Přistaneme na Marsu díky metanovým motorům?

Možná se u budoucích landerů pro Mars dočkáme nasazení metanu, tedy paliva, které americká agentura zatím ještě nikdy nepoužila na žádném kosmickém stroji. Na Marshallově středisku je v těchto týdnech k vidění výrazně modrý plamen šlehající z trysky – právě barva prozrazuje poměrně netypické palivo – nejjednodušší z uhlovodíků – metan. Právě zde totiž probíhají zkoušky motorů, které sází na spalování molekuly s jedním atomem uhlíku a čtyřmi atomy vodíku.

„Při současné konfiguraci by tyto metanové trysky mohly pohánět malý lander,“ říká Steve Hanna, který zodpovídá za vývoj pokročilých systémů na Marshallově středisku a dodává: „Díky datům, která jsme získali během testů můžeme celou technologii zvětšit pro použití ve vesmíru, nebo pro větší landery.“

Metan - nejjednodušší uhlovodík

Metan – nejjednodušší uhlovodík
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Aktuálně nejvyužívanějším raketovým palivem je kapalný vodík, který za sebou nechává letecký petrolej díky vyššímu výkonu i deriváty hydrazinu díky tomu, že není toxický. Metan má ale oproti kapalnému vodíku výhodu v tom, že je mnohem stabilnější a můžeme jej skladovat při příznivějších teplotách, které jsou srovnatelné se zkapalněným kyslíkem. Díky tomu by metanové nádrže potřebovaly slabší tepelnou izolaci a jelikož má metan vyšší hustotu než zkapalněný vodík, daly by se použít i menší nádrže.

Co je ale hlavní je to, že metan můžeme mimořádně snadno získat z místních zdrojů. Technologie ISRU, tedy využívání lokálních zdrojů je pro odborníky velice lákavá, protože stroje by získaly možnost snadno dotankovat své nádrže. Technologie ISRU se mají testovat na vozítku Mars rover 2020, kde by se měla zkoušet produkce metanu a kyslíku. Budoucí výpravy (třeba jednou i pilotované) by tak mohly z atmosféry doplnit nádrže a vyrazit na oběžnou dráhu.

Přetlakový cyklus

Přetlakový cyklus
Zdroj: http://upload.wikimedia.org

Ale zpátky do dnešních dnů. Testované motory využívaly standardní přetlakový cyklus (viz náš starší článek). Aby příští generace těchto trysek dosáhly tahu více než 11 tun pro použití na větších landerech a zároveň umožnily korigovat tah, pracují inženýři i na motoru, který by byl napojený na klasické turbočerpadlo. V tomto případě má dosahovat 95 000 otáček / minutu a díky jeho práci dosáhne motor vyšších úrovní tahu.

První zkoušky turbočerpadla pro metanové motory by mohly přijít ještě před koncem letošního roku. Půjde o kus, který měl původně pracovat s kapalným vodíkem. Bylo by výhodné, pokud by se ukázalo, že turbočerpadlo může pracovat s oběma palivy. Samotné motory se skládají jen ze dvou částí – vstřikovače a samotné spalovací komory – technici v Marshallově středisku na nich pracují již téměř deset let. Jako okysličovadlo zde slouží zkapalněný kyslík. Za zmínku stojí, že některé části turbočerpadel i samotných motorů byly vyrobeny pomocí pokročilých výrobních metod jako je například 3D tisk.

Kromě toho, že 3D tisk umožňuje rychlou výrobu a snížení nákladů, umožňuje i vytvořit složité struktury – třeba u aktuálně testovaných motorů jde o kanálky pro teplotní senzory. Cílem techniků je dosáhnout trysky, která by byla regenerativně chlazena – chladné palivo z nádrže by procházelo kolem trysky, ze které by odebíralo přebytečné teplo a bránilo tak jejímu shoření. Do spalovací komory by tak přicházelo již ohřáté. K tomu je ale potřeba důkladně prozkoumat rozložení tepla v metanovém motoru. A přesně v tom mohou pomoci aktuální zkoušky s teplotními senzory.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://scontent-vie1-1.xx.fbcdn.net/…64a55d43c3f0e9be7d89137752e2e8b0&oe=56B626BE
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/Methane-3D-balls.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Expander_rocket_cycle_cz.png

Přistaneme na Marsu díky metanovým motorům?, 2.5 out of 5 based on 24 ratings
Pin It
(Visited 2 469 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (24 votes cast)
(Visited 2 469 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


14 komentářů ke článku “Přistaneme na Marsu díky metanovým motorům?”

  1. zvejkal napsal:

    To by bolo super – by ma inak zaujimalo, ze ako by vyzeralo take dotankovanie z miestnych zdrojov …. co vsetko je na to potrebne a kde sa taky metan da najst.

    • Dušan Majer napsal:

      Metan se na Marsu dá najít v atmosféře na některých místech, ale není ho tam moc a navíc trochu jeho objem kolísá. Dal by se ale vyrábět z vody a oxidu uhličitého, což jsou látky, které na Marsu jsou, byť s vodou to úplně snadné taky není.

  2. asdf napsal:

    Takže po Blue Origin a SpaceX je to třetí subjekt, který vyvíjí motory na metan.
    Mimochodem opravdu je vodík nejpoužívanější palivo? Dle mě se tedy víc používá kerosin.

  3. Jaro Pudelka napsal:

    Teraz je vlastne každé družstvo, ktoré chová kravy, potencionálnym dodávateľom paliva. Tomu sa povie recyklácia, astronauti budú mať ako backup pre palivo kontajner fazule.

  4. ventYl napsal:

    „…a jelikož má metan vyšší hustotu než zkapalněný vodík…“

    znamena to teda aj to, ze ma vacsiu hustotu energie, potazmo spalne teplo, resp. pomer medzi objemom skvapalneneho paliva a produktov jeho horenia?

    predpokladam, ze ustova rychlost plynov bude dana geometriou trysky a ich mnozstvom, teda rychlostou horenia…

    • Dušan Majer napsal:

      Přesně tak. Metan je o chlup méně účinný, než vodík, ale je to kompenzováno jeho výhodami – třeba tou hustotou.

    • gg napsal:

      Objemovou má vyšší, hmotnostní nikoli. Ale právě proto by zajímavou pohonnou jednotkou mohl být dvojpalivový motor, nejlépe s plynule proměnným specifickým impulzem. 🙂 Rusové kdysi podobný postavili, ale ten Isp měnil bohužel jen skokově. Možná detonační motor by s tím neměl problémy… Ani pro výtvory typu Skylon by se asi nenašla lepší pohonná jednotka (a ne, ani SABRE by zřejmě nedosáhl podobného výkonu).

  5. gg napsal:

    Jen drobná poznámka…jestli se nepletu, přinejmenším ve starší české literatuře se hovoří o výtlačných motorech, nikoli o přetlakových. Aby to někoho nezmátlo jako mě…

  6. Racek napsal:

    Tak mě napadlo, proč ten metan se nepoužíval odedávna, Vždyť výhřevností není daleko za vodíkem a jinak je vše vč. výroby výhodnější? Pochybuji, že by na to nikdo nepomyslel, snad technické problémy dříve neřešitelné? Já vím, blbá poznámka, no.

    • gg napsal:

      Metan má velké výhody třeba pro konstrukci motorů typu FFSC, nebo právě pro provoz na Marsu, ale jinak jinak jeho přednosti zastiňuje nižší hustota v kapalném stavu (a tedy i nižší hustota impulzu). Na matičce Zemi tudíž tlaky směrem k němu nebyly dostatečně silné.

      • Racek napsal:

        No, ale s vodíkem, který má tyto parametry podstatně horší, problémy už nemáme. K tomu směřoval můj dotaz. Jinak moc díky za reakci.

        • Honza napsal:

          Vodík má nejvyšší spalné teplo a nejnižší molární hmotnost spalin ze všech paliv. Měl by tedy mít bezkonkurenčně nejvyšší specifický impuls, proti methanu skoro dvojnásobný. Jenže skutečné vodíkové motory takového impulsu nedosahují a mírné vylepšení je kompenzováno velkou váhou nádrží a složitostí celého systému.

          Methan LOx má specifický impuls jenom o trochu větší než motory na kerosen ale k tomu nevýhodu těžké nádrže. Myslím, že tyhle motory žádný zásadní posun nepřinesou. Možná budou trochu jednodušší a levnější, ale na vynesení pár stovek kilo na oběžnou dráhu bude pořád potřeba obludná raketa plněná stovkami tun paliva…

Zanechte komentář