Новый вид ракетного топлива — алюминий водное ракетное топливо позволит путешествовать в космосе.

Chemistry Times 11.10.2009

Исследователи работают над созданием нового типа ракетного топлива, в основе которого замороженная смесь воды и нано порошка алюминия. Этот вид топлива является более экологически чистым по сравнению с распространенными видами ракетного топлива. Кроме того, новый вид ракетного топлива можно изготовить на планетарных объектах, которые имеют запасы воды, например Луна и Марс.

«Алюминий-лед или ALICE (название нового вида топлива), может вывести ракету на околоземную орбиту или применяться для космических полетов на большие расстояния.

Продуктом реакции является водород, который можно использовать в водородных топливных элементах космических кораблей.» — комментирует Steven Son, профессор механической инженерии в Purdue University. Purdue University сотрудничает с NASA, ВВС и Управлением научных исследований штата Пенсильвания, которые помогли осуществить запуск ракеты на новом топливе. Высота ракеты составила 9 футов (274,32 см). Ракета достигла высоты 1300 футов (39624 см = 396,24 м). Steven Son говорит, что удачный эксперимент с запуском ракеты подтверждает состоятельность идеи нового вида топлива. Характеристики топлива могут быть улучшены, и теоретически, оно может изготавливаться на других планетах, что гораздо дешевле, чем доставлять ракетное топливо с Земли.

Идея нового топлива заключается в том, что скорость реакции зависит от размера частиц алюминия. Частицы алюминия размером 80 нм, создают достаточно большую площадь контактной поверхности с водой, что увеличивает скорость реакции и позволяет использовать выделяющуюся энергию в качестве силовой тяги ракеты, а также позволяет осуществлять более точный контроль мощности двигателя. Новый вид ракетного топлива, можно отнести к группе «Экологически чистого топлива», т.к. в процессе реакции выделяется водород и оксид алюминия:

2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2

Космический корабль, за один полет потребляет около 775 тонн твердого окислителя перхлората аммония, при этом, выделяется в качестве выхлопных газов около 230 тонн соляной кислоты.

ALICE-топливо, со временем может вытеснить современные виды топлива, т.к. существует реальная перспектива увеличить его производительность, кроме того ALICE-топливо гораздо безопаснее обычных видов топлива. В замороженном состоянии его воспламенение практически невозможно.

В работе над проектом задействованы более десятка студентов и аспирантов.

Результаты исследований были подробно описаны в технических документах, представленных в ходе конференции Американского института аэронавтики и астронавтики. Доклады будут опубликованы в в материалах конференции. На Penn State работу ведут профессор машиностроения Richard Yetter и ассистент профессора Grant Risha. Часть исследований проводилась в Maurice J. Zucrow Laboratories, где была создана камера испытаний для проверки ракет. Испытательная ракета находилась на территории Purdue University, который имеет свой «космодром» — специализированную площадку для запуска учебных ракет. Работы других исследователей в направлении создания ALICE-топлива небыли столь успешными. Предыдущие исследователи использовали порошок алюминия с микрометрическим размером частиц. В то время как успешные испытания ALICE-топлива имели частицы размером в миллиардную часть метра.

В процессе работы над топливом требовалась его заморозка, по двум причинам: во первых, топливо должно быть твердым, чтобы сохранить стабильность под воздействием перегрузки в момент запуска ракеты; во вторых – необходимо исключить возможность самовозгорания и медленной реакции топлива до запуска.

Сначала, пастообразное топливо помещают в цилиндр, по центральной оси которого проходит металлический стержень. После заморозки, центральный металлический стержень удаляют, в результате образуется отверстие, необходимое для выхода раскаленных газов. Зажигание малого ракетного двигателя происходит над ALICE-топливом, горячие газы выходят по центральному отверстию, в результате чего происходит возгорание и равномерное горение ALICE-топлива. Данная схема работы, по существу копирует работу космических шатлов с твердотопливными ускорителями, в которых происходит поджег малого двигателя с помощью электрического разряда, а затем, малый двигатель запускает работу главных твердотопливных двигателей.

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на совершенствовании топлива, а также изучению вопроса по созданию гелеобразного топлива на основе наночастиц алюминия. Такой гель будет вести себя подобно жидкому топливу, и позволит контролировать скорость подачи топлива в камеру сгорания. Гелеобразное топливо, также может быть смешано с материалами, содержащими большее количество кислорода.

Note: This story has been adapted from a news release issued by the Purdue University.

Для обсуждения представленного материала, вопросов и комментариев, регистрируйтесь на Форум Химиков.