Welche Eigenschaften definieren einen guten Festtreibstoff für einen Hybridmotor? (z. B. warum nicht Holz verwenden?)

Holz brennt gut mit LOX oder gasförmigem Sauerstoff; es würde in dem Sinne "funktionieren", dass es heißes Abgas erzeugen würde, das durch eine konvergent-divergente Düse beschleunigt werden könnte, um Schub zu erzeugen. Holz besteht hauptsächlich aus Zellulose und anderen Kohlenhydraten; Zellulose wurde mit GOX für respektable 247 Sekunden spezifischer Impulse befeuert.

Es gibt jedoch mindestens ein paar Möglichkeiten, wie es nicht ideal ist.

Die Zellstruktur von natürlichem Holz brennt ungleichmäßig, sodass der Schub nicht gleichmäßig ist. Wie ein knisternder Kaminscheit werden sich Stücke von unvorhersehbarer Größe vom "Korn" abspalten; Es ist möglich, dass sich Splitter in der Düse des Halses verfangen und Druckspitzen in der "Brennkammer" verursachen und so weiter.

Zweitens bewegt sich die Dichte von trockenem Holz je nach Art im Bereich von etwa 0,5–1,0 g/cc, verglichen mit reiner Zellulose bei 1,5 g/cc . Sein dichtespezifischer Impuls ist also nicht groß. Darüber hinaus enthält auch trockenes Holz eine gewisse Menge Feuchtigkeit, die kein Eigengewicht ist, das zur Verbrennung beiträgt (obwohl es natürlich zur Reaktionsmasse beitragen würde).

Während also eine Holz-Hybridrakete zu Demonstrationszwecken gebaut und geflogen werden könnte, stehen bessere Optionen zur Verfügung.

Ich möchte darauf hinweisen, dass Feuchtigkeit und in ausreichend geringen Mengen sogar Mineralien möglicherweise keine Verbrennungsenergie hinzufügen, aber als Reaktionsmasse dienen. Leider nehme ich an, dass Mineralien dazu neigen, abrasive Asche zu produzieren, die schlecht für Hals und Düse wäre. Die geringe Dichte von Holz macht es auch zu einem guten Isolator, so dass man möglicherweise niedertemperaturtolerantes Material hat, das den Holzblock zur Druckbegrenzung umhüllt; erst wenn die Holzschicht sehr dünn wird, würde genug Wärme austreten, um die Struktur zu erweichen oder anderweitig zu bedrohen. Aber das grundlegende Problem der Qualitätskontrolle bleibt bestehen, da das Holz, wie bereits erwähnt, zum Reißen neigt, heiße Stellen auf der Druckhaltefolie erzeugt und die Verwendung des Holzes vorzeitig und zu einem unvorhersehbaren Zeitpunkt beendet wird, ganz zu schweigen davon, dass große Glut abfällt, die das blockiert Düse wie auch erwähnt. Um die Verbrennung vorhersehbarer zu machen, müsste man feste Holzblöcke in dünne Schichten brechen, um sie als Sperrholz neu zu verpacken. Es scheint mir, dass der Hauptvorteil der Verwendung von Holz als Brennstoff darin besteht, einfach einen passend geformten Block aus natürlichem Holz zu finden, ihn so zu fräsen, dass er in den Druckschutzmantel passt, und eine zentrale Säule für die anfängliche Verbrennung zu bohren, ein Vorteil, der vollständig verworfen wird wenn wir das Holz als Sperrholz oder Spanplatte aufbauen müssen. Wenn wir es aufbauen müssen, können wir stattdessen auch Paraffin oder ähnliches verwenden. Und der Isolationsfaktor ist ein bisschen wie ein Ablenkungsmanöver; Hybrid-Festbrennstoffelemente isolieren durch Ablation, die äußeren Schichten werden ausreichend kühl gehalten, da die brennende innere Schicht verdampft. In der Tat,

Gentechnisch veränderte „Stufenbäume“ à la Niven sind natürlich keine Hybriden, da das Oxidationsmittel dem Kraftstoff beigemischt wird, um einen traditionelleren Festtreibstoff herzustellen, der nicht kontrolliert werden kann. Vermutlich sind die Stufenbäume jedoch sehr ausgefeilt in Bezug auf die Schichtung ihrer Verbrennungselemente für eine vorgeschriebene Verbrennung und haben sowohl einen sehr hohen Schub (um den Schwerkraftverlust während des Aufstiegs zu minimieren) als auch einen sehr geringen Anteil an Treibmittel / "trockener" Masse, was meiner Meinung nach erreicht wird durch eine Kombination aus sehr leichter, aber starker Außenhaut (etwas wie Spinnennetz oder starkes Kevlar – Kevlar verträgt auch ziemlich hohe Temperaturen) und einer starken, aber brennbaren Zellstruktur. Ich schätze, das Massenverhältnis von Treibstoff zu verbrauchter Masse, von der der interstellare "Samen" nur ein Teil wäre, muss weit über 1000 liegen. Wir können' Ich mache das nicht mit von Menschen hergestellten Raketen, aber ich nehme an, es könnte für etwas biologisch Gezüchtetes möglich sein, dies zu erreichen. Es muss ein Gesamt-Delta-V von der Oberfläche von 20 km / s oder mehr erreichen, um eine Systemaustrittsgeschwindigkeit zu erreichen und somit seinen Samen mit einer anständigen Geschwindigkeit zwischen den Sternen zu senden. Sobald es gestartet ist, setzt es vermutlich eine Art Sonnensegel ein, um bei engen Begegnungen mit Sternen zu manövrieren, um entweder auf einen anderen Kandidatenstern zu zielen oder um mit einem geeigneten lebenstragenden Planeten zu kollidieren. Je nachdem, wie groß dieser "Same" sein muss, um Hunderttausende bis Millionen von Jahren zu überleben, wenn er von Stern zu Stern gleitet - ich schätze eine Tonne, mehr oder weniger eine Größenordnung -, würde ich den Baum annehmen selbst - der eigentliche Raketenrüssel,

Und es müsste das Delta-V "kennen", das benötigt wird, um seinen Samen vom Wirtsplaneten weiterzusenden. Glücklicherweise sind diese Informationen von seinem Eintritt in das Wirtssternsystem, seiner Entdeckung und Annäherung an den Wirtsplaneten verfügbar und werden durch die Beobachtung von atmosphärischen Eintrittsdetails des Planeten verfeinert. Dies alles kann in eine einfache Benchmark-Zahl integriert werden, die in genetischem Material kodiert werden kann und ihre detaillierte Wachstumsstrategie leitet, die auf eine bestimmte Größe abzielt, um einen weiteren interstellaren Start zu erreichen. Der Baum muss auch einen Zielstern in der Ebene der Ekliptik seines Wirtssystems auswählen und seinen Start so planen, dass er darauf zielt. Angesichts der Art von Optik, die für die interstellare Navigation benötigt wird, nehme ich an, dass dies ziemlich einfach ist.

Also ja, Bühnenbäume könnten eine Sache sein, obwohl ich nicht viel von ihren Chancen halte, sich durch reinen Zufall zu entwickeln. Nivens sollen sich jedoch nicht zufällig entwickelt haben; Sie sind Nachkommen gentechnisch veränderter Produkte, die der „Slaver“-Spezies alias Thrintun eine billige Startfähigkeit bieten sollen, und ihre Ingenieure, die Tnuctipun-Sklaven-/Rebellenspezies, haben möglicherweise heimlich Module installiert, die sie für die interstellare Ausbreitung und das Überleben prädisponieren, die jetzt von a verfeinert wurden Milliarden Jahre natürlicher Selektion, nachdem die Tnuctipun das Sklavenreich in einer gegenseitig zerstörerischen Rebellion besiegt hatten.