Πυραυλικές εκτοξεύσεις με αέριο αναψυκτικών: Η κινεζική καινοτομία

Σύνοψη

• Η κινεζική startup Z-Trak Space έχει αρχίσει δοκιμές για ένα καινοτόμο σύστημα «κρύας εκτόξευσης» πυραύλων, χρησιμοποιώντας υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα.
• Αυτή η τεχνολογία εξαλείφει την ανάγκη ανάφλεξης κινητήρων κατά την εκτόξευση, προστατεύοντας έτσι τις υποδομές εδάφους από τις ακραίες θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 3.000°C.
• Η χρήση του υπερκρίσιμου CO2 υπόσχεται μείωση του κόστους λειτουργίας και ταχύτερους χρόνους επαναφοράς για τις εκτοξεύσεις.
• Σκοπός είναι η βελτιστοποίηση των εμπορικών διαστημικών αποστολών, προσφέροντας πιο ασφαλείς και φιλικές προς το περιβάλλον λύσεις.

Η παραδοσιακή διαδικασία εκτόξευσης πυραύλων συνιστά μία από τις πιο δαπανηρές και τεχνικά απαιτητικές διαδικασίες, κυρίως ελέω των ακραίων θερμοκρασιών που αναπτύσσονται κατά την εκκίνηση. Η κινεζική αεροδιαστημική startup Z-Trak Space έχει βρει έναν διαφορετικό δρόμο, εφαρμόζοντας την τεχνολογία «κρύας εκτόξευσης» με τη χρήση υπερκρίσιμου CO2. Χρησιμοποιώντας το ίδιο αέριο που συναντάμε σε αναψυκτικά, η μέθοδος αυτή εστιάζει στην ενίσχυση της ασφάλειας, καθώς και στη μείωση της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης. Παράλληλα, αναμένεται να μειωθούν οι απαιτήσεις συντήρησης στα διαστημοδρόμια, προσφέροντας σε τελική ανάλυση οικονομικά οφέλη.

Πώς λειτουργεί η «κρύα εκτόξευση» με υπερκρίσιμο CO2;

Η μέθοδος της «κρύας εκτόξευσης» αξιοποιεί το διοξείδιο του άνθρακα που, σε υπερκρίσιμη κατάσταση, δρα ως ένα πολύ ισχυρό προωθητικό μέσο. Κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης, ο πύραυλος εκτοξεύεται στον αέρα μέσω της ραγδαίας εκτόνωσης του CO2 σε υψηλή πίεση. Η ενεργοποίηση των κινητήρων πραγματοποιείται σε προκαθορισμένο υψόμετρο, γεγονός που διευκολύνει την αποφυγή εκθεμάτων καυσαερίων και την πρόκληση βλαβών στην υποδομή.

Σε συμβατικές ανατινάξεις, οι κινητήρες υγρού ή στερεού καυσίμου ανάβουν κατευθείαν από την πλατφόρμα εκτόξευσης, παράγοντας μεγάλες ποσότητες θερμότητας που απαιτούν ειδικές κατασκευές για την απορρόφηση των ζημιών. Παρά τις προηγμένες τεχνολογίες που είναι διαθέσιμες, οι υποδομές δέχονται συνεχώς πίεση κατά την φάση της εκτόξευσης.

Το αποτέλεσμα είναι ότι μετά από κάθε αποστολή, γίνονται εκτενείς επιδιορθώσεις και συντηρήσεις, προκαλώντας επιπλέον έξοδα και καθυστερήσεις στην εκτόξευση του επόμενου διαστημοπλοίου.

Οφέλη από τη χρήση υπερκρίσιμου CO2

Η Δημοσιότητα γύρω από την Z-Trak Space και οι συνεργαζόμενες εταιρείες δείχνουν μια νέα μηχανική προσέγγιση. Όταν το CO2 φτάνει σε υπερκρίσιμες συνθήκες – συγκεκριμένα σε θερμοκρασία πάνω από 31,1°C και πίεση πάνω από 73,9 bar – μετατρέπεται σε ένα υλικό που λειτουργεί σαν αέριο αλλά διατηρεί την πυκνότητα ενός υγρού.

Αυτή η διαδικασία επηρεάζει τη συμπίεση υλικών σε μικρότερο όγκο, επιτρέποντας τη δημιουργία της απαραίτητης ώθησης μέσω γρήγορης αποσυμπίεσης σε ειδικούς θαλάμους. Όπως δηλώνει ο ιδρυτής της εταιρείας, Zhang Zihan, η επιτυχημένη εφαρμογή του συστήματος σε ευρεία κλίμακα μπορεί να αλλάξει άρδην τον τομέα των εκτοξεύσεων μικρών οχημάτων.

Επιπτώσεις στο κόστος και την περιβαλλοντική βιωσιμότητα

Η χρήση του υπερκρίσιμου CO2 συνεπάγεται ελαχιστοποίηση της θερμικής φθοράς, οδηγώντας σε ταχύτερους χρόνους αναμονής για την εκτόξευση. Τα τελευταία χρόνια, η κινεζική διαστημική βιομηχανία έχει σημειώσει ταχύτατη ανάπτυξη με 50 εκτοξεύσεις μόνο το περασμένο έτος. Επιπλέον, η συμπίεση και η μείωση κατανάλωσης καυσίμου από τον πύραυλο, ιδιαίτερα κατά τις πρώτες φάσεις εκτόξευσης, βελτιώνει τη μεταφορική ικανότητα των οχημάτων.

Από περιβαλλοντική άποψη, το διοξείδιο του άνθρακα είναι μη τοξικό και χημικά αδρανές σε ανοιχτό χώρο, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά καυσίμα που χρησιμοποιούνται συχνά στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Η μέθοδος «κρύας εκτόξευσης» έχει χρησιμοποιηθεί ήδη σε στρατιωτικές εφαρμογές, αλλά η μετάβαση στην εμπορική διαστημική αγορά μέσω υπερκρίσιμου CO2 εγκαινιάζει έναν νέο δρόμο στη μηχανολογία.