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美研制铝冰新型混合燃料 为火箭提供更大推力

发布时间:2019-04-09 15:02:42

据美国宇航局太空网报道,自从第一颗人造卫星发射升空,50多年来火箭推进剂几乎没发生过任何变化。但是一种由纳米铝粉和结成冰的水组成的新型混合物,将使火箭发射变得更加环保。把这种混合物当做燃料,飞船甚至可在月球或火星等遥远的地方补充燃料。
 
铝-水推进剂优势明显
 
这种被称作ALICE的铝-冰火箭推进剂,通过铝和水之间产生的化学反应产生动力。研究人员希望这种反应生成的氢不会对发射火箭产生不利影响,并希望在长期的太空任务期间,这种产物可以用来填充氢燃料电池。
 
美国普渡大学的机械工程学教授史蒂文·索恩(Steven Son)说:“从全局来看,我们希望开发出一种可以长期储存氢的技术。水满足了我们的这个要求,水非常稳定,是一种储存氢的好选择。”
 
美国宇航局和美国空军科研办公室都对资助初始火箭点火试验表现出极大的兴趣。在8月份进行的一项飞行试验过程中,普渡大学和美国宾州州立大学的科研组利用ALICE,成功把一枚火箭发射到1300英尺(396.24 米)高空。在未来几年内这项技术不会有什么作为,至少在美国宇航局挑选出要实施的太空计划以前会是这样。不过最近证实月球和火星上有水源存在,可能暗示着以后ALICE和类似的火箭推进剂将会被广泛应用。
 
纳米铝加入火箭燃料行列
 
铝在很多火箭燃料中所占比重较小,但是却起着至关重要的作用,包括航天飞机的固体助推火箭和美国宇航局的下一代“战神”火箭使用的助推剂,都包含这种成分。铝点燃后的温度超过6920华氏度(3826.67摄氏度),高温可迫使火箭发射产生的废气快速喷出,推动火箭向上运行。
 
由于使用直径是80纳米(比人类发丝的直径小500倍)的纳米级别的铝粒子,ALICE能排出更多铝。这种粒子非常小,因此它比大粒子的燃烧速度更快,产生的推动力也更大,而且这一情况或许还使火箭在推进过程中更易控制。
 
普渡大学航空航天学院教授蒂摩西·波波因特(Timothee Pourpoint)说:“纳米铝粒子是这种火箭推进剂产生作用的关键。只用微米大小的铝粉和水冰是无法达到预期效果的。”过去研究人员一直在研究利用铝和水做火箭推进剂。不过普渡大学和美国宾夕法尼亚州立大学的科研组利用新纳米铝的优势,把这个想法变成了现实。索恩说:“虽然以前确实有过用纳米铝和水制火箭推进剂的研究,但这是首次有人利用这种燃料把一枚火箭送上天空。”
 
铝冰结合的优点
 
铝以极高的温度燃烧只是ALICE燃料反应式的一部分。其他部分包括被水分子锁住的氧和氢为铝燃烧提供燃料。这个反应过程产生的副产品是氢气和铝的氧化物,这种燃料可能比现有任何火箭推进剂更加环保。当前的航天飞机发射,其固体火箭推进器要排放出大约230吨盐酸。
 
事实证明,制造ALICE混合物非常困难,但是研究人员经过不懈努力,最终制成这种像牙膏的混合燃料。索恩回忆说:“为了制成令人满意的混合物,我们打算利用机器把它们混合在一起,而不是利用抹刀,用手混合它们。如果你想用这种混合物当做火箭推进剂,你就必须让它的生产过程实现自动化。”第一次发射试验过程中,冷凝使推进器保持完好无损,避免意外出现的火花或者缓慢的氧化过程使铝和冰过早地发生反应。


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