Premetto che non so se sia la sezione più appropriata per una discussione come questa che magari volgerà al tecnico, per cui se l’admin ritiene di doverla spostare faccia pure
Uno dei problemi che spesso vengono imputati agli stadi a propellente solido è quello dell’impossibilità di spegnimento una volta accesi, mi pare però di ricordare che la miscela del combustibile sia reattiva solamente a pressioni decisamente alte e temperature lo stesso alte.
Mi viene quindi la domanda, non sarebbe possibile realizzare un sistema di apertura d’emergenza, magari attraverso delle valvole o delle aperture di sicurezza che in caso di problemi abbattano la pressione all’interno della camera di combustione provocando lo spegnimento dello stadio?
Un sistema simile potrebbe essere fattibile? E se si perchè non è previsto nei SRB dello Shuttle che essendo man rated dovrebbe avere una soglia di sicurezza maggiore?
Esiste qualche cosa di simile su vettori tradizionali? Anche se ammetto che l’utilità se non è presente l’equipaggio sia praticamente nulla… visto che il payload andrebbe comunque perso e tanto vale far saltare tutto…
Non penso che sia così facile…
Parlo da profano, ma provo a fare un ragionamento.
I razzi a combustibile solido sono come i fischioni: all’interno inizia una reazione che produce dei residui di combustione che vengono sparati (grazie proprio al loro aumento di pressione) per dare propulsione.
La pressione interna serve a controllare la reazione e incanalare la spinta in una determinata direzione.
Se “togliessimo il tappo” la reazione del combustibile non sarebbe più limitata e quindi potrebbe letteralmente esplodere…
Sarebbe come tagliare il fischione e dargli fuoco: non si spegne, ma brucia rapidamente in una fiammata o addirittura esplode.
Non so, ma forse l’unica possibilità potrebbe essere la suddivisione del Booster in 3 o 4 camere separate che si accendono in sequenza, ma sicuramente la spinta sarebbe minore…
Forse proprio 1/3 o 1/4…
Uhmm si beh certamente la fuoriuscita di gas al momento dell’apertura sarebbe abbastanza violenta ma non appena la pressione all’interno crolla la reazione dovrebbe arrestarsi…
Pensandoci però ho paura che un valvola non basti… confrontando le dimensioni dell’ugello… E far saltare una parete laterale? o dividere due segmenti?
Dovrebbe aprirsi a metà come i missili ad elastico con il paracadute…
Ma bisogna vedere se la reazione si ferma istantaneamente come per incanto o non prosegue anche solo per poche frazioni di secondo.
Senza contare che la chiusura deve essere tanto robusta quanto rapida ad aprirsi…
Io non credo che la reazione chimica in se possa esaurirsi con abbassamenti, per quanto repentini, di pressione, probabilmente diminuirebbe la quantità di propellente bruciato ma in ogni caso la reazione non si fermerebbe semplicemente, cioè ci sarebbe un’inerzia chimica (non so se un concetto del genere esista ma è per capirsi) che non permetterebbe, secondo me, uno spegnimento sicuro della reazione, anzi potrebbe portare a delle irregolarità nella reazione, potenzialmente pericolose.
Mi pare che la “gelatina” dei SRB se avvicinata ad una fiamma a pressione ambientale non sia infiammabile, per cui se si riuscisse a portare la pressione interna a valori relativamente bassi si potrebbe arrestare o almeno “immunizzare” la reazione, evitando la produzione di gas e quindi spegnendo il SRB…
Pensavo ad esempio a qualche cosa come un pannello sul lato esterno che saltasse oppure ad una specie di “torre di lancio” in miniatura che faccia allontanare l’ultimo segmento verso l’alto facendo “sfogare” la pressione nella parte superiore del SRB…
Sono idee che mi stanno venendo in mente ora… più che altro mi interessava sapere se la cosa potesse in qualche modo essere fattibile…
Si, ma la fase di accensione e le fasi successive sono distinte, una cosa è una miscela combustibile/comburente inerte, un’altra cosa è quando avviene la reazione. C’è una trasformazione di energia potenziale chimica in cinetica che difficilmente secondo me può essere fermata con un abbassamento di pressione. Quello che può avvenire è che la reazione diventi meno violenta ma non che si esaurisca (IMHO ovviamente).
Non ricordo bene dove l’ho letto, ma mi sembra che nei siti di test degli stadi a propellente solido sia previsto un sistema che in caso di malfunzionamento taglia letteralmente il case proprio allo scopo di arrestare la reazione.
E’ un ricordo un po’ vago, cercherò di recuperare l’articolo in cui l’ho visto.
Di fatto invece abbassando bruscamente la pressione all’interno del grano la spinta si riduce subito. La formula della spinta di un razzo dipende dalla pressione in camera di combustione, e di fatto la camera di comustione di un SRB è proprio la sua cavità. Di conseguenza se faccio in modo che la pressione di combustione diminuisca repentinamente (sarebbe come allargare l’ugello, oppure molto più “facile” aprire dei fori nel case del SRB) la spinta diminuirà altrettanto repentinamente. Tra l’altro la velocità di reazione del grano dipende fortemente (a parità di temperatura) dalla pressione…per cui no pressione no reazione no spinta!! ovviamente realizzare il tutto su un SRB dello shuttle non è cosa facile, forse è per questo che non è stato introdotto un sistema di shutdown di emergenza.
Trovato: http://www.esa.int/SPECIALS/ESRIN_SITE/SEM0FF29R9F_0.html
Cito dall’articolo: “Solid propellant rockets cannot be shut down once they have been ignited. The test engine was equipped with specially designed cutters to break open the casing and stop the test, should a malfunction have made this necessary.”
A livello di test, è quindi possibile spegnere un RSB semplicemente rompendo il contenitore. Sicuramente farlo su un SRB in volo è ben altra cosa.
Per il resto, posso confermare quello che dice Sivodave: molte reazioni hanno una cinetica fortemente influenzata dalla pressione, quindi è possibile arrestarle (o per lo meno mitigarle fortemente) con un repentino abbassamento della stessa; senza contare che l’espansione dei gas portebbe portare anche un abbassamento della temperatura tale da inibire ulteriormente la reazione (ma questa è una mia speculazione)
si perchè diminuendo la velocità di reazione se questa scende al di sotto di un certo livello la reazione non ha più l’energia per avvenire e quindi si spegne…ovviamente qua stiamo parlando di far calare la pressione in un tempo brevissimo, questione di un o due secondi…inoltre con una pressione così bassa la spinta è altrettanto bassa e insufficiente a spingere il razzo per cui di fatto lo si può considerare spento…gli stessi SRB vengono separati quando hanno ancora un po’ di propellente solido da consumare ma ormai la spinta che fornirebbero è così bassa che non conviene più portarseli ancora appresso…si tratta della fase di tail-off…cioè la reazione avviene ancora ma la pressione in camera di combustione è così bassa che la spinta è trascurabile per cui si può considerare spento il razzo…allo stesso modo in un shutdown la reazione a causa della bassissima pressione è talmente lenta che quello che esce dal razzo è poco più che fumo niente che possa spingere qualcosa…
Uhmm si spegne… se una reazione non può avvenire presumo non avvenga in ogni caso…
A parte l'aumento di peso che comporterebbe una struttura simile, ma ricorda che [i]un po' più giù[/i] c'è appeso un orbiter... 8-[
Beh sarebbe comunque un orbiter destinato ad un rientro al KSC da una quota bassa a cui lo scudo termico non serve più… ovviamente lo sfogo sarebbe sul lato meno esposto.
Esatto… tra l’altro forse avevo anche scritto un articolo da questa notizia :?
Più o meno quello che intendevo io… solo in volo…
Oh… grazie dell’aggiunta… in effetti non avevo minimamente considerato tutto l’utilizzo che si fa sugli ICBM di propellente solido… :?
Per quanto riguarda lo Shuttle… non ne avevo mai sentito parlare… ma magari qualcuno più esperto in storia dell’astronautica e dello Shuttle ne conosce qualcosa… ai tempi… non mi interessavo ancora di astronautica…
Come aggiunta ho trovato anche uno studio per utilizzare un sistema simile con i booster per il Titan III destinato al Dynasoar:
[i]"You can shut down most solids by blowing open vents in the casing, because
modern solid fuels don’t burn well except at high pressure. In fact, most
solid-fuel ICBMs do shut down their solid stages that way, to minimize
trajectory errors.
The original Titan III SRBs had a shutdown system of that kind (you can
see the outlines of the shutdown ports on the SRB nose cones), because of
the intended use to launch Dyna-Soar. Dyna-Soar’s main abort mode was to
separate from the booster, but it was thought desirable to terminate
booster thrust to make sure that the loose booster didn’t catch up with
the escaping Dyna-Soar. (The shutdown system was deleted when it became
clear that neither Dyna-Soar nor MOL would ever fly.)" [/i] http://yarchive.net/space/shuttle/srb_shutdown.html
Non è del tutto esatto: una reazione può avvenire in certe condizioni ma non in altre. Le reazioni di combustione avvengono solo quando si supera una determinata soglia energetica; è per questo che nella maggior parte dei casi ti serve l’innesco per accendere qualcosa. L’innesco fornisce localmente la quantità di energia necessaria per iniziare la reazione, e l’energia liberata provvede a sostenere (o incrementare) la reazione stessa. Alcune combustioni (è il caso degli ipergolici) hanno un’energia di innesco che è inferiore a quella già posseduta dal sistema in condizioni normali, quindi non è necessario fornirne dall’esterno per iniziare la reazione. Altre invece hanno una soglia molto alta, come idrogeno e ossigeno, e senza inneschi di sorta si possono lasciare insieme indefinitamente senza che si formi una sola molecola d’acqua. In questo caso mi sembra che più che dalla pressione la cinetica sia influenzata dalla pressione parziale e dal rapporto stechiomentrico.
Comunque ogni reazione ha la sua cinetica, e non è detto che una volta avviata sia sempre possibile raggiungere le condizioni di arresto prima che il combustibile sia esaurito.
Mi chiedevo il motivo di questa complicazione, in termini progettuali (valve apribili, segmenti ejettabili…) e ovviamente di peso.
Parlo da non tecnico e probabilmente dirò una boiata:
Ma nel sistema STS non è previsto che in caso di problemi i booster vengano sganciati e fatti esplodere a debita distanza, per poi eseguire un aborto RTLS?
In fin dei conti se ci fosse una necessità di spegnerli, ciò potrebbe essere legato solo a rischi di combustioni esplosive, ma in questo caso penso che siano comunque richiesti tempi di spegnimento troppo rapidi.
IMHO ovviamente.
Forse sto per dire una stupidata… e se così fosse me ne scuso… tutto quello che hai detto è esatto, però se l’innesco non avviene avvicinando la miscela ad una fiamma, se ipoteticamente la temperatura di combustione è simile a quella della fiamma… anche la combustione non dovrebbe avvenire, giusto? (il tutto a pressione costante e ambiente)
No, sganciare i SRB mentre sono accesi è impossibile perchè ci sarebbero problemi di integrità strutturale enormi sugli attacchi all’ET dati dall’enorme spinta che danno, in secondo luogo investirebbero appenda dopo l’intero orbiter e il serbatoio con i gas di scarico lasciando ben poco scampo… sempre ipotizzando che non vadano direttamente a sbattere su di essi (sono staccati di pochi cm, con la “gonnella” dell’ugello che è sporgente)
