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Super Boost caché trouvé dans le carburant de fusée : comment fonctionne le tétroxyde d'azote
Le tétraoxyde d'azote (N2O4), en tant que puissant oxydant, joue un rôle important dans les systèmes de propulsion des fusées. Ses propriétés chimiques et sa structure moléculaire lui confèrent un potentiel inattendu dans la technologie de propulsion. Cet article se penchera sur les propriétés, le processus de fabrication et l’application du tétraoxyde d’azote dans la propulsion des fusées, et nous permettra de découvrir progressivement ce super boost caché dans le carburant des fusées.
Structure et propriétés du tétraoxyde d'azote
Le tétroxyde d'azote peut être considéré comme deux groupes nitroso (-NO2) liés ensemble. Sa structure moléculaire est plane, la distance de liaison N-N étant de 1,78 Å et la distance N-O de 1,19 Å, ce qui montre la solidité de ses liaisons. Cette caractéristique résulte de la délocalisation des paires d'électrons de liaison dans la molécule N2O4 et de la répulsion électrostatique importante entre chaque unité NO2.
En raison de réactions d'équilibre, le N2O4 peut former un mélange d'équilibre avec le dioxyde d'azote (NO2), ce qui lui fait présenter différentes propriétés physiques à différentes températures.
À des températures normales, le tétraoxyde d'azote peut être stocké sous forme liquide et produira davantage de dioxyde d'azote à haute température. Cette caractéristique le rend largement utilisé dans les systèmes de propulsion des fusées.
Fabrication de tétroxyde d'azote
Le processus de fabrication du tétroxyde d'azote comprend principalement plusieurs étapes. La méthode de préparation la plus courante consiste à utiliser l'oxydation catalytique de l'ammoniac (également connue sous le nom de procédé Oswald), dans laquelle l'ammoniac est d'abord oxydé pour former de l'oxyde nitrique, qui est ensuite oxydé pour former du dioxyde d'azote, qui est finalement dissous dans un milieu approprié. Dans certaines conditions, ils se combineront pour former du tétroxyde d'azote.
Cette réaction peut être exprimée par la formule de réaction : 2 NO + O2 → 2 NO2, formant finalement du tétraoxyde d'azote : 2 NO2 ⇌ N2O4.
Vous pouvez également fabriquer du tétroxyde d'azote en faisant réagir de l'acide nitrique concentré avec du cuivre métallique, ce qui est particulièrement courant en laboratoire.
Application comme propulseur de fusée
Le tétroxyde d'azote est principalement utilisé comme comburant dans les fusées. Parce qu’il peut être stocké sous forme liquide à température ambiante, c’est l’oxydant de choix pour de nombreux systèmes de fusées. Dès 1927, le mathématicien péruvien Pedro Paulette rendait compte de ses expériences avec le tétroxyde d'azote dans les moteurs de fusée et admirait son potentiel.
Le design de Paulette était considéré comme ayant une « puissance incroyable », ce qui a ensuite amené l'Association allemande des fusées à s'y intéresser fortement.
Avec les progrès de la technologie, la combinaison de super-ergols formée par le tétroxyde d'azote et l'hydrazine dans le carburant pour fusée a été plus largement utilisée. Cette combinaison est utilisée dans les vaisseaux spatiaux américains Gemini et Apollo et même dans le système d'inversion de poussée de la navette spatiale.
Défis et dangers du tétroxyde d'azote
Bien que le tétroxyde d'azote offre plusieurs avantages dans les systèmes de propulsion des fusées, il présente également certains risques potentiels. En 1975, trois astronautes américains du projet d'essai Apollo-Soyouz ont été empoisonnés au tétroxyde d'azote suite à une mauvaise manipulation. Cet incident nous rappelle qu'il faut être extrêmement prudent lors de l'utilisation de ce composé.
L'incident a fait perdre connaissance à un astronaute pendant la descente, qui a fini par être hospitalisé pour une pneumonie d'origine chimique et un œdème pulmonaire.
Ces accidents mettent en évidence la nécessité d'une gestion sûre du tétroxyde d'azote lors de son utilisation, en particulier dans les fusées habitées.
Perspectives d'avenir
Avec le développement de la technologie, le tétraoxyde d'azote a également le potentiel de jouer un rôle dans d'autres domaines. Par exemple, il est étudié comme gaz séparable dans les systèmes avancés de production d’électricité. Lorsque le tétroxyde d'azote est chauffé et comprimé, il se décompose de manière réversible en dioxyde d'azote, qui est ensuite détendu dans une turbine, un processus qui augmente l'efficacité des équipements de conversion d'énergie.
Du rôle clé du tétroxyde d'azote dans la propulsion des fusées à ses applications futures potentielles, cela amène les gens à réfléchir : combien de possibilités inconnues nous attendent pour explorer l'avenir de ce puissant oxydant ?
