Ist es schlimm, wenn Hydrazin auf einem Raumschiff gefriert? Wird es immer flüssig gehalten oder kann es sicher eingefroren und bei Bedarf aufgetaut werden?

Nachdem ich diese Antwort gelesen hatte, fragte ich mich, was passiert, wenn Hydrazin gefriert.

Es sieht so aus, als wäre es "normal" und nicht wie Wasser, in dem Sinne, dass es sich beim Gefrieren zusammenzieht, im Gegensatz zu Wasser, das sich ausdehnt und mechanische Schäden verursachen kann.

https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a042039.pdf

Manchmal werden nach mehreren Jahren Hydrazin-Triebwerke verwendet, und ein extremes Beispiel wäre der Neustart von ISEE-3/ICE. Aber das war ca. 1 AE. Manchmal wird Hydrazin in viel weiter entfernten Raumfahrzeugen verwendet; Voyager 1 zündet Triebwerke nach 37 Jahren , und ich bin mir nicht sicher, ob es sein Hydrazin die ganze Zeit über dem Schmelzpunkt hätte halten können, aber ich weiß es nicht.

Laut Antworten dort scheint das Hydrazin der Voyager über dem Gefrierpunkt gehalten zu werden, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass das Einfrieren von Hydrazin im Allgemeinen katastrophal wäre, sondern nur, dass es einfacher ist, es flüssig zu halten, als ein spezielles System zum Auftauen einzurichten es bei Bedarf.

Wie kalt ist den Voyagern jetzt? Kälter als LOX? Kälter als SOX?

„Nach 39 Jahren Dauerbetrieb im Weltraum ist die Leistung der Stromversorgungssysteme der Voyager 1 & 2-Raumfahrzeuge Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG) so weit zurückgegangen, dass die Verwaltung der Leistungsspanne und die Aufrechterhaltung der thermischen Kontrolle zunehmend schwieriger geworden sind Die Verlustleistung im Bus hat abgenommen, die Temperaturen der Treibmittelleitungen und der Abstand über der minimal zulässigen Flugtemperatur (AFT) sind zurückgegangen, wodurch die Gefahr besteht, dass das Hydrazin einfriert (bei 1,6 °C). " - Zusammenfassung von
@JCRM Ich hatte eine Bearbeitung vorgenommen, während Sie das eingegeben haben, und habe jetzt allgemein hinzugefügt . In diesem Fall ist es ein Problem, weil es mangels Wärme nicht wieder aufgetaut werden kann. Aber ich frage mich, ob es Probleme gibt, die über das Fehlen eines Auftausystems hinausgehen.
Ich erinnere mich, dass es schlecht war, aber nicht genau warum, und ich bin weg von meinen Referenzen. Ich habe eine schwache Erinnerung daran, dass es in Ordnung war, einzufrieren, aber das Auftauen gefährlich war - als würde es beim Einfrieren superverpackt, dann schoss der Druck beim Auftauen in die Höhe (bezogen auf Rohre, nicht auf Tanks).
@OrganicMarble Ich sehe die Komplexität eines Systems, das frosttolerant ist. Dann sollte das System der Voyager eine sorgfältige Untersuchung wert sein; während der Tank irgendwann "gemütlich" sein darf, muss die Temperatur zwischen dort und den Düsen unter den Gefrierpunkt fallen.
@JCRM ja, dito.
Laut dem Papier ist die Temperatur noch nicht unter den Gefrierpunkt gefallen, und Änderungen an der Energieverwaltung wurden verweigert, um dies zu verhindern.
Eine häufige Art, wie Dinge schlecht laufen - Gefrierdestillation. Die Fraktionen trennen sich, das stabile (und stabilisierende) UDMH kann sich von einfachem Hydrazin trennen, das einfach gerne ohne Grund explodiert.
@SF - würden sich die Fraktionen im freien Fall trennen?
@aml: Von Sachen wie Hydrazin - zweifelhaft, da ich mir ziemlich sicher bin, dass es sich in amorpher Form verfestigt, ähnlich wie andere ölige Substanzen. Dinge, die sich jedoch herauskristallisieren können – auf jeden Fall; alle Kristallisationszentren werden glücklich zu sehr reinen Kristallen wachsen.
@SF. wenn zwei dinge unterschiedliche schmelzpunkte haben, friert natürlich das eine vor dem anderen aus. en.wikipedia.org/wiki/Fractional_freezing lecker!
@uhoh: Beachten Sie, wie Sie entweder mit Substanzen arbeiten, die kristallisieren (Wasser) oder mit der Schwerkraft (Schichtung von Flüssigkeiten unterschiedlicher spezifischer Dichte). Wenn sich Ihre Mischung zu Gel (oder Fett oder margarineähnlicher Emulsion) verfestigt, trennen sich die Fraktionen nicht. Aber ich persönlich habe nur eine halbinformierte Vermutung darüber angestellt, wie festes Hydrazin ist.
Ich werde bei der örtlichen Apotheke vorbeischauen und mir ein Pint holen und es heute Abend probieren.
Andererseits frage ich mich, wie schwer es wäre, ein thermisches Kontrollsystem zu haben, das direkt auf die Wärme des RTG zurückgreift, sobald das Fahrzeug ausreichend weit von der Sonne entfernt ist und die RTG-Leistung auf ein Niveau gesunken ist, auf dem nur die Verwendung des Stroms ausreicht 't cut it, und die ganze Hitze ins Leere zu strahlen, ist ein reiner Verlust, keine Notwendigkeit.
Übrigens, ich denke, ich habe eine bessere Idee , als ein halbes Liter Hydrazin in den Gefrierschrank zu stellen. (wenn auch zweifellos weniger Spaß.)
... und es sieht so aus, als würde Hydrazin beim Einfrieren kristallisieren.
@SF. Kristallographen unternehmen große Anstrengungen, um etwas zum Kristallisieren zu bringen, oft "gegen seinen Willen", und Sie machen deutlich, dass bei einer Mischung andere Dinge passieren können.
Offensichtlich ist der Heilige Gral hier eine solide Rakete, die von einer H2O2/UDMH-Kombination angetrieben wird. Der Trick wäre, den Kraftstoff gefroren zu halten und so die mit T-Stof/C-Stof verbundenen Gefahren und Risiken zu vermeiden. Diese Art von "fro-cket" würde einen ISP erzeugen, der über 80 Sekunden höher ist als ein SRB.

Antworten (3)

Zumindest für das Space Shuttle war das Einfrieren in Ordnung, aber das Auftauen war schlecht für die Rohrleitungen. Hydrazin zieht sich zusammen, wenn es gefriert, so dass es „superpacken“ kann (es fließt mehr Flüssigkeit hinein, gefriert dann usw.) ... dann, wenn es auftaut, ist mehr als in das Rohr passt, und es kann platzen.

In der Hilfsenergieeinheit des Space Shuttles durften Hydrazinleitungen zwei Gefrier- / Auftauzyklen überstehen, aber dann galten sie als verloren.

Referenz: Space-Shuttle-Flugregeln , Seite 10-5

Der Olympus-Satellit (1989-053A, 20122) verlor so lange an Ausrichtung und Leistung, dass der gesamte Treibstoff gefror. Es wurde nach ein paar Monaten geborgen und der Kraftstoff aufgetaut. Ich konnte nicht leicht herausfinden, welcher Kraftstoff verwendet wurde, aber es muss entweder Hydrazin oder ein Derivat sein. Der New Scientist-Artikel Nine week battle that saved Olympus vom 21. September 1991 erklärt:

Ingenieure der Europäischen Weltraumorganisation berichteten diese Woche über die dramatische 64-tägige Rettung des Olympus-Satelliten der Agentur, der Ende Mai außer Kontrolle geriet, sein Treibstoff festgefroren und seine Batterien leer waren.

[...] Der Satellit drehte sich einmal alle 90 Sekunden, seine Temperatur fiel auf unter -50 °C und er driftete mit 5 Grad pro Tag nach Osten. Obwohl die Solaranordnung bei Verlust der Kontrolle von der Sonne weg zeigte, wusste das Team, dass Licht auf die Anordnung fallen würde, wenn sich die Erde um die Sonne drehte. Bis zum 19. Juni hatte sich das Array so weit gedreht, dass es genügend Energie hatte, um auf einen Befehl zu reagieren, der aus Perth in Australien hochgebeamt wurde.

Am 1. Juli war genügend Energie in den Batterien, um das Array vollständig zur Sonne zu drehen, und damit waren alle Batterien bis zum 8. Juli aufgeladen. Mit der Wiederherstellung der Stromversorgung war es möglich, den Treibstoff und die Triebwerke aufzutauen, die die Position von Olympus kontrollieren. Die Ingenieure befürchteten, dass mit gefrorenem Treibstoff verstopfte Rohre und Ventile geplatzt und der Satellit irreparabel beschädigt worden sein könnten. Aber die Testschüsse am 26. Juli verliefen gut.

Danke! Ich habe ein Blockzitat einiger relevanter Abschnitte hinzugefügt, um sicherzustellen, dass Ihre Antwort informativ bleibt, wenn der Link unterbrochen wird. Gunters Weltraumseite für Olympus F1 (1989-053A) erwähnt R-4D- Triebwerke, die NTO / MMH verwenden, sowie einen "Bipropellant Liquid Apogäumsmotor". Ich denke, dies ist ein wichtiger Datenpunkt für gefrorenes flüssiges Treibmittel, auch wenn es sich nicht um spezifisch reines Hydrazin handelt.

Dies ist eine kleine Ausarbeitung der Antworten von Organic Marble und Ross Milikan. Das treibende Prinzip ist das gleiche Superpack (ich habe es noch nie so genannt gehört) wie in der Antwort von Organic Marble.

Es gibt einen Unterschied darin, dass die Gefrierpunkte von Hydrazin, Stickstofftetroxid und Monomethylhydrazin ziemlich unterschiedlich sind (sehr grob 2 ° C, ~ -15 ° C bzw. -45 ° C), aber es ist der gleiche Prozess: Kälte-> Einfrieren- >Kontraktion->mehr Flüssigkeit (unter Druck) füllt die Leere->Auftauen und Ausdehnung einer verschlossenen Leere.

Mein Beitrag: Die Abhilfe besteht darin, zunächst zu versuchen, nur die Rohrzonen aufzutauen, die an wärmere, flüssige Rohrabschnitte angrenzen. Das funktioniert nur, wenn die Heizungen für die Rohrleitungen dies zulassen.

Ist es schlimm, wenn Hydrazin auf einem Raumschiff gefriert? Wird es immer flüssig gehalten oder kann es sicher eingefroren und bei Bedarf aufgetaut werden?
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