過冷却液体酸素の密度の話


ロケットにおいて、推進剤の高密度化は極めて重要な開発要素。

特に固体ロケットなんかでは推進剤の粒径がどうだの、最密充填がどうだのっていうのはよく聞く話。能力に直結する大事なもの。

液体ロケットの場合でも過冷却液体酸素を使うことにより推進剤の高密度化で、構造重量を削減し、ロケットの能力を上げようというロケットがある。

SpaceXのFalcon9で採用されている技術だが、ネット上に定量的にどのぐらい効果があるのか出てきてなかったので、計算ツールを使って出してみた。

Falcon9がお客さんの荷物を減らさずに再使用のため着陸できるようになったのは、この過冷却のお陰だろう。能力が上がったで着陸に推進剤を残すことが出来るようになったはず。

温度が違うと様々な特性が変わってしまって開発要素は増えるし運用生も悪くなる、それでも液体酸素(LOX)の密度がこれだけ劇的に変わって魅力的。

Falcon9の場合、大気圧化(0.1MPa)の沸点は-183℃(90K)だが、Supercooled LOXとかSubcooled oxigenとか表記される過冷却液体酸素では-207℃(66K)程度で使用されているようだ。(ソースによって温度が微妙に違うので”程度”)

この場合、グラフから見て取れるように、液体酸素の密度は1割弱増している。

極低温流体は温度によって密度が大きく変わるのはよく知られているが、可視化してみると面白い。

(グラフの見方としては、非連続で大きく変わっているところが液体ー気体の境目です。)

(ちなみに、計算ツールの中身まで見てないので、このグラフはあくまで”参考”程度の信用度です。)

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