Treibmittelabsetzung für RCS-Triebwerke

Die jüngsten Diskussionen über die SpaceX SuperDraco-Triebwerke brachten mich zum Nachdenken:

Wenn Sie ein Turbopumpen-Raketentriebwerk in Null-G neu starten, müssen Sie eine "Absetz-" oder "Schwund"-Verbrennung durchführen, um das Treibmittel, das in den Tanks herumschwimmt, dazu zu bringen, sich in der Nähe der Pumpeneinlässe zu beruhigen, oder die Pumpen nehmen den Druck des Tanks auf Gas und schlimme Dinge passieren. Typischerweise tun Sie dies, indem Sie Ihre RCS-Triebwerke gerade genug abfeuern, um eine gewisse Kraft auf den Tank auszuüben, wodurch die Flüssigkeit zum "Boden" des Tanks gelangt und das Druckgas nach "oben" befördert wird.

Aber hier war ich verwirrt: Warum müssen sich die RCS-Triebwerke selbst nicht beruhigen? Wenn es sich um Kaltgas-Triebwerke handelt, gibt es kein Problem, aber warum haben hypergolische Triebwerke nicht das gleiche Problem wie Turbopumpenmotoren? Wie wird dieses Problem gelöst?

Auf den US-Space-Shuttle-Orbitern gab es Vorrichtungen in den RCS-Tanks, um eine bestimmte Menge Treibmittel am Tankauslass einzufangen, genug, um Sie zum Laufen zu bringen.
Das macht Sinn. Dies ist besonders sinnvoll, da Sie eine mehrachsige Beruhigung benötigen, wenn Sie die Triebwerke in Vierergruppen gruppieren. Vielen Dank.

Antworten (1)

Die Frage ist genau richtig, das gleiche Problem, Flüssigtreibstoff zur Ausgangszufuhr eines Treibstofftanks zu bringen, gilt für alle Flüssigantriebssysteme. Dies gilt gleichermaßen für RCS-Triebwerke, um sich für einen Haupttriebwerk der Trägerrakete und jede Art von satellitengestütztem Antrieb, ob groß oder klein, niederzulassen.

Designlösungen, die mir bekannt sind:

  1. Eine elastomere Membran, die das flüssige Treibmittel und das gasförmige Druckmittel trennt. Eine gängige Wahl war Silikonkautschuk, der zumindest für N2H4, Hydrazin, funktioniert, obwohl es in den 1980er Jahren Bedenken gab, dass Silikon in den Treibstoff eindringt und die Katalysatoren von Triebwerken mit Monotreibstoff vergiftet. Soweit mir bekannt ist, ist es nicht mit N2O4 oder MON kompatibel.
  2. Oberflächenspannungsvorrichtungen im Tank, die für eine kontinuierliche Anwesenheit von Flüssigkeit sorgen, die den Ausgang bedeckt. Es gibt viele interessante Konstruktionen, darunter Kanäle, die von der Oberseite des Tanks nach unten verlaufen, und ein "Schwamm" oder eine andere Falle, um die Treibstoffversorgung auch bei ungünstigen Beschleunigungen zu gewährleisten. Die Art der Oberflächenspannungsvorrichtungen muss in Verbindung mit der Masse des Satelliten und den Triebwerken und den erwarteten Manövertypen sehr sorgfältig durchdacht werden.
  3. Ich verstehe, dass das Sojus-Raumschiff möglicherweise eine Metallmembran verwendet. Ich kann mir vorstellen, dass es im Vergleich zum Gummityp einen ziemlichen Gewichtsnachteil gibt und dass die Ausstoßeffizienz eher schlechter sein könnte. Auf der positiven Seite könnte es bei sorgfältiger Materialauswahl langfristig mit N204/MON kompatibel sein, und N2H4/MMH scheint viel mehr Freiheit für willkürliche Manöver zu gewähren als ein Oberflächenspannungsgerät.
  4. Ich glaube, einige Satelliten verwenden weiterhin Settling-Triebwerke. Ich habe von Ionen-Triebwerken gehört, die auf diese Weise verwendet werden, um eine gute Treibmittelversorgung für ein größeres chemisches Triebwerk zu initiieren.

Alle diese Designs sind mit einem Massennachteil, Einschränkungen der Verwendbarkeit für Manöver oder Einschränkungen der Ausstoßeffizienz verbunden, und daher muss für jede Mission ein Design-Kompromiss getroffen werden.

Treibmittelabsetzung für RCS-Triebwerke
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