Дисклеймер. Все нижеописанное - моё личное мнение и больная фантазия автора, вызванная пересмотром сериала и лизанием жаб.

Прошлый пост (Разбор химических формул в ТБВ (сезон 3, серия 22)) с разбором соединений ксенона, кажется, зашел, поэтому, как и обещал, продолжаю разбор того, что записано на досках в квартире Шелдона. С точки зрения моего понимания.

1. Диселенид ниобия NbSe2. Справа от головы Шелдона на стоп-кадре на доске видна формула диселенида ниобия.

Над формулой нарисован график и уравнение, я не знаю, что оно означает и про что. Впрочем, как и график. Может, тут найдутся физики, которым оно будет более понятное.

Судя по информации в интернете, диселенид ниобия - потенциально перспективный сверхпроводник. Вот тут можно почитать https://inscience.news/ru/article/world-science/physics/1828...

При -264,55 градусах Цельсия (8,6К) переходит в сверхпроводящее состояние.

Предполагаю, что Шелдон уделял время изучению свойств сверхпроводников, что вполне вписывается в его круг интересов как физика-теоретика.

2. Разложение гидразина (N2H4). На стоп-кадре видна цепочка реакций последовательного разложения гидразина.

Гидразин применяют в органическом синтезе, в производстве пластмасс, резины, инсектицидов, взрывчатых веществ, в качестве компонента ракетного топлива (возможно как каталитическое его разложение, что применяется в маневровых двигателях космических аппаратов, так и применение с окислителем - азотным тетраоксидом, в смеси с 1,1-НДМГ ("Аэрозин-50"), преимущество использования гидразина и его производных - самовоспламенение смеси, без необходимости использовать дополнительные зажигающие устройства, такие как пиропатроны и т.п., это делает возможной процедуру многократных запусков двигателя, что особенно важно на космических кораблях и разгонных блоках), как восстановитель при выделении золота из растворов. Жидкая смесь гидразина и нитрата аммония используется как мощное взрывчатое средство с нулевым кислородным балансом — астролит, который, однако, в настоящее время практического значения не имеет.

Гидразин также применяется в качестве топлива в гидразин-воздушных низкотемпературных топливных элементах. Во время Второй мировой войны гидразин применялся в Германии в качестве одного из компонентов топлива для реактивных истребителей Мессершмитт МЕ-163, содержащего до 30 % гидрата гидразина).

Гидразин и его производные (метилгидразин, несимметричный диметилгидразин и их смеси (аэрозин)) широко распространены как ракетное горючее. Они могут быть использованы в паре с самыми разными окислителями, а некоторые и в качестве однокомпонентного топлива, в этом случае рабочим телом двигателя являются продукты их разложения на катализаторе. Это удобно для маломощных двигателей.

То есть, мы опять возвращаемся к доказательству того, что Шелдон до знакомства с Леонардом уже изучал ракетное топливо. Как я предполагаю, тут цепочка реакций, направленная на оптимизацию использования гидразина в двигателе. Полное разложение гидразина требует больших энергетических затрат, поэтому логично разлагать его постепенно:

1. 3N2H4 ->4NH3+N2

   Первая стадия. Термодинамически гидразин значительно менее устойчив, чем аммиак, так как связь N−N не очень прочна: разложение гидразина — экзотермическая реакция, протекающая в отсутствие катализаторов при 200—300 °C: гидразин и получаем из 3 молей гидразина 4 моля аммиака и 1 моль инертной молекулы азота.

2. N2H4->N2+2H2

   Полное прямое разложение гидразина, хоть и экзотермическая (-50,6кДж/моль), но требует начального импульса и/или катализатора.

3. 4NH3+N2H4->3N2+8H2

   Дожигание гидразина аммиаком с выделением водорода и азота

Это принципиально две разные схемы, которые используются в реальности для выполнения разных задач:

1. Однокомпонентное топливо, где гидразин разлагается каталитически прямо и полно, без окислителей. Относительно маломощные, применяются в маневровых двигателях и в спутниках (Двигатели малой тяги для ориентации, стабилизации и коррекции орбиты спутников (например, "Интелсат-3", "Скайнет-2")). Можно почитать тут https://wmpt.narod.ru/zz16.htm

2. Двухкомпонентные двигатели с окислителем (гиперголические). Там используются по максимуму все побочные продукты реакций (аммиак, водород + окислитель), что дает колоссальную энергию, но сопряжено с опасностью и сложностью расчетов. Логично.

   Использовались в двигательных установках пилотируемых кораблей (лунный модуль "Аполлона"), разгонные блоки и межорбитальные буксиры (российский "Фобос").

Самая распространенная схема - диметилгидразин (вы его, наверное, знаете как "гептил" (CH3)2NNH2) с тетраоксидом азота N2O4, также возможны схемы гидразин+тетраоксид азота и гидразин+жидкий кислород, и гептил+гидразин+окислитель.

Почитать можно по ссылкам выше.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hypergolic_propellant- на буржуйском.

Однако, я ушел в дебри уже.

Вот, собственно, второй и последний разбор формул из ТБВ.

Больше я писать подобные посты не планирую. Если кому интересно - могу в лабе поснимать интересные опыты с разбором реакций и объяснения что тут ваще происходит и почему. Короче, встать на скользкую дорожку популяризации химии.

Всем спасибо и пока!

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба, новостей о котором мы все ждём с нетерпением, был заправлен топливными компонентами (79,5 л окислителя и 159 л топлива). Заправка осуществлялась в цехе подготовки полезной нагрузки на космодроме во Французской Гвиане, откуда и будет осуществлен запуск телескопа. Сейчас он запланирован на 22 декабря 2021 года.

Напомним, что в качестве топливной пары применена комбинация «гидразин — тетраоксид азота». Несмотря на её чрезвычайную токсичность, пара пока является безальтернативной для миссий, рассчитанных на длительный срок службы и предусматривающих многократное включение двигательных установок.

Процедура заправки длилась 10 дней и закончилась 3 декабря. Вскоре начнется операция финальной интеграции полезной нагрузки и ракеты-носителя Ariane 5, во время которой телескоп будет помещен на носитель и закрыт головным обтекателем.

«Уэбб» станет самым большим космическим телескопом, когда-либо созданным человечеством. Он позволит расширить наш горизонт познания Вселенной и углубить наши знания о космосе. В частности, ему предстоит искать свет от первых галактик во Вселенной.

Ультрафиолетовый и видимый свет, которые они излучали 13 миллиардов лет назад, перешёл в инфракрасный из-за эффекта красного смещения, когда длина волны увеличивается. Также телескоп сможет наблюдать как известные нам миры Солнечной системы, так и заниматься исследованиями экзопланет: изучать их орбиты и составы атмосфер.

Создание Джеймса Уэбба стало возможным благодаря международной кооперации между NASA, ЕКА и CSA (Канадским космическим агентством).

Источник: Блог NASA

Находящиеся на космодроме Куру специалисты NASA приступили к заправке телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). В ближайшие дни они закачают 159 литров гидразина и 79.5 литров тетраоксида диазота в топливные баки аппарата.

https://spaceflightnow.com/2021/11/28/nasa-gives-green-light...

В общей сложности, JWST оснащен 20 двигателями. Они разбиты на десять пар — две основные и восемь вспомогательных. Основные двигатели будут использоваться для выполнения важных маневров. Вспомогательные — для небольших коррекций и наведения телескопа на цель.

По завершении заправки, инженеры приступят к установке JWST на ракету Ariane 5. Далее, его закроют головным обтекателем, после чего носитель будет подготовлен к запуску.

Ранее NASA объявила об итогах проверки JWST, выполненной после недавнего инцидента, возникшего во время его соединения с адаптером полезной нагрузки. Напомним, что во время операции произошло незапланированное снятие замковой ленты, приведшее к возникновению вибраций в телескопе. По результатам расследования, инженеры пришли к выводу, что инцидент не причинил ущерба JWST. Поэтому NASA приняла решение больше не переносить запуск. Он по-прежнему намечен на 22 декабря.

В отличие от находящегося на низкой околоземной орбите «Хаббл», рабочая позиция JWST будет располагаться на расстоянии 1,5 млн км от нашей планеты в точке Лагранжа L₂ системы «Солнце-Земля». Поэтому, после запуска телескопу придется выполнить ряд маневров, чтобы добраться до точки назначения. Кроме того, JWST придется проводить периодические коррекции, чтобы оставаться в пределах своей рабочей позиции. По словам специалистов, запасов топлива на борту аппарата должно будет хватить ему минимум на десять лет.

Аэрокосмический стартап Orbit Fab планирует отправить на геостационарную орбиту специальный танкер, предназначенный для дозаправки других космических аппаратов. Он будет запущен в качестве попутного груза на ракете Falcon 9 (основным грузом станет лунный аппарат IM-2). Реализация миссии запланирована на конец 2022 – начало 2023 года.

https://spacenews.com/orbit-fab-to-launch-propellant-tanker-...

В июне этого года Orbit Fab уже вывела на солнечно-синхронную орбиту небольшой демонстратор, предназначенный для отработки технологии долговременного хранения топлива. Новый геостационарный аппарат будет крупнее и сможет нести на своем борту свыше 90 кг гидразина. Он рассчитан на срок службы в 15 лет.

По словам представителей Orbit Fab, в будущем компания намеревается создать целую сеть орбитальных «заправочных станций». Она будет состоять из множества танкеров и аппаратов-заправщиков, которые будут доставлять топливо к спутникам компаний-заказчиков. Orbit Fab также занимается разработкой универсального заправочного порта RAFTI (Rapidly Attachable Fluid Transfer Interface) и активно лоббирует его внедрение среди как государственных, так и частных спутниковых операторов.

Учёные считают, что поиск и разработка новых видов топлива для космических аппаратов с целью замены токсичного гидразина позволит не только обезопасить запуск и эксплуатацию этих самых аппаратов, но и приведёт к смене существующей парадигмы производства.

По мере роста количества спутников будет увеличиваться и количество топлива, необходимое для их запуска. И вывод аппарата на орбиту – это лишь половина проблемы. Выведенному в космос спутнику необходимо передвижение для корректировки параметров орбиты по какой бы то ни было причине или схода с неё по окончанию срока эксплуатации.

В настоящее время стандартным выбором для спутников является высокотоксичное топливо на основе гидразина. Это вещество в высоких концентрациях может вызывать множество проблем со здоровьем у людей: начиная от повреждения печени, заканчивая болезнями центральной нервной системы. Утечка гидразина на Земле может стать большой социальной проблемой из-за его токсичности и взрывоопасности.

Подготовка спутника, работающего на гидразине, к запуску – это сложная и рискованная задача, требующая особых мер предосторожности для всех, кто в неё вовлечен. Поэтому в работе с этим видом топлива люди используют спецодежду, чем-то напоминающую скафандр, которая гарантирует, что если что-то пойдет не так, они не будут дышать гидразиновыми парами.

Команда, занимающаяся заправкой спутника топливом на основе гидразина

В связи с этим неудивительно, что учёные и инженеры ищут способ обезопасить производство и эксплуатацию спутников путём использования более чистых топлив. В 2011 году Европейское агентство по химикатам добавило гидразин в список веществ, “вызывающих серьёзные опасения”. Этого означает, что его использование вскоре может быть ограничено.

Кубсаты

Компания NanoAvionics специализируется на создании небольшого размера спутников. В их число входят и кубсаты – аппараты в форме куба с гранью в десять сантиметров и массой примерно в килограмм (которые могут собираться и в более крупные конструкции). Небольшие спутники, подобные этим, очень популярны сейчас на рынке: по заверениям NanoAvionics, с 2016 по 2020 год количество запуска подобных аппаратов увеличилось на 300%. Вероятно, и спрос на экологически чистое топливо для малых спутников в ближайшем будущем будет лишь расти.

По словам главного конструктора компании Эрика Кнейжиса, в то время, когда рынок кубсатов только появился, не было ни одной фирмы, которая могла бы предоставить чистое топливо для малых спутников. И в эту нишу залезла NanoAvionics.

В рамках проекта под названием EDSS компания разработала менее вредное, чем гидразин, топливо на основе динитрамида аммония (ADN) – соединения, состоящего из азота, кислорода и водорода. Топливная система была интегрирована в демонстрационный спутник, а затем успешно прошла испытания на орбите.

Эта система работает на однокомпонентном топливе – жидкости, которая при взаимодействии с катализатором разлагается с образованием горячего газа. Что несколько отличается от процесса сгорания более привычного нам двухкомпонентного топлива.

Кнейжис отмечает, что использование двухкомпонентного топлива повышает риск в процессе производства, поскольку имеется вероятность непреднамеренного смешивания окислителя и горючего, что может привести к очень печальным последствиям.

Специалисты NanoAvionics работают с космическим аппаратом

Выгоду из нетоксичных топлив могли бы извлечь не только малые спутники. Компании Airbus в рамках проекта HyproGEO удалось разработать двигательную установку на нетоксичном топливе, которую можно применять на геостационарных спутниках. Зависшие над одной точкой планеты на расстоянии в 36 тысяч километров аппараты обычно используются для таких вещей как связь и радиовещание.

В настоящее время та энергия, которая необходима для доставки спутника в точку назначения, добывается из топлива на основе гидразина. Но инженеры проекта HyproGEO разработали гибридную двигательную установку, в которой вместо гидразина используется перекись водорода. Топливо, на 98% состоящее из перекиси водорода, в сравнении с 6-процентной перекисью, что вы могли использовать для осветления волос – очень кислое, но все ещё более безопасное в эксплуатации, чем гидразин. Ещё одно преимущество перекиси состоит в том, что она распадается на водород и кислород, не выделяя вредных для человека паров.

Геостационарные спутники рассчитаны на 10 и более лет работы. Поэтому топливо, которое необходимо им для маневрирования, должно иметь соответствующий срок годности, а сама топливная система должна быть упрощённой настолько, насколько это возможно.

Гибрид

Решение, предложенное HyproGEO, состояло в создании гибридного ракетного двигателя, в котором перекись водорода при взаимодействии с катализатором образовывала бы высокотемпературный кислород. Этот кислород мог бы либо сам обеспечивать реактивную тягу, либо служить в качестве окислителя для какого-то горючего (для придания дополнительного ускорения). Команде инженеров удалось разработать такой двигатель. Норвежская оборонная компания Nammo использовала его для запуска небольшой ракеты на высоту 107 километров. Носитель достиг цели за три минуты – ничего такого, чего не могла бы сделать суборбитальная ракета, заправленная двухкомпонентным топливом.

Тестирование европейского гибридного ракетного двигателя

Использование новых видов топлива не только может принести пользу здоровью людей, но и делает всю инфраструктуру более эффективной и дешёвой. По словам Кнейжиса, двигательная система NanoAvionics стоит в три раза дешевле аналогичных двухкомпонентных систем.

Но раз эти новые виды топлива так хороши, что же сдерживает их широкое распространение на рынке? Гибридные двигательные установки традиционно были не приспособлены к условиям продолжительного полёта, необходимого для выведения спутников на орбиту. Но HyproGEO частично удалось преодолеть эту проблему.

Всё просто. В космической отрасли уже созданы и отработаны процедуры с традиционным видами топлива, вроде гидразина. И переход на новое топливо означает разрушение старых систем.

Но всегда достаточно лишь одного небольшого толчка для того, чтобы новая технология взяла верх. ссылка | источник

В общем-то получится гидразин. Который куда более вредный, чем гептил.