Wie viel wiegt ein Wasserstofftank im Vergleich zum darin enthaltenen Wasserstoff?

Wie ist das Verhältnis des Gewichts des Tanks zum Gewicht des Wasserstoffs für die in oberen Stufen verwendeten Arten von Tanks? Sind größere Tanks effizienter?

Dies dient dazu, den Transport von Wasserstoff als Brennstoff in Kombination mit lokalem Sauerstoff auf dem Mond in Betracht zu ziehen - also ziemlich hypothetisch, aber ich möchte ein solches System so genau wie möglich postulieren. Ich nehme an, die Art von Panzern, die zum Beispiel im Centaur verwendet werden, wäre das Richtige?

Centaur oder die S-II- und S-IVB-Stufen des Saturn V sind repräsentative Tanks, die Raketentriebwerke enthalten, aber sowohl Wasserstoff als auch flüssigen Sauerstoff transportieren. der Massenanteil des Treibmittels liegt für diese Stufen zwischen 86 % und 92,4 %. Der externe Kraftstofftank des US Space Shuttle wäre ein Beispiel für einen LH/LOX-Tank ohne Triebwerke; Sein Treibmittelmassenanteil beträgt in seinen späteren, superleichten Versionen 96,5%.
Das Design sollte die Gefahr durch Mikrometeoroiden (Dicke des Whipple-Schildes), die Verdampfungsrate (Anzahl der MLI-Schichten, Masse des Sonnenschutzes / des aktiven Kühlsystems) und die Belastung aufgrund der Beschleunigung beim Start und des Innendrucks berücksichtigen. Das nominelle Strukturmaterial ist normalerweise Al-Li 2050 oder Aluminium 2219-T87 , Tanks sind zylindrisch mit 2 / 2 Kuppeln. Dieser Kommentar gilt nicht als vollständige Antwort.

Antworten (1)

Selbst mit Wasserstoff ist das Tankgewicht im Vergleich zum Inhaltsgewicht recht gering. Einige Beispiele finden Sie hier (möglicherweise müssen Sie etwas rechnen, um die tatsächlichen Zahlen zu erhalten):

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19750004950.pdf

Sie haben Recht, dass der Wärmeverlust für größere Tanks weniger ein Problem darstellt, aber die strukturelle Integrität, insbesondere wenn sie den aerodynamischen Kräften des Starts ausgesetzt sind, wird zu einem größeren Problem.

Flüssigen Wasserstoff zum Mond zu transportieren, ist wahrscheinlich keine gute Option. Abgesehen vom hohen Tankvolumen und Gewicht (im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten) verkocht es auch sehr schnell unter Wärmestrahlung. Auf dem Weg zum Mond muss das Raumschiff mehrere Tage rollen und dabei Treibstoff verlieren.

Das funktioniert in der Regel folgendermaßen: Der Tank wird auf einem bestimmten Druck gehalten. Wird dieser Druck überschritten, öffnet sich ein Ventil, um etwas Gas abzulassen. So kocht die Flüssigkeit ständig: Wenn etwas Wärme in den Tank gelangt, verdampft etwas Wasserstoff und entweicht durch das Ventil. Die verdampfte Wasserstoffmenge ist die eingetragene Wärme über die spezifische Verdampfungswärme des Wasserstoffs bei seinem aktuellen Druck.

Nehmen wir an, wir stellen das Ventil auf einen höheren Druck ein. Dann würde der Wasserstoff weiter sieden und dadurch den Tank unter Druck setzen, bis dieser höhere Druck erreicht ist und das Ventil wieder öffnet. Jetzt haben wir eine etwas höhere Temperatur am Tank, weil die Siedetemperatur mit dem Druck steigt (bis zu einem bestimmten Punkt). Daher gibt es weniger Temperaturunterschiede zwischen dem kalten Wasserstoff im Inneren und der Sonneneinstrahlung auf der Außenseite und es gelangt weniger Wärme in den Tank. Allerdings müssen wir einen dickeren Tank bauen, und das lohnt sich in der Regel nicht. Wie aus dem oben verlinkten Dokument hervorgeht, sind Wasserstofftanks für den Betrieb bei einem bescheidenen Druckniveau von wenigen Bar ausgelegt. (und auch dieser Druck liegt nicht an der Temperatur im Tank, sondern am Druckbedarf des Pumpeneinlasses)

Die allgemeine Idee, Treibstoff zum Mond zu bringen, könnte machbar sein, obwohl viel Energie benötigt würde, um ausreichende Mengen an Sauerstoff für den Antrieb zu erzeugen.

Es sei denn, es gibt reichlich Wasser auf dem Mond, in diesem Fall wäre die Erzeugung von Brennstoff und Oxidationsmittel einfacher, aber das wird noch diskutiert.

Ich dachte daran, die Boil-Off-Raten in eine andere Frage zu stellen. Ich habe noch nichts gefunden, was mir eine klare Vorstellung davon gibt, wie das funktioniert. Ich habe eine Abhandlung über die vorgeschlagene „Zero Boil Off“-Speicherung auf der Erde gefunden. hydrogenresearch.org/nrm_nov05/fsec-baik-zbo-nov05.pdf Weiß nicht, ob es angepasst werden kann.
Der Tank müsste massiv isoliert und gekühlt werden. Es wird keinen Sinn machen, so etwas auf einem Raumschiff anzubringen. Ich werde der Antwort eine kleine Erklärung zum Abkochen hinzufügen.
Das ist ein interessanter Wälzer, zu dem Sie den Link gegeben haben. Ich werde wirklich lernen müssen, in NASA-Archiven herumzusuchen.
Wie viel wiegt ein Wasserstofftank im Vergleich zum darin enthaltenen Wasserstoff?
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