Ракетный двигатель на твёрдых /замороженных/ газах

[pkl]

Вот какая ещё мысль меня снова посетила /не даёт покоя уже лет 15 - 20!!!  /. Смотрите:
Плотность жидкого водорода - 0,07 г/см³,
Плотность твёрдого водорода - 0,08667 г/см³ (при 14,16 К) среди твёрдых простых веществ.
Разница в потребных температурах не сильно велика:

[th]Температура плавления[/th] 14,01 K; −259,14 °C [th]Температура кипения[/th] 20,28 K; −252,87 °C Плотность жидкого кислорода - 1,141 г/см³  Плотность твёрдого кислорода - 1,53 г/см³ . [th]Температура плавления[/th] 54,8 К (-218,35 °C) [th]Температура кипения[/th] 90,19 К (-182,96 °C) Плотность жидкой и твёрдой фаз различается весьма заметно. Если вместо баков использовать шашки и набить их замороженными газами, это должно дать существенную экономию габаритов. Соответственно, можно сэкономить на массе конструкции и теплозащите. Или я ошибаюсь? Кто как считает?

[Asteroid]

А как их в двигатель подавать?
Или как ТТ "смешать, но не взбалтывать"?

[vissarion]

набить их замороженными газами

Шугообразный кислород вовсю используется со времён Н1. И сейчас в Ф9 у того же Маска.

Шугообразный метан тоже будет, наверное в СШ/СХ.

Совсем-совсем твёрдый монолитный - это уже тогда без ТНА, криогенный РДТТ получится. 
Т.е. все недостатки РЖД и РДТТ вместе собрать.
Я не уверен что можно заморозить гремучую смесь H2+LOX в монолит без выпадения в осадок одного из компонентов.

[Дмитрий Инфан]

Я не уверен что можно заморозить гремучую смесь H2+LOX в монолит без выпадения в осадок одного из компонентов.

Значит гибридник - водород твёрдый, кислород жидкий. Их можно держать в разных местах.

[Юрий Михайлович Темников]

А смешать порошки кто мешает?Или прессовать в шашки с каналами и растапливать жидкими компонентами нагретыми в двигателе?Фильтр на выходе побольше (по площади) и греть (лепестричеством?)чтобы не забивался.

[pkl]

А как их в двигатель подавать?
Или как ТТ "смешать, но не взбалтывать"?

Да, сначала у меня была идея чисто РДТТ. Сейчас я думаю их подогревать понемногу с одного конца, чтобы газы таяли либо испарялись. Жидкость можно качать насосом, газ пойдёт в двигатель сам.

[pkl]

набить их замороженными газами

Шугообразный кислород вовсю используется со времён Н1. И сейчас в Ф9 у того же Маска.

Шугообразный метан тоже будет, наверное в СШ/СХ.

Они использовали шугообразный кислород? А разве не переохлаждённый?

Совсем-совсем твёрдый монолитный - это уже тогда без ТНА, криогенный РДТТ получится. 
Т.е. все недостатки РЖД и РДТТ вместе собрать.
Я не уверен что можно заморозить гремучую смесь H2+LOX в монолит без выпадения в осадок одного из компонентов.

Твёрдое топливо плотнее. Можно выиграть в объёме - в этом весь смысл. Можно намораживать тонкими слоями, но это долго. Либо выливать жидкий кислород в водород и перемешивать, а затем трамбовать.

Правда, я не уверен, что это не рванёт в конце концов.  Мне кажется, с точки зрения безопасности лучше раздельное хранение и раздельная подача. Надо только научиться газифицировать твёрдое топливо.

[pkl]

Я не уверен что можно заморозить гремучую смесь H2+LOX в монолит без выпадения в осадок одного из компонентов.

Значит гибридник - водород твёрдый, кислород жидкий. Их можно держать в разных местах.

У гибридника будет проблема: много тепла выделяется, импульс последействия будет нехилый, остановить такой двигатель вряд ли получится.

Сейчас подумал: разница в жидкой и твёрдой фазе у водорода невелика, у кислорода заметно больше. Может, тогда гибридник обратной схемы, кислород твёрдый, горючее жидкое? В таком случае это не обязательно должен быть водород, пойдёт и керосин - он плотнее. У кислорода и температура плавления повыше. В целом схема с жидким керосином и кислородной шашкой видится реалистичнее.

[pkl]

А смешать порошки кто мешает?Или прессовать в шашки с каналами и растапливать жидкими компонентами нагретыми в двигателе?Фильтр на выходе побольше (по площади) и греть (лепестричеством?)чтобы не забивался.

Ну да, я так и хочу: пара шашек, которые подогревать с одного конца электричеством.

В принципе, что нам мешает разместить баки один внутри другого? Допустим, кислородный внутри водородного? Замёрзнут оба, оба будут и отогреваться. При этом мы экономим на теплоизоляции, на перегородках.

[ExDi]

а где замораживать? прям в баке - фиг получится, проблемы и с теплоносителем (кроме [жидкого-?] гелия - вариантов вроде нет), и с теплообменником, и с теплоизоляцией. еще проблема кстати - это дебаевские температуры уже, теплоемкости всех веществ резко падают, компенсировать приток тепла извне становится проблемно. если вот прям шашку делать на призводстве - намучаешься с ней, на ней будет конденсироваться все подряд, включая воздух. с веществами при таких температурах можно работать только в дьюаре

[pkl]

Честно говоря, не знаю. Потому и создал тему, обсудить возможность. Пока что я вижу основной областью применения такой технологии сравнительно небольшие верхние разгонные блоки. Затем можно перейти на вторые ступени.

Начать, видимо, лучше с кислорода, его можно жидким водородом замораживать: бак имеет двойные стенки, как сосуд Дьюара. Или вариант бак в баке: шашка с твёрдым кислородом, окружённая жидким водородом. В пространство между стенками баков льём водород, сам бак заправляется жидким кислородом. Водород кипит, отбирает тепло у кислорода, тот замерзает. Когда кипение водорода прекратилось, шашку вынимаем. Теплоизоляция, конечно, нужна, но она нужна только снаружи, для изоляции ракетного блока от внешней среды.

[Юрий Михайлович Темников]

В космосе под многослойной ЭВТИ может и потянет.но уж больно гемору много.

[ExDi]

еще одна проблема кстати - бОльшая плотность твердой фазы означает, что при нагреве она будет сепарироваться внизу бака, и отбор жидкой фазы при изменении наполнения бака становится тоже очень проблемным

[Asteroid]

А смешать порошки кто мешает?Или прессовать в шашки с каналами и растапливать жидкими компонентами нагретыми в двигателе?Фильтр на выходе побольше (по площади) и греть (лепестричеством?)чтобы не забивался.

Ну да, я так и хочу: пара шашек, которые подогревать с одного конца электричеством.

В принципе, что нам мешает разместить баки один внутри другого? Допустим, кислородный внутри водородного? Замёрзнут оба, оба будут и отогреваться. При этом мы экономим на теплоизоляции, на перегородках.

Где столько электричества взять. Теплоту плавления посчитайте.

[pkl]

Спасибо за мысли. Я их буду думать.

[Дмитрий Инфан]

Может, тогда гибридник обратной схемы, кислород твёрдый, горючее жидкое? В таком случае это не обязательно должен быть водород, пойдёт и керосин - он плотнее. У кислорода и температура плавления повыше. В целом схема с жидким керосином и кислородной шашкой видится реалистичнее.

Если водород жидкий, то ничего не выигрываем, ибо объём практически не уменьшается. Только затраты на заморозку и поддержание в замороженном состоянии.

[pkl]

У кислорода большая разница в плотности между жидкой и твёрдой фазами. Насчёт водорода думал, да, пожалуй, так и есть. Поэтому предлагаю в качестве горючего керосин. Гибридный двигатель на твёрдом кислороде в качестве окислителя.

[vissarion]

в качестве горючего керосин. Гибридный двигатель на твёрдом кислороде в качестве окислителя.

гибридный двигатель с твёрдым O₂ возможен
т.е. по аналогии с вёрджиновским N₂O-HTPB только пропускать горючее через рассверленные кислородные шашки

керосин не подойдёт - замёрзнет, проходя через твёрдый кислород на большой длине
нужно что-то, что не закупорит пропилы, что будет оставаться газообразным или хотя бы жидким при -218° а это только водород

Ещё проблема ТТ что поры в шашках уменьшают суммарную плотность и вся затея сходит на нет.

в этом нет смысла, не практично, никакой выгоды не принесёт,
но это хотя бы не полное безумие, это возможно

[Юрий Михайлович Темников]

Значит только ЖРД и компоненты плавить.А шашки охлаждать гелием.При наличии энергии (ЭХГ  и ЭВТИ) и турбодетандера,самое то для дальнего космоса.

[garg]

Честно, уже проще и перспективнее тогда разрабатывать метастабильны мюонный водород. Там и плотность, там и импульс и элементарный термояд на коленке.