⏮️ ⏫ 🔗 32 Birkenstangen oder Zündsysteme für Raketentriebwerke 👩🏿‍🤝‍👨🏾 💗 💉

Jetzt, im 21. Jahrhundert, gibt es Weltraumraketen, für deren Abschuss Teile aus Holz verwendet werden. Zweiunddreißig Birkenstangen sind ein wichtiges Element des Motorstartsystems. Und wenn Sie wahrscheinlich das Herstellungsland solcher Raketen erraten haben (ja, das ist Russland, und die Raketen sind die Sojus-Familie), dann würde ich Sie vor einer Verachtung für eine solche technische Lösung warnen - dies wird ein schwerwiegender Fehler sein. Warum?

Worüber reden wir?

Das Starten eines Flüssigkeitsraketenmotors ist viel komplizierter als das Starten beispielsweise eines Automobil-Verbrennungsmotors. Wenn sich der Druck, das Verhältnis der Komponenten und der Kraftstoffverbrauch in der Brennkammer ändern, entstehen vorübergehende Prozesse, die eine respektvolle Haltung erfordern. Eine unsachgemäße Zündung kann einen „harten Start“ verursachen und sogar den Motor explodieren lassen.

Der Autor des Videos schreibt, dass er die Brennkammer und die Düse, die sich später lösten, nicht gefunden hat:

Und hier wurde die Flamme der Brandvorrichtung abgeschaltet, und der Motor erhielt einen schweren Schlag, als die Flamme den Fluss der Komponenten „einholte“:

Auf der Suche nach einem zuverlässigen, effizienten und billigen Zündsystem wurden einige technische Lösungen erfunden. Wir werden heute darüber sprechen.

Rocket Grove

Dies ist eine Pyro-Zündvorrichtung (ROM) der RD-107/108-Motoren, die an Trägerraketen der Sojus-Familie montiert sind. Zwei pyrotechnische Blöcke mit einem Sensor (federbelasteter Kontakt) zwischen ihnen sind auf einem hölzernen T-förmigen Träger installiert. Beim Befehl „Zündung“ werden die Prüfer durch elektrische Sicherungen gezündet, die Flamme brennt das Sensorkabel aus und seine Feder öffnet den Kontakt. Im elektrischen System der Rakete wird die Meldung angezeigt, dass die Kontrolleure in diesem Brennraum gut brennen. Sie können die Kraftstoff- und Oxidationsventile öffnen und den Motor weiter starten.

Auf den beiden Kameras befinden sich Schutzabdeckungen (leuchtend rot).

Auf der Unterseite sind bereits ROMs installiert. Trotz des sehr veralteten Erscheinungsbilds bietet ein solches Zündsystem die folgenden Vorteile:

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Geschwindigkeit des Austauschs . Es dauerte weniger als einen Tag, bis das Start-up-Team die ROMs ausgetauscht und Resource-P Nr. 3 am 13. März erfolgreich gestartet hatte. Bei einigen anderen Zündsystemen müsste die Rakete vom Start entfernt und der Start um mehrere Tage verzögert werden.

Gleichzeitig hat das System natürlich Vor- und Nachteile:

Verfügbarkeit . Offensichtlich ist diese Zündmethode nicht geeignet, wenn Sie den Motor mehrmals starten müssen.
Es erfordert manuelle Arbeit und hängt von seiner Qualität ab . Zur Vorbereitung des Starts muss das ROM manuell installiert werden und es ist beispielsweise möglich, die Drähte des Zündsystems versehentlich zu beschädigen.

Im Allgemeinen zeigt die Geschichte mit diesen ROMs deutlich das Sprichwort "der beste Feind des Guten". Für die RD-107/108-Motoren wurden wiederholt andere Zündsysteme vorgeschlagen, aber alle Vorschläge wurden anhand einer einfachen Kostenberechnung aufgelöst. Trotz des scheinbar archaischen Aussehens wird dieses System erst mit dem Ende des Einsatzes der Raketen der Sojus-Familie verschwinden, und dies wird nicht sehr bald sein.

Ein ähnliches Zündschema, außer ohne Holz, wird jetzt für die europäische schwere Rakete Ariane 5 verwendet. Hier ist ein Foto der Einspritzdüsen des Brennraums des Vulcain 2-Motors, der sich auf der zentralen Bühne befindet. In der Mitte befindet sich ein Loch für das Schachbrett:

Aber die Schachbrettbaugruppe in der Werkstatt des Herstellers:

Einbauplan der Schachbretter im Motor:

Die Freude der Verschwörungstheoretiker

Anhänger der „Mondverschwörung“ erzählen sehr gern vom Start von Apollo 6 am 4. April 1968. In der Tat traten während des Betriebs der zweiten Stufe Probleme bei einem Motor auf, aufgrund derer zwei der fünf Motoren abgestellt wurden und die zweite Stufe kaum in eine niedrige Umlaufbahn eintrat. Verschwörungstherapeuten aus diesem Ereignis kommen zu dem Schluss, dass sich der Saturn 5 als unbrauchbare Rakete herausstellte und niemanden zum Mond schicken konnte. Aber was ist dort wirklich passiert?

Diagramm des Brennraums und des Zündmotors J-2

Bei dem J-2-Motor, der sich in der zweiten und dritten Stufe der Saturn-V-Trägerrakete befand, wurde die Zündung während des Betriebs ständig gewartet. Der sogenannte Pilot-Flare-Zünder war eine separate kleine Brennkammer, in die Wasserstoff und Sauerstoff eingespeist wurden, die kontinuierlich durch eine elektrische Entladung aus der Zündkerze gezündet wurden (ungefähr die gleiche wie in einem Auto). Die Flamme des Zünders trat in der Mitte der Brennkammer aus und stellte die Kontinuität der Verbrennung sicher.

In der Brennkammer des SSME-Shuttle-Motors ist nach dem gleichen Prinzip das Pilotloch durch Pfeil

A dargestellt. Bei Apollo 6 traten Probleme bei der Annäherung an den Piloten auf. Das dünne Metallrohr, durch das flüssiger Wasserstoff zugeführt wurde, hatte flexible Elemente mit Wellung:

Flüssiger Wasserstoff ist so kalt, dass er die Luft verflüssigt. Bei Bodentests bildete sich in den Wellen der Welle eine Schicht flüssiger Luft, die als Stoßdämpfer fungierte. Und auf dem Höhepunkt des Starts der zweiten Luftstufe war bereits wenig Luft vorhanden, die stoßdämpfende Schicht bildete sich nicht, die Riffelung begann zu vibrieren und zu platzen.

Die Wasserstoffzufuhr wurde unterbrochen, der Zünder ging aus und die instabile Verbrennung im Motor begann. Das Raketensteuerungssystem bemerkte dies und gab den Befehl, den Motor abzustellen. Aber dann trat ein zweites Problem auf - die Kabel zu den Motoren waren durcheinander und das Steuerungssystem stellte einen anderen, gesunden Motor ab. Und der erste Motor ging von selbst aus.

Trotz der Schwere der Probleme war es einfach, sie zu beheben. Wellschnitte wurden in den Wasserstoff- und Sauerstoffversorgungsrohren entfernt:

Und die Drähte vom Steuerungssystem wurden gekürzt, so dass es physikalisch unmöglich war, sie zu verwechseln. Das modifizierte Triebwerk wurde erfolgreich im Apollo 7-Flug getestet. Und erst dann fand der Flug von Apollo 8 mit Beschleunigung zum Mond statt. Verschwörungstherapeuten, die schreiben, dass der Flug zum Mond unmittelbar nach dem Apollo 6-Unfall stattgefunden hat, irren sich hier. Leider fehlt ihnen oft sogar das Grundwissen.

Und das elektrische Zündsystem mit Vorkammer wird erfolgreich bei Sauerstoff-Wasserstoff-Motoren eingesetzt. Bei Bedarf kann der Motor mehrmals gestartet werden. Für die Shuttles war dies nicht notwendig, aber Übertaktungsblöcke müssen manchmal mehrere Starts machen. Hier ist ein Foto vom Pilotversuch für die in Entwicklung befindliche europäische Booster-Einheit Vinci:

Was die Funken betrifft, die vielen beim Starten des Space Shuttles bekannt sind, handelt es sich nicht um ein Motorzündsystem. Auf den Shuttles befanden sich Vorzündbrenner (das Foto der Brennkammer ist oben, wenn Sie die Unterschrift nicht bemerkt haben). Streng genommen ist das Starten des Motors von Funken unter der Düse eine praktisch sichere Chance, einen harten Start zu verursachen, wenn die Flamme in den Brennraum steigt. Schöne Funken sind ein System zur garantierten Nachverbrennung von Wasserstoff aus Motoren, so dass er sich nirgendwo ansammelt und eine explosive Konzentration erzeugt.

Mehr über Strom

Der Komfort der elektrischen Zündung machte es praktisch zur einzigen Option zum Starten von Festbrennstoffmotoren. Hier sind zum Beispiel die Prüfer zum Zünden von Space-Shuttle-Festbrennstoffbeschleunigern:

Seltsamerweise befinden sie sich nicht am unteren Ende des Beschleunigers, wie es logisch erscheinen mag, sondern am oberen Ende.

Paradoxe Option

Manchmal wird ein separates Zündsystem überhaupt nicht benötigt. Asymmetrisches Dimethylhydrazin und Stickstofftetraoxid entzünden sich einfach, wenn sie miteinander in Kontakt stehen, sodass Ingenieure keine speziellen Systeme entwickeln müssen. Darüber hinaus werden UDMH und AT bei Raumtemperatur in flüssiger Form gelagert, was sie zu einer hervorragenden Wahl für bemannte Raumfahrzeuge, Manövriersatelliten und interplanetare Stationen macht. Besonders praktisch ist das Fehlen eines Zündsystems für Rangiermotoren, die in großen Mengen eingesetzt werden und klein sind.

Klassiker des Genres - Orientierungsmotoren an der "Union" und dem Mondmodul

Chemie wird helfen

Die Bequemlichkeit selbstentzündlicher chemischer Verbindungen hat dazu geführt, dass sie als Startbrennstoff zum Starten nicht brennbarer Kraftstoffpaare verwendet werden. Im einfachsten Fall werden „Ampullen“ (Rohre mit Membranen) mit selbstentzündlichen Komponenten in Rohrleitungen platziert. Wenn der Motor startet, werden sie in den Brennraum geworfen, gemischt, entzündet und erzeugen eine Flamme, aus der sich der Hauptbrennstoff entzündet:

Wenn Sie mehrere Starts benötigen, können Sie einen separaten Tank mit Startkraftstoff herstellen, dessen Vorrat für mehrere Starts ausreicht. Solche Systeme werden ziemlich oft in Sauerstoff-Kerosin-Motoren verwendet, sie standen auf der F-1 (der ersten Stufe von Saturn-V), sie werden in der RD-170/180/190-Familie und den Merlins der Maske verwendet. Der Hauptnachteil der chemischen Zündung besteht darin, dass bei Verwendung von Einwegampullen die Membranen beim Start platzen und die Rakete nicht wegfliegt. Sie muss von Anfang an entfernt, zum Montage- und Testkomplex gebracht und durch neue Ampullen ersetzt werden. So fand 2013 der Neustart des Falcon 9 mit dem Satelliten SES-8 nur sechs Tage später statt.

Piu piu

In den letzten Jahren wird an Laserzündsystemen gearbeitet. Hier zum Beispiel Haushaltslasermodule, die erfolgreich Tests am RD-107/108 bestanden haben:

Fotos aus den Tests:

In Zukunft können solche Systeme die chemische Zündung und die elektrische Vorkammerzündung verdrängen, wenn mehrere Motorstarts erforderlich sind und vorhandene Systeme teuer und teuer sind Kosten vergleichbar mit Lasermodulen.

Einfache Geschichten darüber, wie Raketen und Satelliten fliegen - mit dem Tag „Unsichtbare Schwierigkeiten der Weltraumtechnologie“

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