@Uwes hervorragende Antwort auf die Frage Warum sollten unterkühlte LOX-Tanks bis zur letzten Minute oder so „aufgefüllt“ werden? erklärt, dass die LOX in situ innerhalb des Tanks der Rakete unter Verwendung von Verdunstungskühlung/Kühlung unterkühlt wird, indem Heliumblasen durch den Tank geleitet werden, sodass der Sauerstoff in die Blasen verdunstet . Lesen Sie diese Antwort für weitere Details.
Wie einfach könnte dies an kryogene Methan- oder Wasserstofftreibstoffe angepasst werden?
Aus dieser Antwort :
Naiv würde ich vermuten, dass es für Methan auf einfache Weise funktionieren sollte (kocht bei 112 K gegenüber 90 K für Sauerstoff), aber ich weiß nicht, wie einfach dies auf flüssigen Wasserstoff mit einem Siedepunkt von nur 20 K angewendet werden könnte.
Wasserstoff ist unterhalb von 21,15 K flüssig und wird bei 14,01 K fest.
Helium ist unter 4,15 K flüssig und wird bei 0,95 K unter einem enormen Druck von 2,5 MPa fest.
So soll es möglich sein, flüssigen Wasserstoff mit gasförmigem Helium zu unterkühlen. Es ist sogar unterhalb der Temperatur von festem Wasserstoff gasförmig.
Methan siedet bei 111,65 K und erstarrt bei 90,7 K. Eine Unterkühlung mit gasförmigem Helium sollte ebenfalls möglich sein. Laut diesem NASA- Papier ist die Löslichkeit von Helium in unterkühltem flüssigem Methan gering, etwa 0,0001 Molbruch bei 25 ° F (13,9 K), aber diese Temperaturwerte scheinen falsch zu sein. In einer Grafik findet sich auf Seite 20 ein Wert von 98 K.
Helium reagiert nicht mit Wasserstoff oder Methan. Ich weiß nicht, ob Helium in flüssigem Wasserstoff oder Methan löslich ist. In einer Flüssig-Luft-Zerlegungsanlage ist Helium jedoch immer noch gasförmig, ohne dass eine zusätzliche Kühlstufe für Helium verwendet wird. Helium wird verwendet, um flüssigen Wasserstoff in Raketen unter Druck zu setzen, daher sollte seine Löslichkeit zumindest gering, wenn nicht null sein.
Laut dieser Seite könnte es im Kern von Jupiter und Saturn eine heiße metallische Legierung aus Wasserstoff und Helium geben. Aber diese Legierung existiert nur unter enormem Druck.
Hier einige Informationen zur Löslichkeit:
Die Löslichkeit von Helium in flüssigem Wasserstoff wurde als Funktion von Temperatur und Druck gemessen. Es wurde festgestellt, dass die Löslichkeit von 0,59 Mol-% für T = 26,8 K und 1,98 atm Helium-Partialdruck bis 11,1 Mol-% für T = 19,8 K und 7,0 atm Helium-Partialdruck variierte.
Der Partialdruck von Helium in einem LH2-Raketentank wäre jedoch niedriger als 7 bar.
äh
+1Danke für die interessante und gut durchdachte Antwort!