Vorrei sapere come funziona la combustione dell’idrogeno con l’ossigeno specificamente per le missioni spaziali , con relative formule chimiche.

La propulsione generata dal motore a razzo di alcuni missili balisitici (ad esempio i vettori delle missioni Apollo o i razzi del vettore di lancio dello Space Shuttle o i vettori europei Ariane) sono alimentati dalla combustione di ossigeno con idrogeno.

Nel vettore dello Space Shuttle, per esempio, solo i 3 ugelli del motore principale della navetta utilizzano l’idrogeno e l’ossigeno contenuti nel serbatoio principale, mentre i due Booster laterali per il decollo utilizzano una miscela complessa allo stato solido/fango (vedi link di riferimento in fondo alla risposta).

La reazione chimica che avviene nella combustione di ossigeno ed idrogeno è la segente:

2H2 + O2 –>2 H2O

In questa reazione viene liberata una grande quantità di energia: – 27,97 k cal/grammo di idrogeno e si può arrivare ad una temperatura di 2500-2800°C.

Questa elevata temperatura produce l’effetto di accelerare moltissimo le molecole di acqua che escono dal foro di scarico. Le molecole acquistano quantità di moto e vengono espulse dall’ugello di scarico. Dato che per la 3a legge di Newton “ad ogni azione coorisponde una reazione” la violenta fuoriuscita di gas di scarico dagli ugelli produce una spinta contraria all’ugello stesso e quindi fornisce spinta in direzione opposta che solleva il razzo.

In questo tipo di motore sono importanti due parametri principali: Spinta dinamica e Pressione statica.

La spinta dinamica (Sd) è definita come il prodotto della massa eiettata per la sua velocità.

Sd = m * v

La pressione statica (Ps) è definita come il prodotto tra l’Area (A) dell’ugello di scarico e la differenza di pressioni interne (Pint) all’ugello ed all’esterno (Pext).

Ps = A*(Pint – Pext)

E’ chiaro che l’efficienza di un motore è migliore con l’aumentare dell spinta dinamica e della pressione statica.

Allo scopo infatti è necessario avere alte temperature all’ugello per garantire elevata velocità a parità di massa e quindi aumentare la spinta stessa.

Oppure si può aumentare l’area dell’ugello di scarico. Questi sono disegnati in modo da garantire la massima area e la massima differenza di pressione tra interno ed esterno.

I motori a razzo raggiungono la loro massima efficienza anche quando la differenza di pressione tra interno ed esterno aumenta; pertanto quando siamo nello spazio dove le pressioni esterne sono vicine a zero, si raggiunge la massima efficienza.

Riguardo alla combustione dell’idrogeno su vialattea sono state pubblicate altre risposte che possono interessare

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Per i motori laterali dello space shuttle consiglio:

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Per una descrizione del motore a razzo consiglio

http://it.wikipedia.org/wiki/Motore_a_getto.html  

Per approfondire la missilistica consiglio:

http://digilander.libero.it/fme/index.html