¿Por qué la NASA o SpaceX no utilizan el ozono como oxidante para los combustibles de los cohetes?

Question

Es de suponer que sería caro utilizar el ozono ( $\ce{O3}$ ) como oxidante en lugar de $\ce{O2}$ Pero, ¿valdría la pena la fuerza adicional? ¿Tiene $\ce{O2}$ proporcionar todo el empuje/energía/calor que se pueda proporcionar, dado el propulsor de hidrógeno líquido?

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_{Pensé que la Química era mejor que la Física, la Ingeniería o la Astronomía para esta pregunta.}

Answer 1

Como es habitual con los combustibles para cohetes, los problemas del ozono son prácticos y no de rendimiento

Casi todas las respuestas sobre por qué se utiliza o no un determinado componente del combustible para cohetes acabarán remitiendo al magnífico y brillantemente escrito libro de John D Clarke: El encendido: Una historia informal de los propulsores líquidos para cohetes (un raro libro técnico que merece la pena leer por su estilo brillante y humorístico, además del contenido técnico).

Su resumen de por qué el ozono, a pesar de sus aparentes ventajas funcionales, no se utiliza más ampliamente es bastante sencillo: los problemas prácticos superan las aparentes ventajas.

Señala las ventajas:

Lo que lo hace atractivo como propulsor es que (1) su densidad líquida es considerablemente mayor que la del oxígeno líquido, y (2) cuando un mol de él se descompone en oxígeno durante la combustión, desprende 34 kilocalorías de energía, lo que aumentará su rendimiento en consecuencia. Sänger se interesó por ello en los años 30, y el interés ha perdurado hasta la actualidad. Ante la considerable desilusión.

Pero todas las formas disponibles de crear un líquido con una alta proporción de ozono son peligrosas. El ozono es extremadamente tóxico e inestable:

Pues tiene sus inconvenientes. El menor de ellos es que es al menos tan tóxico como el flúor. ... Mucho más importante es el hecho de que es inestable, de forma terrible. A la menor provocación, y a veces sin razón aparente, puede convertirse explosivamente en oxígeno. Y esta reversión es catalizada por el agua, el cloro, los óxidos metálicos, los álcalis y, aparentemente, por ciertas sustancias que no han sido identificadas. Comparado con el ozono, el peróxido de hidrógeno tiene la sensibilidad de un luchador de peso pesado.

Se ha trabajado con soluciones de ozono en oxígeno líquido, que es algo más estable. Pero tiene el inconveniente de que las mezclas de ozono/oxígeno se separan en dos fases cuya versión rica en ozono es difícil de evitar en los tubos de alimentación después de la cocción y es extremadamente inestable. Otra mezcla considerada para facilitar el manejo fue con flúor líquido (!!!).

Por último, concluye los trabajos conocidos sobre mezclas de ozono de cualquier tipo:

Pues el ozono sigue explotando. Algunos investigadores creen que las explosiones se inician por restos de peróxidos orgánicos en el material, que provienen de restos, digamos, de petróleo en el oxígeno del que estaba hecho. Otros trabajadores están convencidos de que la naturaleza del ozono es explotar, y otros están seguros de que el pecado original tiene algo que ver. Así que, aunque la investigación sobre el ozono ha continuado de forma desordenada, quedan muy pocos verdaderos creyentes, que siguen convencidos de que el ozono, de alguna manera, algún día, saldrá adelante. Yo no soy uno de ellos.

Tal vez haya ventajas teóricas, pero se ven superadas por los problemas prácticos y de seguridad. En una profesión acostumbrada a probar cosas como el dióxido de flúor y el trifluoruro de cloro, esto es algo que hay que admitir.

Answer 2

El ozono líquido es bastante estable (como en "puede ser almacenado") como una solución de hasta el 70% en LOx, si se añaden algunos estabilizadores. Eso daría un poco de impulso adicional en un cohete, pero seguramente va a explotar ya en las bombas y tubos de combustible del cohete, en lugar de arder en la tobera del motor.

Los motores de cohetes ya son bastante complicados de construir, no hay que añadir el requisito de que todo el material sea de un tipo que no catalice una descomposición prematura del ozono. Por lo general, es un proceso de descomposición: La descomposición aumenta la temperatura, la temperatura aumenta la tasa de descomposición, .... boom.