El combustible "verde" de la NASA busca un vuelo espacial más seguro que ponga fin a la exposición a la hidracina tóxica

El vuelo espacial es esencialmente peligroso. Algún tipo de persona quiere atarse voluntariamente a lo que es esencialmente una bomba refinada y esperar lo mejor. Pero lo que quizás no sea tan obvio es que los riesgos no se limitan a quienes realizan el viaje personalmente. La construcción y prueba de naves espaciales plantea tanto peligro para los ingenieros aquí en tierra como para los astronautas en órbita. Probablemente más. Muchas más personas han dado su vida desarrollando tecnología de cohetes que nunca murieron en la cabina de uno de ellos.

Agotamiento marrón rojizo de los impulsores de hidracina

En última instancia, esto se debe a la enorme cantidad de energía almacenada en los fusibles necesarios para volar un cohete. Las personas de apoyo en tierra deben tener mucho cuidado incluso con los fusibles "seguros", como la combinación clásica de queroseno y oxígeno líquido. En el otro extremo del espectro se encuentran las sustancias químicas tan inestables y tóxicas que no pueden manipularse sin una formación y un equipo especiales.

Una de las sustancias químicas más peligrosas jamás utilizadas en la propulsión de cohetes es la hidracina; y, sin embargo, desde la Segunda Guerra Mundial hasta el día de hoy, se ha considerado una especie de peligro para la vida laboral debido a los viajes espaciales. Si bien los vehículos de lanzamiento estadounidenses se han alejado en gran medida de su uso como fusible principal, la hidracina todavía se usa comúnmente para hélices más pequeñas en una nave espacial.

Cuando el Crew Dragon de SpaceX explotó en abril durante las pruebas en tierra, la liberación de aproximadamente una tonelada y media de fusibles de hidracina y tetróxido de nitrógeno requirió una limpieza ambiental en el sitio.

Pero pronto eso podría cambiar. La NASA ha estado trabajando en un proyecto que llaman Misión de Infusión de Propelente Verde (GPIM), que está diseñado específicamente para reducir la dependencia de una nave espacial moderna de la hidracina. En colaboración con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en la Fuerza Aérea de Edwards California, la agencia espacial ha liderado el desarrollo de un nuevo fusible que promete no solo reemplazar la hidracina, sino que en algunos escenarios incluso superarla.

Entonces, ¿qué tiene de bueno este increíble nuevo combustible llamado AF-M315E? Para comprender realmente por qué la NASA está tan ansiosa por impulsar las naves futuras con algo nuevo, primero debemos observar la situación en la que nos encontramos actualmente.

Combustible de pesadilla literal

El término "Nightmare Fuel" está disponible en línea para algo tan terrible que perderá el sueño con solo mirarlo. En el caso de la hidracina, esto no está muy lejos. Si este resumen de alto nivel de los peligros de la hidracina realizado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. No es suficiente para hacer una pausa, es demasiado valiente o muy tonto:

Los síntomas de exposición aguda (a corto plazo) a altos niveles de hidracina pueden incluir irritación de ojos, nariz y garganta, mareos, dolor de cabeza, náuseas, edema pulmonar, convulsiones y coma en humanos. La exposición aguda también puede dañar el hígado, los riñones y el sistema nervioso central en humanos. El líquido es corrosivo y puede producir dermatitis por contacto con la piel en humanos y animales. Se han informado efectos sobre los pulmones, el hígado, el bazo y la tiroides en animales expuestos de forma crónica (a largo plazo) a la hidracina por inhalación. La EPA ha clasificado a la hidracina como un grupo B2, probablemente un carcinógeno humano.

Este es un riesgo de daño del sistema nervioso central y coma. término corto elmeto. Pero, por supuesto, eso solo habla de lo que sucede si fluye o se derrama alrededor de las personas. ¿Qué sucede si hay una explosión y la hidracina llena el aire? La situación va de mal en mucho, mucho peor.

En octubre de 1960, un prototipo de misil balístico intercontinental R-16 propulsado por un derivado de hidracina explotó en la plataforma de lanzamiento de la base de pruebas de Baikonur en la URSS. Entre la fuerza monstruosa de la explosión y los vapores mortales que envolvieron a cualquiera que sobreviviera a la explosión inicial, se perdieron 78 vidas. El evento, conocido como el "Desastre de Nedelin", ayudó a ganar el apodo de la mezcla específica de ácido nítrico e hidracina de R-16. Veneno del diablo.

Entonces, ¿qué tan peligrosa es la hidracina, por qué seguimos usándola? La respuesta simple es que es un cohete excepcionalmente versátil. Algunas fórmulas se utilizan como fusible hipergólico, lo que significa que se encenderá inmediatamente cuando se combine con un oxidante como el tetróxido de dinitrógeno. También se puede utilizar como monofilamento, donde pasa a través de un catalizador, que inmediatamente lo descompone en un gran volumen de gas caliente. En ambas formas, es extremadamente confiable y lo suficientemente estable como para mantenerse indefinidamente.

El pequeño gigante verde

Para ser claros, AF-M315E no está destinado a reemplazar la hidracina en motores de hipergola como los del SpaceX Crew Dragon. Más bien está diseñado para reemplazar a la hidracina cuando se usa como monopelente. Debido a que se usa más comúnmente en vehículos estadounidenses, la NASA no ve esto como una limitación. Los impulsores de una sola hélice se utilizan generalmente en naves espaciales para maniobrar y realizar ajustes orbitales, aunque a veces se utilizan en aplicaciones más interesantes. Por ejemplo, se utilizó un monopropulsor de hidracina en el "Sky Crane", que llevó el curioso vehículo de investigación a la superficie del mar.

Prototipo de motor a reacción AF-M315E

Entonces, ¿cómo se compara el AF-M315E con la hidracina como propulsor único? Al menos en papel, muy bien. Las pruebas han demostrado que es más eficiente, con una tasa de impulso específico (ISP) un 12% más alta. También es un 45% más espesa que la hidracina, lo que significa que puede llevar más a los mismos tanques o simplemente cargar menos en su nave y disfrutar de los enormes ahorros. Como ejemplo práctico, Aerojet Rocketdyne estimó que el uso de AF-M315E en lugar de hidracina en los conductores cuesta abajo del Curiosity permitiría agregar 58 kilogramos adicionales de carga útil al vehículo de investigación; un aumento de alrededor del 6%.

Basándose solo en el rendimiento mejorado, AF-M315E debe considerarse como un posible reemplazo de la hidracina. Pero la mayor ventaja es que es mucho más seguro para las personas que tienen que trabajar con él. Aunque no es exactamente inerte, manipular un AF-M315E solo requiere el tipo de equipo que podría usar cuando se trabaja con un ácido fuerte: guantes y un protector facial. En comparación con los trajes para materiales peligrosos de cuerpo entero que se necesitan cuando se trabaja con hidracina, poder realizar una carga de fusible en este entorno llamado "manga de camisa" sería una revolución menor en cómo preparamos las naves espaciales para el vuelo.

Científico manejando AF-M315E en factura estándar

Si su nave espacial funciona con hidracina, debe transportarse con tanques vacíos y alimentarse antes de la partida de un grupo de profesionales capacitados en un lugar seguro. Este no es solo un proceso lento, sino costoso: llenar incluso los tanques de una nave espacial pequeña con hidracina agregará fácilmente una línea de seis cifras a su presupuesto.

Pero AF-M315E promete cambiar completamente este paradigma. El fusible se puede almacenar en botellas de plástico o vidrio y se puede enviar a través de aerolíneas como FedEx. Cualquier empresa, universidad o incluso hacker espacial que tenga la capacidad técnica para producir CubeSat también podría cargar de forma segura un AF-M315E en su vehículo. El Departamento de Transporte incluso está buscando permitir que los barcos llenos de AF-M315E sean transportados en la vía pública.

El combustible doméstico no solo reduciría el costo de construir pequeñas naves espaciales, sino que también reduciría la carga de trabajo para el procesamiento en tierra de las personas en el sitio de lanzamiento. En general, esto conduce a menos tiempo en la tierra y más tiempo en el espacio.

Pruebas del mundo real

Afortunadamente, no tendremos que esperar demasiado antes de saber si este nuevo fusible puede cumplir sus promesas. El 25 de junio, un pequeño satélite fabricado por Ball Aerospace y repleto de hélices AF-M315E salió al espacio con un Falcon Heavy de SpaceX. Pasará poco más de un año en órbita, probando el rendimiento de estos controladores y comprobando todo como funciona.

Dado que esta es la primera nave espacial eléctrica AF-M315E de la historia, existen muchas incógnitas. Uno de los principales objetivos de la prueba es ver cómo responden los conductores después de dormir durante meses. Debido a que una nave espacial lanza sus aceleradores solo cuando es necesario, no es raro que pasen meses o incluso años entre quemaduras. Cualquier fusible que espere destronar a la hidracina deberá poder realizar su capacidad de rugir en acción después de un tiempo.

Incluso suponiendo que todo funcione bien con esta primera misión GPIM, no eliminaremos la hidracina de la noche a la mañana. Qué desagradable es, los fabricantes tienen décadas de experiencia en él y desde hace mucho tiempo han aceptado los riesgos que conlleva. El mayor rendimiento de AF-M315E probablemente ayudará a convencer a los fabricantes aeroespaciales de que vale la pena convertir sus proyectos a este nuevo combustible “verde”, pero puede que el cliente deba presionarlo para que la bola ruede. Una vez que las empresas que compran y administran estas embarcaciones se dan cuenta del tiempo y el dinero que ahorra un combustible diferente, puede estar seguro de que lo considerarán cuando busquen su próximo satélite.

  • Christian Knopp dice:

    Escuché que puedes obtener hidracina de los hongos Portobello. Al menos eso es lo que dijo Paul Stamets.

    • Ren dice:

      Pensé que dijo “podrías levantarte como un drama de hongos Portobello”.
      B ^)

    • N. Christopher Perry dice:

      No hongos portobello, hongos con cabeza de turbante. Y, de hecho, no contienen ninguno, pero algunos de los productos químicos que contienen se metabolizan en hidracina una vez inyectados.

      • robohobo dice:

        Morillas falsas también.

  • Ren dice:

    IIRC, Hydrazine es el fusible utilizado para la "conservación de la estación" de los satélites geosincrónicos.
    En otras palabras, tiene estabilidad a largo plazo. ¿Cuál será la duración del combustible de reemplazo?

  • Millas arquero dice:

    ¿Nuevo? Consulte la página 42 https://library.sciencemadness.org/library/books/ignition.pdf
    No es la aplicación correcta, pero puede ver que la exploraron a principios de la década de 1950.

    • hajma dice:

      ¿Veneno de hidracina? También exploraron el mercurio como combustible, véanse las páginas 178 y 179

  • algún chico dice:

    Según wikipedia, estas cosas son (principalmente) nitrato de hidroxilamonio. Podría ser más "verde" que la hidracina, pero aún así no es seguro.
    > La solución es corrosiva y tóxica y puede ser cancerígena.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroxylammonium_nitrate

    • McNugget dice:

      Cualquier fuente de combustible será peligrosa. Esto es menos peligroso durante un mejor rendimiento. Las baterías de litio pueden considerarse combustible (quiero decir que es una fuente de energía) y son relativamente peligrosas si no se manipulan con cuidado, pero no explotarán si se golpean ligeramente. La hidracina es una cosa realmente desagradable, pero maldita sea si no es poderosa y bien entendida dentro de unos días.

    • Contexto dice:

      En ninguna parte dice que tienes que beberlo, pero sigue siendo mucho mejor que lo que tenemos ahora. La imagen de la mujer con una taza del nuevo combustible sería una sentencia de muerte si lo hiciera con hidracina.

  • Mella dice:

    Tengo un objeto en mi poder durante muchos años que se ve extremadamente similar a la imagen del prototipo de hélice A-M315E en este artículo. Nadie podría decirme nunca qué es. Ahora me pregunto de nuevo. Sería genial si resultara ser algún tipo de conductor.

    • crampones dice:

      Imágenes por favor.

    • McNugget dice:

      ¿Cómo se obtiene exactamente un rebote experimental como este?

    • Ren dice:

      Creo que ya ha escrito demasiado.
      No tengo ninguna duda de que los "espías" están interesados ​​en cómo algo similar terminó en su poder.

  • medievalista dice:

    Publica una foto del mismo, internet te ayudará con la identificación.

  • cuarenta y dos dice:

    Me recuerda a un artículo sobre el difluoruro dioxigénico titulado "Cosas con las que no trabajaré"

    https://blogs.sciencemag.org/pipeline/archives/2010/02/23/things_i_wont_work_with_dioxygen_difluoride

    • Jon dice:

      Pensé en lo más peligroso que podía hacer con una olla a presión.

      https://what-if.xkcd.com/40/

      • Gregg Eshelman dice:

        Dejó de volar el final del maratón de Boston. Eso es casi lo peor que se puede hacer con una olla a presión. Vi un video de un tipo desarmando un campo de minas terrestres improvisadas hechas de ollas a presión.

    • Ren dice:

      ¡Articulos interesantes!
      Gracias por el enlace!

    • pelusa dice:

      Si bien FOOF es una sustancia química muy desagradable, del mismo autor hay un ejemplo aún más pertinente. Trifluoruro de cloro.
      Probado originalmente para su uso como hélice de cohete, este se detuvo rápidamente porque reacciona con casi todo. Es un mejor oxidante que el oxígeno.
      De hecho, la hidracina es casi inofensiva en comparación con algunos de los productos químicos utilizados como fusibles de cohetes.

    • Nic dice:

      Todo este blog es una lectura divertida

  • Matt Cramer dice:

    Tuve la impresión de que la razón por la que el hidrógeno se incluyó en la lista como probable carcinógeno es que, por lo general, antes de que alguien cause cáncer, se produce una muerte grave.

    Me sorprendió un poco ver que el logotipo de Ball Aerospace se parece al logotipo del tarro de Mason. Seguramente, a pesar de que actualmente no son las mismas empresas, se han roto los vidrios que pueden dejar una empresa que fabrica latas y naves espaciales. ¿Algún gerente se tomó el dicho de David Bowie "Aquí estoy flotando en mi bote" un poco más en serio de lo que nadie esperaba?

  • Arquitectura dice:

    Pero, ¿se puede extraer agua de este nuevo combustible para cultivar patatas en Marte?

  • Greg A. dice:

    necesita un nombre pronunciable. Lo bauticé himonia. ríase ahora, pero este nombre triunfará.

    himonio.

  • Seto dice:

    En el último uso del módulo de comando Apollo para el “Proyecto de prueba Apollo-Soyuz” en julio de 1975, los astronautas estuvieron expuestos a vapor de hidracina y tetróxido de nitrógeno durante la reentrada debido a que no se activó un interruptor en el momento adecuado. Casi los mata, estuvieron dos semanas hospitalizados.

    https://eo.wikipedia.org/wiki/Apollo%E2%80%93Soyuz_Test_Project#Re-entry_and_aftermath

    La misión fue considerada un gran éxito, tanto teóricamente como como una relación pública para ambas naciones. El único problema grave fue durante el reingreso y el aterrizaje de la nave Apolo, durante el cual la tripulación fue accidentalmente expuesta a vapores tóxicos de hidracina y dióxido de nitrógeno, causados ​​por fusibles hipergólicos de un sistema de control de reacción unificado (RCS) que salía de la nave espacial y regresaba. entrando en la entrada de aire de la cabina. . El RCS se abandonó inadvertidamente durante el descenso, y los vapores tóxicos fueron absorbidos por la nave espacial a medida que atraía el aire exterior. Brand perdió brevemente el conocimiento, mientras Stafford tomó máscaras de oxígeno de emergencia, se puso una y se la dio a Slayton. Los tres astronautas fueron hospitalizados durante dos semanas en Honolulu.[18] Brand fue el responsable del percance; Debido a los altos niveles de ruido en la cabina durante el reingreso, cree que no pudo escuchar a Stafford cancelar un elemento del verificador de reingreso, el cierre de dos interruptores que deshabilitarían automáticamente el RCS y comenzarían el despliegue del paracaídas de drogas. Estos procedimientos se realizaron manualmente más tarde de lo habitual, permitiendo la ingestión de los vapores de humos a través del sistema de ventilación.[19]

  • Dean Winchester666 dice:

    "Mientras Stafford tomó máscaras de oxígeno de emergencia, le puso una a Brand y le dio una a Slayton" ... hm, ¿no obtuvo la información de seguridad? Recuerde ponerse primero su propia máscara de oxígeno antes de ayudar a los demás, aunque es posible que la bolsa no se hinche, el oxígeno fluye.

    Después de los aterrizajes de los transbordadores, si no recuerdo mal, olerían el perímetro de la nave para determinar los niveles tóxicos de los reactivos residuales que pudieran haberse filtrado de las ayudas RCS.

    • Ren dice:

      Los primeros aterrizajes del transbordador tenían grandes ventiladores que soplaban el transbordador durante media hora más tarde para disipar los "gases nocivos" antes de permitir que las puertas se abrieran o que las personas se acercaran.

  • Gregg Eshelman dice:

    El estado de la tecnología de hidracina monopropelente 1968 https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19680006875.pdf

    Estudio de detonación de hidrazona líquida 1994 https://pdfs.semanticscholar.org/9ce5/1082265a8738018a9d12c506d160e1fa2a60.pdf
    La NASA no pudo hacer que la hidracina explotara con un C4 o un impacto de alta velocidad, vieron lo que se necesitaría para detonarla.

    La necesidad de recursos * extremos * para explotar la hidracina es una de las razones por las que se ha utilizado durante tanto tiempo. En otras palabras, la forma en que se representó en "Los 100" es completamente incorrecta, al igual que el 99,99% de todo lo demás técnico o médico en ese programa.

  • 𐂅 dice:

    No es tóxico y en realidad es bastante peligroso, busque los datos reales en él.

  • SuperC dice:

    ¿Qué lo convierte en combustible verde? ¿En qué consistió?

    • Ren dice:

      "¡Está hecho de PERSONAS!"

  • Nate B dice:

    Se burla de mí por llamarlo "verde" que significa "más seguro", no que significa "color esmeralda".

    ¡Los fusibles verdes contienen boro, estúpido!

  • Este chico dice:

    "El tipo de equipo que se puede utilizar cuando se trabaja con ácido fuerte: guantes y un protector facial".

    Y luego muestre una imagen de una mujer que sostiene una taza llena al nivel de los ojos con sus anteojos sentados en la punta de la nariz (anteojos de lectura estrechos con solo protectores laterales en la parte superior) ...

  • Simplemente vagando dice:

    ¿Alguien sabe si sería una mejor opción para la reacción catalítica requerida en los sistemas F16? No es que realmente importe, solo curiosidad porque es el otro uso de la hidracina que conozco vagamente.

  • David Blades dice:

    La hidracina se usa en el generador de la unidad de energía de emergencia (EPU) en los aviones F-16, obteniendo una cara llena de vapores de activación hace que un viaje a la sala de emergencias para verificar su vitalidad y generalmente regresa al servicio en un par de horas.

Alejandro Vargas
Alejandro Vargas

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.