Verwendung von Kohlenmonoxid als Treibmittel auf dem Mars

Kann man Kohlenmonoxid als Treibstoff für eine Rakete verwenden?

Beispielsweise könnte Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre durch photochemische Reduktion mit einem photokatalytischen Prozess in Kohlenmonoxid und Sauerstoff umgewandelt werden, und im Gegensatz zur Sabatier-Reaktion (Erzeugung von Methan) wird dabei kein wertvolles Wasser verbraucht.

Könnten die resultierenden Produkte dann als potenzielle Bi-Treibstoffe verwendet werden?

2 C Ö 2 + 2 h v   →   2 C Ö + Ö 2

Es kann Probleme bei der Lagerung von LOX oder LCO geben, aber sofern diese irgendwie angegangen werden, könnte ein Raketentriebwerk oder ein Triebwerk diese effektiv nutzen?

Das ist eigentlich eine ziemlich interessante Frage! Teilen Sie einen Sauerstoff von CO2 und Sie haben immer noch ein Gas (tatsächlich zwei!), aber teilen Sie beide und alles, was Sie haben, ist ein Stück Kohle, es sei denn, Sie möchten anfangen, Ihr Wasser auszugeben. Könnte für einige lokale Anwendungen nützlich sein, zum Beispiel atmosphärische Aufklärungsfahrzeuge.
Ich hoffe, Sie haben nichts gegen meine Änderungen an Ihrer Frage. Fühlen Sie sich frei, einen Rollback durchzuführen, oder lassen Sie es mich wissen, und ich kann es tun.
Wie andere Gase könnte Kohlenmonoxid durch niedrige Temperatur verflüssigt werden. LCO (-191,5 °C) ist kälter als LOX (-183 °C), aber nicht so kalt wie LH2 (-252 °C). Wir sollten den spezifischen Impuls dieses Treibmittels mit anderen Kombinationen vergleichen.
Kohlenmonoxid ist ein weniger effizienter Brennstoff als Methan, wird aber auf dem Mars offenbar billiger zu produzieren sein
Wenn ich diesen vorgeschlagenen Venus-Verbrennungsmotor richtig verstehe, könnte man Lithium oder Magnesium in einer CO2-Atmosphäre verbrennen, ohne den Sauerstoff abtrennen zu müssen.
Der @LocalFluff Stored Chemical Energy Power Systems (SCEPS)-Reaktor ist ein Rankine-Zyklus-Stromgenerator für Elektrizität usw., keine Antriebsmethode. Sie können Holz verbrennen, um Strom zu erzeugen, das bedeutet nicht, dass Sie eine holzbefeuerte Rakete bauen können, obwohl ich jetzt eine Frage stellen möchte, warum nicht - hölzerne Dinge scheinen hier beliebte Wähler zu sein! :) 1 , 2 , 3 .
@LocalFluff ... und das tat ich !
Ich sehe schon: schlechte Energiedichte, schlechter spezifischer Impuls. Nicht abgrundtief schlecht, aber definitiv auf der niedrigen Seite. Könnte für Trägerraketen der ersten Stufe nützlich sein, aber definitiv nicht für interplanetare Reisen. Kohlenmonoxid ist als Verbrennungsprodukt willkommen, nicht als Substrat!

Antworten (3)

Ja, das könnte sein. Der ISP für CO/O2 liegt bei etwa 200 . Vergleichen Sie das mit Methan, mit einem spezifischen Impuls von 299, und Sie können sehen, dass es wirklich nicht so toll ist.

Von einigem damit zusammenhängendem Interesse ist eine heiße Kohlendioxidrakete mit einem theoretischen ISP von etwa 260. Dies würde für kurze Sprünge von Oberfläche zu Oberfläche funktionieren, aber nicht über den Orbit hinaus.

Beim Lesen des Papiers in dem Bericht beziehen sie sich auf ISP im Bereich von 260 bis 290, abhängig vom Kammerdruck. Ist die 200 ISP ein Tippfehler?
Die zitierte Quelle unterstützt Ihre Zahlen in genau null der drei numerischen Fälle. Möglicherweise möchten Sie die zitierte Quelle erneut lesen und Ihre Antwort bearbeiten.

LOX/CO-Antriebssysteme haben im Vergleich zu LOX/CH4-basierten Systemen einen niedrigeren Isp. Für ein äquivalentes Delta-V (oder eine Missionsanwendung) bedeutet dies also eine erhöhte Menge an Treibmittel, die aus der Marsumgebung extrahiert werden muss.

Allerdings haben CO-basierte Raketen auf dem Mars einen Vorteil: Der Treibstoff kann vollständig aus der Atmosphäre hergestellt werden. Dies ist eine Ressource, die an jedem Landeort leicht zugänglich ist.

Die vollständige In-situ-Produktion von LOX/CH4 auf dem Mars erfordert jedoch zusätzlich zur Atmosphärenverarbeitung den Zugang zu Wasser, um den benötigten Wasserstoff zu erhalten . Da flüssiges Wasser auf der Marsoberfläche nicht in stabiler Form existieren kann, wird dies höchstwahrscheinlich zusätzliche komplexe Systeme und Hardware (dh Landmasse) erfordern, um vergrabene Wassereisablagerungen zu extrahieren. Darüber hinaus wird der Standort der Oberflächenmission davon bestimmt, wo diese Wassereisablagerungen zu finden sind.

Lohnt es sich also?

Die Antwort auf diese Frage hängt wahrscheinlich von der Missionsanwendung ab.

Die Rakete auf CO-Basis kann der LOX/CH4 vorzuziehen erscheinen, wenn die hinzugefügte Treibmittelmasse am Ende geringer ist als die äquivalente Systemmasse, die für die Wassereis-ISRU-Extraktion und -Verarbeitung benötigt wird.

Bei kleinen Roboter-Aufstiegsfahrzeugen kann dies der Fall sein. Bei größeren Raumfahrzeugen (dh einem bemannten Marsaufstiegsfahrzeug mit einer trägen Masse von ~10.000 kg) wird das effizientere LOX/CH4 jedoch wahrscheinlich schnell den Kompromiss gewinnen. Dies gilt insbesondere, wenn die gelandete ISRU-Hardware für wiederholte Missionen verwendet werden soll.

Bisher scheint es an Erfolgen bei der praktischen Erprobung von CO/O2-Motoren zu fehlen. Anscheinend ist die Verbrennung schwer zu zünden und aufrechtzuerhalten, und die Leistung macht seltsame Dinge mit sich änderndem Kammerdruck. Natürlich lösbar, aber noch nicht gelöst, daher ist es ziemlich schwierig, die tatsächlichen Leistungs- und Zuverlässigkeitszahlen zu extrapolieren.

In TECHPORT_18280, veröffentlicht von der NASA, spricht die Zusammenfassung über die Arbeit an diesem Thema. Der theoretische ISP ist anscheinend relativ hoch (324s), aber das Gemisch scheint schwer sicher zu zünden. Anschließend wird darüber berichtet, wie eine solche sichere Zündung erreicht werden kann.

TECHPORT_18280 https://catalog.data.gov/dataset/o2-co-ignition-system-for-mars-sample-return-missions-phase-i

Verwendung von Kohlenmonoxid als Treibmittel auf dem Mars
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