Warum werden Fluorwasserstoff-Treibstoffe nicht häufiger für Raketen verwendet?

LF2/LH2 oder flüssiges Difluorid, flüssiger Dihydrogen-Bitreibstoff (binärer kryogener Kraftstoff) hat einen spezifischen Impuls von 410 Sekunden (nach Gewicht) auf Meereshöhe, was mehr ist als z . B. LOX/LH2 (flüssiger Sauerstoff, flüssiger Diwasserstoff) mit einem durchschnittlichen spezifischen Impuls nach Gewicht von 391 Sekunden, ebenfalls auf Meereshöhe. Da der Oxidator in beiden Fällen an Bord ist und einer der binären kryogenen Treibstoffe, würde der Unterschied im spezifischen Impuls (19 Sekunden) auch im Vakuum gleich bleiben. Ich bin mir aber nicht sicher, woher du deine Zahlen hast.

Das scheint also ziemlich einfach zu sein, LF2/LH2 hat einen um etwa 4 bis 5 % größeren spezifischen Impuls pro Gewicht. Aber, wie bereits von vielen in diesem Thread vor mir erwähnt, hat flüssiges Difluorid (LF2) viel mehr zu bieten, als man bei einer Präsentation einiger einfacher Statistiken über seine Leistung als Raketentreibstoff vermuten würde. Hauptsächlich ist es giftig, ein starkes Reizmittel und reagiert als das stärkste Oxidationsmittel (dh das elektronegativste Element), das wir kennen, mit allem, was bereit ist, ihm ein Ersatzelektron zu verleihen. Das ist nicht gut, weil es praktisch zu reaktiv wird:

Reaktionen mit elementarem Fluor sind oft plötzlich oder explosiv. Viele Substanzen, die im Allgemeinen als nicht reaktiv gelten – wie Stahlpulver, Glassplitter und Asbestfasern – werden leicht durch kaltes Fluorgas verbraucht. Holz und sogar Wasser brennen mit Flammen, wenn sie einem Fluorstrahl ausgesetzt werden, ohne dass ein Funke benötigt wird.

^{Auszugsquelle: Wikipedia zu Fluor}

Unnötig zu erwähnen, dass dies extrem schwierig und ziemlich kostspielig in der Herstellung (die NASA zahlte 6,00 $ pro kg, im Vergleich zu LOX, das 1959 0,04 $ pro kg kostete), Lagerung und Verwendung als Treibmittelkomponente eines beliebigen Systems, einschließlich Raketen, macht keine Ausnahmen. Die Kombination mit flüssigem Wasserstoff in der unteren Atmosphäre bringt auch Sauerstoff und Wasserdampf in die Gleichung ein, wodurch Flusssäure entsteht . Obwohl es eine schwache Säure ist, ist es nicht wirklich ein wünschenswertes Nebenprodukt der Reaktion von Fluorid und Wasserstoff, während die Reaktion von LOX mit LH2 H ₂ O (Wasser) erzeugt.

Kurz gesagt, LOX/LH2 ist viel billiger, viel sicherer, um ein Vielfaches einfacher zu konstruieren (Motoren, Lagertanks usw.) und aufgrund all dieser Trades ein bevorzugtes Oxidationsmittel für große Trägerraketen. Es hat ein paar Nachteile, aber wir haben gelernt, sie zu umgehen, und sie wurden bei vielen Starts verwendet, ohne dass ein großer Radius um einen Startplatz vor und während der tatsächlichen Verwendung von LF2 aus Angst vor einer Umweltkatastrophe evakuiert werden musste. Um diese Risiken zu senken, lohnt es sich, 4-5 % der Leistung zu opfern, keine Frage.

Bearbeiten, um hinzuzufügen : Aber es sollte erwähnt werden, dass 4-5% ein theoretischer Best-Case -Unterschied zwischen LF2 / LH2 und LOX / LH2-spezifischem Impuls ist, und dieser Unterschied würde sich erheblich verringern, möglicherweise sogar zugunsten von LOX / LH2 umkehren. wenn wir Konstruktionseinschränkungen und das zusätzliche Gewicht der Bühnen und ihrer Motoren berücksichtigen, wenn stattdessen LF2/LH2 verwendet wird. Dies ist etwas streitsüchtig, sollte aber auch bei der Interpretation theoretischer Best-Case -Daten berücksichtigt werden.

Zusätzlich zu allen von TidalWave aufgeworfenen Problemen müssen Sie auch die Auspuffprodukte berücksichtigen.

Der Haupttank des Space Shuttles beförderte etwa 730 Tonnen Wasserstoff und Sauerstoff. Beim Verbrennen entstehen etwa 730 Tonnen Wasser, die fröhliche Chemikalie, die wir alle lieben. Beim Verbrennen von etwa 730 Tonnen Wasserstoff und Fluor entstehen etwa 730 Tonnen sehr heißer Fluorwasserstoff, der hochgiftig und extrem ätzend ist. Es greift Glas, Metalle und so ziemlich alles andere an, höchstwahrscheinlich einschließlich Raketendüsen und Startrampen. Es verursacht schreckliche Verbrennungen am menschlichen Fleisch. Sie wollen dies nicht.

Fluor ist sehr giftig und neigt dazu, mehr als nur den Kraftstoff zu oxidieren.