Hipergolik (propelan)

Hipergolik merupakan propelan roket kombinasi yang digunakan dalam mesin roket ketika propelan spontan memicu ketika mereka datang ke dalam kontak satu sama dengan lain. Kedua komponen propelan biasanya terdiri dari bahan bakar dan oksidator. Meskipun propelan hipergolik cenderung sulit untuk menangani karena toksisitas ekstrem mereka dan/atau korosif, mereka biasanya dapat disimpan sebagai cairan pada suhu kamar dan mesin hipergolik mudah andal untuk dinyalakan dan berulang-ulang.

Petugas mengenakan pakaian hazmat lengkap karena bahaya bahan bakar hidrazin hipergolik, yang dimuat ke wahana antariksa MESSENGER
Mesin roket propelan hipergolik awal, Walter 109-509A tahun 1942–45.

Roket hipergolik tidak membutuhkan sistem pengapian sehingga mereka cenderung inheren sederhana dan dapat diandalkan. Sementara mesin hipergolik lebih besar digunakan dalam beberapa kendaraan peluncuran menggunakan turbopump, mesin yang paling hipergolik. Sebuah gas, biasanya helium, diumpankan ke tangki propelan bawah tekanan melalui serangkaian katup cek dan keamanan. Pada gilirannya, propelan mengalir melalui katup kontrol ke ruang pembakaran. Mereka menyala langsung pada kontak, tanpa risiko bahwa campuran propelan yang tidak bereaksi mungkin membangun dan memicu dalam mulai berpotensi bencana keras.

Bahan bakar hipergolik paling umum, hidrazin, monomethylhydrazine dan dimethylhydrazine simetris, dan oksidator, tetroksida nitrogen, semua cair pada suhu biasa dan tekanan. Jadi, mereka kadang-kadang disebut sebagai propelan cair storable. Mereka cocok untuk digunakan dalam misi pesawat ruang angkasa yang berlangsung selama bertahun-tahun. Sebaliknya, hidrogen cair dan oksigen cair keduanya cryogens yang praktis digunakan adalah terbatas pada kendaraan peluncur ruang di mana mereka perlu disimpan untuk waktu yang singkat.

Kecepatan mesin hipergolik dapat bervariasi tergantung pada mesinnya, tetapi berikut ini beberapa contohnya:

  • Mesin resiprokal pengapian hipergolik: Mesin ini memiliki rentang RPM 0–6.000.
  • VORTEX VRM1500-H: Mesin hipergolik ini dikembangkan oleh Sierra Space dan memiliki daya dorong sebesar 1.500 lbf.

Mesin hipergolik menggunakan cairan hipergolik, yang merupakan cairan beracun yang terbakar secara spontan saat bersentuhan satu sama lain. Mesin ini digunakan dalam berbagai sistem roket dan manuver di antariksa, termasuk satelit, pesawat antariksa, pesawat militer, dan wahana antariksa dalam. Sedangkan propelan cair kriogenik cocok untuk roket tahap pertama, tahap inti dan lainnya

Beberapa contoh mesin hipergolik meliputi:

  • SuperDraco. Mesin hipergolik propelan yang dapat disimpan yang dikembangkan oleh SpaceX yang menghasilkan daya dorong sebesar 67.000 newton. Mesin ini digunakan pada SpaceX Dragon 2 sebagai mesin Launch Abort System.
  • SpaceX Draco. Mesin roket cair hipergolik yang dirancang dan dibangun oleh SpaceX untuk digunakan dalam kapsul antariksa mereka.

Karena roket hipergolik tidak membutuhkan sistem pengapian, mereka dapat dinyalakan beberapa kali hanya dengan membuka dan menutup katup propelan sampai propelan telah habis. Hal ini membuat mereka unik cocok untuk manuver pesawat ruang angkasa. Mereka juga cocok, meskipun tidak begitu unik, sebagai tahap atas peluncur ruang seperti Delta II dan Ariane 5 yang harus melakukan lebih dari satu pembakaran. Restartable kriogenik (oksigen/hidrogen) mesin roket memang ada, terutama RL-10 pada Centaur dan J-2 pada V Saturnus.

Propelan hipergolik kombinasi umum

sunting
  • Aerozine 50 + nitrogen tetroksida (nto) - banyak digunakan dalam sejarah roket Amerika, termasuk Titan 2, semua mesin dalam Apollo Lunar Module; dan Service Propulsion System di the Apollo Service Module . Aerozine 50 adalah campuran dari 50% UDMH dan 50% hidrazin (N 2 H 4).[1]
  • Dimethylhydrazine simetris (UDMH) + nitrogen tetroksida (nto) - sering digunakan oleh Rusia, seperti dalam roket Proton dan dipasok oleh mereka ke Prancis untuk 1 tahap Ariane pertama dan kedua (diganti dengan UH 25); ISRO PSLV tahap kedua.
  • UH 25 adalah campuran dari 25% hidrazin hidrat dan 75% UDMH .
  • Monomethylhydrazine (MMH) + nitrogen tetroksida (nto) - mesin yang lebih kecil dan pendorong reaksi control: reaksi sistem kontrol Apollo Command Modul, Space Shuttle OMS dan RCS,[2] Ariane 5 EPS,[3] Draco pendorong yang digunakan oleh pesawat ruang angkasa Dragon SpaceX .[4]

Propelan hipergolik kombinasi kurang umum dan usang

sunting
  • Hidrazin + asam nitrat (beracun tapi stabil), [10] juga dikenal sebagai " racun Setan ", seperti yang digunakan dalam roket R-16 Soviet dari bencana Nedelin .
  • Anilin + asam nitrat (tidak stabil, mudah meledak), yang digunakan dalam Kopral WAC
  • Anilin + hidrogen peroksida (debu-sensitif, eksplosif)
  • Furfuril alkohol + IRFNA (atau asam nitrat putih fuming )
  • UDMH + IRFNA - MGM-52 Lance sistem rudal
  • T-Stoff + C-Stoff - pesawat tempur roket Perang Dunia II Jerman Messerschmitt Me 163, untuk mesin Walter 109-509A
  • Minyak tanah + hot hidrogen peroksida - Gamma, dengan peroksida pertama terurai oleh katalis. Karena panas dari dekomposisi H 2 O 2, ini bisa dibilang bukan kombinasi hypergolic . Hidrogen peroksida dingin (undecomposed) dan minyak tanah tidak hypergolic.

Sifat korosif tetroksida nitrogen dapat dikurangi dengan menambahkan beberapa persen oksida nitrat (NO), membentuk MON .

Perbandingan propelan roket cair di permukaan laut dan dalam ruang hampa

sunting

Data dalam tabel di bawah ini berasal dari buku Huzel & Huang "Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines", 1992, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, (ISBN 1-56347-013- 6); Berisi hasil yang diterbitkan oleh Rocketdyne berdasarkan perhitungan yang dilakukan dengan asumsi pembakaran adiabatik, ekspansi isentropik uniaxial dan penyesuaian berkelanjutan rasio campuran oksidan/bahan bakar sebagai fungsi ketinggian. Perhitungan ini dilakukan untuk tekanan ruang bakar sebesar 1.000 PSI, yaitu 1.000 "pon per inci persegi", yang dalam satuan internasional (SI) setara dengan 6.894.757 Pa. Kecepatan ejeksi pada tekanan yang lebih rendah dapat diperkirakan dengan menerapkan koefisien dari grafik seberang.

Besaran yang ditampilkan dalam tabel ini adalah sebagai berikut:

  • ratio, perbandingan pencampuran (laju aliran massa oksidan terhadap laju aliran massa bahan bakar)
  • v e, kecepatan ejeksi gas buang, dinyatakan dalam meter per detik
  • ρ, kepadatan nyata propelan, dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik
  • T C, suhu keseimbangan di ruang bakar, dinyatakan dalam °C
  • C*, kecepatan karakteristik, dinyatakan dalam meter per detik

Tujuan tabel ini adalah untuk menjelaskan evolusi parameter antara lepas landas dan kedatangan di orbit: di sebelah kiri, nilai di permukaan laut; di sebelah kanan, sama dalam kehampaan. Ini adalah nilai nominal yang dihitung untuk sistem ideal, dibulatkan dalam satuan SI (komposisi dinyatakan dalam persentase massa):

Propelan Oksidan Propelan Reduktor Hipergolik Kriogenik Ekspansi optimal pada 6.895 kPa
di permukaan laut
Ekspansi optimal pada 6.895 kPa
dalam ruang hampa
ratio
Ox/Red
v e
m/s
ρ
/cm 3
T C
°C
C*
m/s
ratio
Ox/Red
v e
m/s
ρ
/cm 3
T C
°C
C*
m/s
O2 H2 Tidak Ya 4.13 3.816 0,29 2.740 2.416 4.83 4.462 0,32 2.978 2.386
O2 CH4 Tidak Ya 3.21 3.034 0,82 3.260 1.857 3.45 3.615 0,83 3.290 1.838
O2 C2H6 Tidak Ya 2.89 3.006 0,90 3.320 1.840 3.10 3.584 0,91 3.351 1.825
O2 RP-1 Tidak Ya 2.58 2.941 1.03 3.403 1.799 2.77 3.510 1.03 3.428 1.783
O2 N2H4 Tidak Ya 0,92 3.065 1.07 3.132 1.892 0,98 3.460 1.07 3.146 1.878
O2 B2H6 Tidak Ya 1.96 3.351 0,74 3.489 2.041 2.06 4.016 0,75 3.563 2.039
70% O2+ 30 F2 H2 Tidak Ya 4.80 3.871 0,32 2.954 2.453 5.70 4.520 0,36 3.195 2.417
70% O2+ 30 F2 RP-1 Tidak Ya 3.01 3.103 1.09 3.665 1.908 3.30 3.697 1.10 3.692 1.889
70 F2+ 30% O2 RP-1 Ya Ya 3.84 3.377 1.20 4.361 2.106 3.84 3.955 1.20 4.361 2.104
87,8 F2+ 12,2% O2 MMH Ya Ya 2.82 3.525 1.24 4.454 2.191 2.83 4.148 1.23 4.453 2.186
F2 H2 Ya Ya 7.94 4.036 0,46 3.689 2.556 9.74 4.697 0,52 3.985 2.530
F2 34,8% Li 65,2% H2 Ya Ya 0,96 4.256 0,19 1.830 2.680
F2 39,3% Li + 60,7 H2 Ya Ya 1.08 5.050 0,21 1.974 2.656
F2 CH4 Ya Ya 4.53 3.414 1.03 3.918 2.068 4.74 4.075 1.04 3.933 2.064
F2 C2H6 Ya Ya 3.68 3.335 1.09 3.914 2.019 3.78 3.987 1.10 3.923 2.014
F2 MMH Ya Ya 2.39 3.413 1.24 4.074 2.063 2.47 4.071 1.24 4.091 1.987
F2 N2H4 Ya Ya 2.32 3.580 1.31 4.461 2.219 2.37 4.215 1.31 4.468 2.122
F2 NH3 Ya Ya 3.32 3.531 1.12 4.337 2.194 3.35 4.143 1.12 4.341 2.193
OF2 H2 Ya Ya 5.92 4.014 0,39 3.311 2.542 7.37 4.679 0,44 3.587 2.499
OF2 CH4 Ya Ya 4.94 3.485 1.06 4.157 2.160 5.58 4.131 1.09 4.207 2.139
OF2 C2H6 Ya Ya 3.87 3.511 1.13 4.539 2.176 3.86 4.137 1.13 4.538 2.176
OF2 RP-1 Ya Ya 3.87 3.424 1.28 4.436 2.132 3.85 4.021 1.28 4.432 2.130
OF2 N2H4 Ya Ya 1.51 3.381 1.26 3.769 2.087 1.65 4.008 1.27 3.814 2.081
OF2 MMH Ya Ya 2.28 3.427 1.24 4.075 2.119 2.58 4.067 1.26 4.133 2.106
OF2 50,5% MMH + 29,8% N2H4+ 19,7 H2O Ya Ya 1.75 3.286 1.24 3.726 2.025 1.92 3.908 1.25 3.769 2.018
OF2 B2H6 Ya Ya 3,95 3.653 1.01 4.479 2.244 3,98 4.367 1.02 4.486 2.167
IRFNA III a MMH Ya Tidak 2.59 2.690 1.27 2.849 1.665 2.71 3.178 1.28 2.841 1.655
IRFNA III a UDMH Ya Tidak 3.13 2.668 1.26 2.874 1.648 3.31 3.157 1.27 2.864 1.634
IRFNA III a 60% UDMH + 40% DETA Ya Tidak 3.26 2.638 1.30 2.848 1.627 3.41 3.123 1.31 2.839 1.617
IRFNA IV HDA MMH Ya Tidak 2.43 2.742 1.29 2.953 1.696 2.58 3.242 1.31 2.947 1.680
IRFNA IV HDA UDMH Ya Tidak 2.95 2.719 1.28 2.983 1.676 3.12 3.220 1.29 2.977 1.662
IRFNA IV HDA 60% UDMH + 40% DETA Ya Tidak 3.06 2.689 1.32 2.903 1.656 3.25 3.187 1.33 2.951 1.641
N2O4 N2H4 Ya Tidak 1.36 2.862 1.21 2.992 1.781 1.42 3.369 1.22 2.993 1.770
N2O4 MMH Ya Tidak 2.17 2.827 1.19 3.122 1.745 2.37 3.347 1.20 3.125 1.724
N2O4 50% UDMH + 50% N2H4 Ya Tidak 1,98 2.831 1.12 3.095 1.747 2.15 3.349 1.20 3.096 1.731
ClF3 N2H4 Ya Tidak 2.81 2.885 1.49 3.650 1.824 2.89 3.356 1,50 3.666 1.822
ClF5 N2H4 Ya Tidak 2.66 3.069 1.47 3.894 1.935 2.71 3.580 1.47 3.905 1.934
ClF5 MMH Ya Tidak 2.82 2.962 1.40 3.577 1.837 2.83 3.488 1.40 3.579 1.837
ClF5 86% MMH + 14% N2H4 Ya Tidak 2.78 2.971 1.41 3.575 1.844 2.81 3.498 1.41 3.579 1.844

Mesin roket orbital hipergolik

sunting

Mesin roket orbital hipergolik yang mudah menyala biasanya untuk pendorong vernier maupun roket tahap atas yang menempatkan muatan roket seperti satelit pada orbit.

Lihat pula

sunting

Referensi

sunting
  1. ^ Clark (1972), p.45
  2. ^ T.A. Heppenheimer, Development of the Shuttle, 1972-1981. Smithsonian Institution Press, 2002. ISBN 1-58834-009-0.
  3. ^ "Space Launch Report: Ariane 5 Data Sheet". 
  4. ^ "SpaceX Updates — December 10, 2007". SpaceX. 2007-12-10. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-04-05. Diakses tanggal 2010-02-03. 
  5. ^ a b c d "In-Space Product Data Sheets" (PDF). Aerojet Rocketdyne. September 13, 2019. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal January 11, 2020. Diakses tanggal January 29, 2020. 
  6. ^ "RD-276 "Comrade"". NPO Energomash. Diarsipkan dari versi asli tanggal January 27, 2022. Diakses tanggal 14 October 2019. 
  7. ^ "RD-861K". www.yuzhnoye.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal February 25, 2022. Diakses tanggal 2020-01-19. 
  8. ^ a b c d e f g h i j "2.2 LM-3A Launch Vehicle". LM-3A Series Launch Vehicle User's Manual. Issue 2011 (PDF). CASC. 2011. hlm. 2–4. Diakses tanggal 2016-01-16. 
  9. ^ a b "Nova". Stoke Space / 100% reusable rockets / USA (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2024-12-18. 
  10. ^ "Aestus Rocket Engine". Airbus Defence and Space. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-04-20. Diakses tanggal 29 January 2014. 
  11. ^ "Aestus Rocket Engine". Airbus Defence and Space. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-05-28. Diakses tanggal 29 January 2014. 
  12. ^ "Gamma 2". Encyclopedia Astronautica. Diarsipkan dari versi asli tanggal 22 May 2013. Diakses tanggal 26 April 2013. 
  13. ^ "Gamma 8". Encyclopedia Astronautica. Diarsipkan dari versi asli tanggal 22 May 2013. Diakses tanggal 26 April 2013. 
  14. ^ Wade, Mark. "RD-264". Encyclopedia Astronautica. Diarsipkan dari versi asli tanggal October 14, 2016. Diakses tanggal 10 June 2017. 
  15. ^ "RD-270 (8D420)". NPO Energomash. Diakses tanggal 6 February 2023. 
  16. ^ "RD-253 and RD-275". NPO Energomash. Diarsipkan dari versi asli tanggal April 5, 2015. Diakses tanggal 30 June 2015.