Könnte Abfallmethan als Treibmittel auf der ISS recycelt werden?

Unter Standardbedingungen verbrennt Methan mit Sauerstoff im stöchiometrischen Verhältnis 1:2 unter Freisetzung von 891 kJ/mol Energie. Warum nutzt die ISS das Methan nicht, das stattdessen als Abfall ausgestoßen wird? Warum konnte es nicht mit Sauerstoff gemischt werden und diese Mischung als Brennstoff zum Wiederaufladen verwendet werden und die Brennstoffmenge reduzieren, die von Raketen zur ISS geliefert werden muss?

Was sind die praktischen Probleme beim Einsatz von Methan als Treibmittel?

Antworten (2)

Es gibt ein paar Studien bei der NASA (und ich bezweifle nicht, unter der Schirmherrschaft von RKA und ESA), die Entwürfe für die Verbindung von Sabatier- und Verflüssigungsgeräten hervorbringen, die möglicherweise in LEO und anderswo verwendet werden können:

Doherty et al., 2010 :

Die AES-Finanzierung wird hauptsächlich für die Entwicklung des Experimentpakets verwendet, das Schnittstellen zu den ISS-Energie-, Daten-, Kühlungs- und GH 2-Quellen, den GH 2-Verflüssigungswärmetauschern und JT-Ventilen, der kryogenen Kältemaschine (20 W bei 20 K und 40 W bei 90K), die Nutzlast für das kryogene Flüssigkeitsmanagement (Mischpumpe, Sprühstange, Flüssigkeitsaufnahmegerät), einen kleinen (< 200 Liter) Flüssigwasserstofftank und die passiven thermischen Steuersysteme. Das Demonstrationsprojekt wird eine Zusammenarbeit zwischen mehreren NASA-Zentren sein, darunter das Kennedy Space Center (KSC), das Johnson Space Center (JSC), das Glenn Research Center (GRC) und das Goddard Space Flight Center (GSFC). Wie vorgesehen, wird KSC für das Design und die Herstellung der Experimentierpalette, des passiven thermischen Steuersystems, der Fluidkomponenten sowie der Palettenintegration und Systemtechnik verantwortlich sein; JSC wird für die Integration der Palette in die ISS, das Befehls- und Kontrollsystem und den Testbetrieb im Orbit verantwortlich sein; GRC wird für Design, Fertigung und Integration der CFM-Komponenten in den Lagertank und die Systemmodellierung verantwortlich sein; und GSFC wird für die Entwicklung des kryogenen Kühlschranks mit 20 W bei 20 K verantwortlich sein.

ISS-Experiment

Warum wurde das nicht früher gemacht?

Die einfachste Antwort ist, dass Sie eine Reihe von Verflüssigungsmaschinen (oder Kompressoren) benötigen, um Methan in einen nutzbaren Zustand umzuwandeln, und dass diese Maschinen nicht in die ursprünglichen russischen Module (die den Schub übernehmen) eingebaut wurden.

Eine weitere Überlegung ist, dass lagerfähige hypergolische Treibstoffe zur Zeit viel besser untersucht werden .

Methan-Sauerstoff-Motoren sind heutzutage bei der Marserkundung und „sauberen“ Raketentechnik sehr im Trend, aber das war nicht immer so.

Eine verwandte Frage: Warum produziert die Internationale Raumstation so viel Methan?

Das Methan allein ist als Brennstoff im Weltraum nicht brauchbar. Es würde zusätzlichen Sauerstoff benötigen. Die Station würde also nicht nur die Ausrüstung zum Sammeln und Speichern des Methans benötigen, sondern auch zusätzliche flüssigen Sauerstoff, um das Methan als Brennstoff nutzbar zu machen.

Außerdem ... Hypergolen (von denen ich annehme, dass die ISS verwendet) benötigen kein Zündsystem, um die Verbrennung einzuleiten (öffnen oder schließen Sie einfach ein Ventil), wodurch die Triebwerke einfacher und zuverlässiger sind als jedes Kraftstoff- und Sauerstoffsystem.

Der Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung des Methans hat die vierfache Masse des Methans. Eine Methan/Sauerstoff-Rakete ist also meistens eine Sauerstoffrakete.