Ciao a Tutti,Perche i Vettori sembrano "sfiatare"propellente prima del decollo ed i tubi di alimentazione come fanno a sganciarsi subito prima del lancio ? grazie
Non è che “sembra”, i razzi alimentati a propellenti criogenici sfiatano veramente perché appunto ribollono ed evaporano, infatti c’è la necessità di rabboccarli fino a poco prima del momento del decollo.
Aggiungo che se no, per l aumentare della pressione dovuto alla trasformazione della fase liquida in fase gassosa, esploderebbero… Si fa così uscire il gas ed aggiunge liquido come detto da Filippo.
Gli attacchi sono effettivamente degli oggetti molto critici, comunque o si sganciano da soli appena il vettore si muove, oppure hanno sistemi automatici di sgancio comandati dal ground segment al momento giusto.
L’esempio più classico di un razzo che non sfiata è quello del Proton, che infatti non utilizza propellenti criogenici.
Grazie mille
Ma per l’appunto,nei vettori perché vengono usati propellenti criogenici? Qual’è il vantaggio ?
L’ossigneno liquido e’ definito “criogenico”? In astronautica, non si usa la dicitura “criogenico” solo quando c’e’ idrogeno liquido?
Un vantaggio è sicuramente quello ambientale. Idrogeno e ossigeno sono innocui, al contrario degli ipergolici (altamente tossici) del Proton.
Riferendosi a LH2 e LOX la reazione è altamente esoergonica e produce un alto impulso specifico, questa pagina della NASA parla un po’ della scelta dell’idrogeno liquido come combustibile e in parte risponde anche ad Alessio.
Si parla di criogenia sotto i -150 gradi centigradi. Per cui rientra a pieno titolo anche l’ossigeno liquido.
My 2 cents:
L’aggettivo criogenico è applicato, in generale, a tutti gli elementi con uno stato termico a bassissima temperatura (-180 °C) al di sopra della quale si parla di refrigerazione. Per gli elementi che a temperatura ambiente si presentano come gas (es. ossigeno, idrogeno, azoto, …) l’aggettivo criogenico è legato al punto di fusione (ovvero la temperatura alla quale l’elemento in oggetto passa dallo stato liquido a quello gassoso). L’ossigeno ha un punto di ebollizione di -182 °C, l’idrogeno (punto di ebollizione di -252 °C) e l’azoto (-195 °C) sono quindi allo stato liquido a temperature criogeniche. L’ammoniaca invece ha un punto di ebollizione di “soli” -33°C, è quindi considerato refrigerante.
Il vantaggio non è nell’uso di un liquido criogenico di per se ma dipende da altre caratteristiche. Ogni reazione di combustione ha bisogno di un ossidante e di un combustibile. Esistono differenti elementi classificati come ossidanti (fluoro, ossigeno, … ) e altri come combustibili (idrogeno, kerosene, … ) e in principio qualsiasi coppia ossidante-combusitbile, opportunamente miscelata è in grado di dare luogo ad una combustione (più o meno controllata) e quindi ad una spinta. Ovviamente non tutte le coppie ossidante-combustibile sono ottimali dal punto di vista delle performance (leggi efficenza), della stabilità (leggi sicurezza), inquinamento/tossicità e maneggiabilità (leggi sicurezza e costi). La coppia con maggiori performance, relativa stabilità degli elementi e “inquinamento-0” è certamente ossigeno-idrogeno in quanto la componente di spinta generata è molto alta (velocità dei gas di scarico), gli elementi non sono instabili di per se e una volta messi a contatto e innescati si auto-sostengono nella combustione rilasciando come “gas di scarico” principalmente vapore acqueo.
Il problema è che ossigeno ed idrogeno si trovano in natura e a temperatura ambiente allo stato gassoso ed immagazzinarne un quantitativo necessario ad un lancio richiederebbe razzi con serbatoi di dimensioni enormi, in definitiva non realizzabili. Da qui la decisione di stoccare i due gas in forma liquida (minore spazio occupato dalla stessa quantità di elemento), che però è possibile mantenere solo a bassissime temperature (di cui abbiamo parlato sopra) con le note problematiche di evaporazione di parte dei liquidi criogenici stoccati e progettazione e dimensionamento dell’apparato di alimentazione (tubature, valvole e turbopompe) che possa sopportare queste temperature senza incappare in guasti (che risulterebbero critici per il lancio).
Rendere operativo un vettore basato su ossidante e combustibile criogenici non è affatto semplice, e ad oggi al mondo vi riescono solo USA (e.g. Shuttle), UE (Ariane 5) e pochi altri ed è un asset tecnologico non da poco (soprattutto per le complicazioni legate alle bassisime temperature per gestire l’idrogeno).
Sistemi leggermente più “semplici” sostituiscono, a discapito delle performance, l’idrogeno con il kerosene che può essere stoccato a temperatura ambiente, riducendo il controllo criogenico alla sola componente dell’ossidante basato su ossigeno liquido.
Molte altre coppie sono state studiate (se interessa l’argomento, il libro Ignition! è una vera bibbia) ma in definitiva molte variabili vanno prese in considerazione (metodo di stoccaggio, approviggionamento, manegevolezza, stabilità e sicurezza) e spesso considerando i pro e contro si torna spesso sulle coppie citate, nonché più “famose”.
Spero di aver risolto in parte il tuo dubbio, ciao!
Picchio, detta cosi’ sembra che idrogeno ed ossigeno siano sempre la soluzione migliore, ma occorre aggiungere che il kerosene ha una maggiore spinta per unita’ di massa, ovvero sebbene idrogeno ed ossigeno abbiano un ISP piu’ elevato in virtu’ della reazione molto energetica, quando ci troviamo vicini a terra, nell’atmosfera densa e con un primo stadio molto grande, tipicamente e’ piu’ importante avere molta spinta. Credo che anche empiricamente, tutti i razzi piu’ famosi o non usano idrogeno ed ossigeno al primo stadio (Saturno) o ci affiancano dei booster tipicamente solidi no?
Se poi tiriamo in ballo anche i costi per lo sviluppo ed il mantenimento di una piattaforma di lancio che usa idrogeno liquido, credo sia chiaro che si cerca di evitarlo…
E’ corretto. Forse mi sono espresso male proponendo involontariamente la soluzione LOX-LH come la soluzione migliore “sempre”. Ovviamente la soluzione “migliore” è quella che scaturisce caso per caso da un attento processo di requirements-driven design.
Grazie mille per le risposte