La chimie cachée soutient les lancements lunaires et maintient la vie dans l’espace
De nombreuses personnes dans le monde regarderont avec impatience ce samedi le lancement par la NASA d’Artemis I, la première mission d’exploration lunaire de l’agence depuis les années 1970.
La scène comprend le missile le plus puissant du monde : un missile Système de lancement spatial (SLS). Le SLS mesure environ 100 mètres de haut, pèse plus de 2 600 tonnes et produit 8,8 millions de livres de poussée – (Plus de 31 fois la poussée d’un Boeing 747).
Mais la science des fusées et l’exploration spatiale ne sont pas seulement une ingénierie incroyable. Caché à l’intérieur, il y a une chimie intelligente qui alimente ces exploits remarquables et préserve nos vies fragiles dans l’espace.
essence et étincelle
Pour lancer une fusée dans l’espace, nous avons besoin d’une réaction chimique appelée combustion. C’est là que le carburant est combiné avec de l’oxygène, produisant ainsi de l’énergie. À son tour, cette énergie fournit la poussée (ou la poussée) nécessaire pour propulser des mammouths comme le SLS dans la haute atmosphère terrestre et au-delà.
Tout comme les voitures sur la route et les avions dans le ciel, les fusées ont des moteurs où la combustion a lieu. SLS a deux systèmes de moteur : quatre étapes de base Moteurs RS-25. (mise à niveau des moteurs de la navette spatiale) et deux Boosters de fusée solides. Et la chimie est ce qui le rend unique le carburant mélange pour chaque moteur.
Les moteurs de l’étage primaire utilisent un mélange d’oxygène liquide et d’hydrogène liquide, tandis que les propulseurs à fusée solide, comme leur nom l’indique, contiennent un propulseur solide – une substance solide semblable à du caoutchouc appelée polybutadiène acrylonitrile. En plus d’être un carburant en soi, ce matériau contient de fines particules d’aluminium métallique comme carburant, avec du perchlorate d’ammonium comme source d’oxygène.
Alors que le carburant est pour les solides Fusée Les renforts se rangent facilement dans Température ambiantele carburant du moteur de l’étage primaire doit être stocké à -253 ℃ afin de hydrogène liquide et -183℃ pour l’oxygène liquide. C’est pourquoi vous voyez des couches de glace couper à travers les fusées au décollage – les réservoirs de carburant sont extrêmement froids, gelant l’humidité de l’air environnant.
Mais il y a une autre quantité de chimie intéressante qui se produit lorsque nous devons allumer le combustible. Selon la source de carburant, les fusées peuvent être allumées électriquement grâce à une bougie d’allumage glorifiée… ou chimiquement.
Si vous avez déjà vu un fichier lancement spatial Et j’ai récemment entendu parler de « allumage TEA-TEB », cela fait référence à Triéthylaluminium et triéthylborane. Ces deux produits chimiques sont inflammables, ce qui signifie qu’ils peuvent s’enflammer spontanément lorsqu’ils sont exposés à l’air.
Entretenir la vie parmi les étoiles
Il ne s’agit pas seulement de fusées alimentées par la chimie. Les systèmes de survie dans l’espace dépendent de procédés chimiques Garder les astronautes en vie et respirer – quelque chose que nous tenons souvent pour acquis sur Terre.
Nous connaissons tous l’importance de l’oxygène, mais nous exhalons également du dioxyde de carbone en tant que déchet toxique lorsque nous respirons. Alors, qu’advient-il du dioxyde de carbone dans l’environnement clos d’une capsule spatiale comme celles des missions Apollo Moon ou de la Station spatiale internationale (ISS) ?
Rappelez-vous que Tom Hanks essaie de s’adapter Cheville carrée dans un trou rond Dans le film Apollo 13 ? Ce sont les épurateurs de CO2 que la NASA a utilisés pour éliminer ce Gaz toxique À l’intérieur des capsules spatiales.
Ces épurateurs sont des filtres consommables emballés avec hydroxyde de lithium (Semblable à un produit chimique que vous pouvez trouver dans le liquide de nettoyage des canalisations) qui capture le dioxyde de carbone grâce à un processus simple chimie acido-basique. Bien que ces épurateurs soient très efficaces pour éliminer le dioxyde de carbone et permettre aux astronautes de respirer facilement, les filtres ont une capacité limitée. Une fois saturés, ils ne sont plus efficaces.
Par conséquent, pour des missions spatiales prolongées, l’utilisation de filtres à hydroxyde de lithium n’est pas possible. Plus tard, des scientifiques ont développé un système utilisant un épurateur de dioxyde de carbone réutilisable constitué d’un minéral appelé zéolite. Avec la zéolite, le dioxyde de carbone capturé peut être libéré dans l’espace, puis les filtres sont libres de capturer davantage de gaz.
Mais en 2010, les scientifiques ont trouvé une meilleure façon de gérer le dioxyde de carbone, en transformant ce déchet en un autre élément essentiel à la vie : l’eau.
Des déchets aux ressources
Le système de contrôle environnemental et de survie de la Station spatiale internationale remplace les épurateurs de CO2 par des Système de réduction de CO2, également connu sous le nom de système Sabatier. Il porte le nom de la réaction chimique centrale de sa fonction, qui à son tour porte le nom de son découvreur, Prix Nobel de chimie 1912 Vainqueur Paul Sabatier.
Ce système combine le dioxyde de carbone et l’hydrogène gazeux pour former de l’eau et du méthane. Le méthane est évacué dans l’espace et, grâce à un processus appelé hydrolyse, l’eau est décomposée en oxygène respirable et en hydrogène gazeux. Ce dernier est ensuite recyclé pour convertir davantage de dioxyde de carbone en eau.
Ce processus n’est pas seulement utile pour exploration de l’espace. Plus près de chez nous, les chimistes Trouver des systèmes similaires susceptibles d’être traités les émissions de gaz à effet de serre—Bien qu’il ne s’agisse pas d’une panacée, la réaction de Sabatier peut nous aider à recycler certains Le dioxyde de carbone ici sur terre.
Pendant ce temps, la NASA Objectifs de la mission Artemis Moon Faire atterrir la première femme et personne de couleur sur la lune et établir une présence humaine à long terme sur une base lunaire. L’interaction de Sabatier et d’autres processus chimiques moins connus seront la clé des efforts spatiaux en cours de l’humanité.
Introduction de
Conversation
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la citation: It’s Not Just Rocket Science: Hidden Chemistry Supports Moon Launch and Maintains Life in Space (2022, 2 septembre) Extrait le 2 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-rocket-science-hidden- chimie-pouvoirs. html
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