - rohe Kohlenstoffpartikel sind ein Feststoff (Ruß), der obendrein eine Gesamtheit aufweist Null des adiabatischen Expansionsverhältnisses (Verbrauch von Verbrennungsenergie als Wärme, ohne Schub zu erzeugen) neigt dazu, den Motor zu verschmutzen.
Die Entwicklung von Kraftstoffen sucht immer den Mittelweg zwischen möglichst energischer Reaktion und möglichst leichten Verbrennungsprodukten; Wasserstoff, der mit vielen anderen Substanzen reagiert, kann gute Energie und leichte Teilchen erzeugen - HF, HCl, H2O. Kohlenstoff kann mehr Energie liefern, aber mit seinen vier Grenzen erfordert es viel schwerere Abgasverbindungen. Während Sie immer noch ISp durch Erhöhung der Verbrennungsreaktionsenergie gewinnen, stoßen Sie auf neue Probleme: Kammerdruck, Kammertemperatur, Rückstandsbildung und so weiter. Leichtere Abgasprodukte bieten ohne diese Kompromisse eine höhere Leistung – auf Kosten einer geringeren Energiedichte des Kraftstoffs.
Was die Daten betrifft, kann ich das Buch Ignition empfehlen! von John D. Clark. Das Kapitel "Leistung" erklärt die Theorie hinter dem Erzielen einer möglichst hohen Leistung, und das ganze Buch ist gefüllt mit Beispielen von mehr oder weniger erfolgreichen Kämpfen, um Treibmittel zu finden, bei denen der Auspuff so leicht wie möglich ist (und den noch weniger erfolgreichen, bei denen die Abgasprodukte waren schwerer oder enthielten Feststoffe).