Escrito por Beverly Perry
O que a água e o alumínio têm em comum?
Se adivinhou que a água e o alumínio fazem voar o SLS, dê a si próprio uma estrela dourada!
A química está no coração de fazer voar os foguetões. A propulsão dos foguetes segue a Terceira Lei de Newton, que afirma que para cada acção há uma reacção igual e oposta. Para tirar um foguetão da plataforma de lançamento, criar uma reacção química que dispara gás e partículas para fora de uma extremidade do foguetão e o foguetão irá para o outro lado.
Que tipo de reacção química faz com que os gases quentes disparem para fora do fim do negócio de um foguetão com velocidade suficiente para o libertar da gravidade da Terra? Combustão.
Se for o seu veículo pessoal ou um veículo de lançamento de behemoth como o SLS, o básico é o mesmo. A combustão (queima de algo) liberta energia, o que faz com que as coisas corram. Comece com combustível (algo para queimar) e um oxidante (algo para o fazer queimar) e agora tem o propulsor. Dá-lhe uma faísca e a energia é libertada, juntamente com alguns subprodutos.
Para que o SLS voe, a combustão tem lugar em duas áreas primárias: os motores principais (quatro Aerojet Rocketdyne RS-25s) e os propulsores de foguetes sólidos gémeos (construídos pela Orbital ATK) que fornecem mais de 75% da força de propulsão na descolagem. A combustão alimenta ambos os sistemas de propulsão, mas os combustíveis e oxidantes são diferentes.
Os motores principais RS-25 são chamados “motores líquidos” porque o combustível é hidrogénio líquido (LH2). O oxigénio líquido (LOX) serve como o oxidante. Os impulsionadores, por outro lado, utilizam alumínio como combustível com perclorato de amónio como oxidante, misturado com um ligante que cria um propulsor sólido homogéneo.
Fazer voar a água SLS
Hidrogénio, o combustível para os motores principais, é o elemento mais leve e existe normalmente como um gás. Os gases – especialmente o hidrogénio leve – são de baixa densidade, o que significa que um pouco dele ocupa muito espaço. Para ter o suficiente para alimentar uma grande reacção de combustão, seria necessário um tanque incrivelmente grande para o manter – o oposto do que é necessário para um veículo de lançamento aerodinâmico.
Para contornar este problema, transformar o gás hidrogénio num líquido, que é mais denso do que um gás. Isto significa arrefecer o hidrogénio a uma temperatura de -423 graus Fahrenheit (-253 graus Celsius). Seriamente frio.
Embora seja mais denso do que o hidrogénio, o oxigénio também precisa de ser comprimido num líquido para caber num tanque mais pequeno e mais leve. Para transformar o oxigénio no seu estado líquido, este é arrefecido a uma temperatura de -297 graus Fahrenheit (-183 graus Celsius). Embora isso seja ameno em comparação com o LH2, ambos os ingredientes do propulsor precisam de um manuseamento especial a estas temperaturas. Além disso, o LH2 e o LOX criogénico evaporam rapidamente à pressão e temperatura ambiente, o que significa que o foguete não pode ser carregado com propulsor até algumas horas antes do lançamento.
p>Once nos tanques e com a contagem decrescente do lançamento próxima de zero, o LH2 e o LOX são bombeados para a câmara de combustão de cada motor. Quando o propulsor é inflamado, o hidrogénio reage de forma explosiva com oxigénio para formar: água! Elementar!
2H2 + O2 = 2H2O + Energia
Esta reacção “verde” liberta enormes quantidades de energia juntamente com água sobreaquecida (vapor). A reacção hidrogénio-oxigénio gera um calor tremendo, fazendo com que o vapor de água se expanda e saia dos bicos do motor a velocidades de 10.000 milhas por hora! Todo esse vapor em movimento rápido cria o impulso que impulsiona o foguete a partir da Terra.
É tudo uma questão de impulso
Mas não é apenas a reacção de água amiga do ambiente que faz do LH2 criogénico um combustível fantástico para foguetões. É tudo uma questão de impulso – impulso específico. Esta medida da eficiência do combustível de foguete descreve a quantidade de impulso por quantidade de combustível queimado. Quanto maior for o impulso específico, mais “empurrão” se obtém por cada libra de combustível.
O propulsor LH2-LOX tem o maior impulso específico de qualquer combustível de foguetão comummente utilizado, e o incrivelmente eficiente motor RS-25 obtém uma grande quilometragem de gás a partir de um combustível já eficiente.
Mas embora o LH2 tenha o maior impulso específico, devido à sua baixa densidade, transportar LH2 suficiente para alimentar a reacção necessária para deixar a superfície terrestre exigiria um depósito demasiado grande, demasiado pesado e com demasiado isolamento protegendo o propulsor criogénico para ser prático.
Para contornar isso, os designers deram um impulso ao SLS.
P>P>Próxima vez: Como os propulsores de foguetes sólidos usam alumínio – o mesmo material que você usa para cobrir os seus restos – para dar impulso suficiente para fazer o SLS sair do chão.