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[信息] 美国测试更安全、更简单的火箭燃料:铝冰

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发表于 2009-10-21 02:20:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
美国测试更安全、更简单的火箭燃料:铝冰
   据美国defensenews网站2009年9月21日报道:美国空军正在资助一项新型火箭燃料的研发,这种燃料产生的推力有望达到现有推进剂的水平,并且更加安全简便。使用这种推进剂可能成本更低并且对环境有利,它由冰冻的细铝粉和水的混合物制成。
  美国空军、NASA和来自普渡大学以及宾夕法尼亚州立大学的科学家于8月将一个2.7米(9英尺)的火箭发射到约400米(1300英尺)的高空。这是对装有ALICE推进剂(根据其组份:铝和冰来命名)的火箭进行的初始试验飞行。
  来自普渡大学的航空学教授蒂摩西•波波因特(Timothee Pourpoint)称,此火箭在0.8秒内加速到320千米/小时(200英里/小时)。 “这次试验飞行带来了新的希望,但是并不优于现有的推进剂。”ALICE的研发人员有信心可以做得更好,波波因特说:“对于改进这种推进剂我们有很多想法”。
  如果铝冰推进剂的性能大幅提高,它将会为美国空军做出许多贡献。
  科学研究中心空军办公室的宇航推进项目负责人米塔塔•柏坎(Mitat Birkan)说:“这种推进剂比其它推进剂更安全,意外点火的几率较小。这种推进剂掉在地上也不会发生爆炸,静电放电带来的危险也可以忽略不计。” 这种推进剂和当今使用的其它推进剂相比对环境更有利。“比如NASA就必须在风吹离海岸方向时才能进行发射,因为发射航天器会产生成吨的对人体有害的盐酸。”
  使用ALICE推进剂的火箭发动机排出的是氢和铝的氧化物,柏坎认为毒性相对较低。
  波波因特说:“排出铝的氧化物也并非十分理想,但是这相对氢氯酸来说好一些。”
  ALICE推进剂最吸引人的地方就在于它可以“现场”制造,十分简单,也就是说几乎可以在任何地方进行生产。柏坎说:“只需要有水源、一些铝粉和一台混合机就可以了,这可以极大简化空军的后勤管理。”
  对NASA来说,“现场制造”就意味着有可能在月球上、火星上或者其它地方进行ALICE推进剂的生产。这样探索宇宙的飞行器也许就不用返回地球来重新补充燃料了。”
  波波因特说:“我们知道月球上存在铝,火星上也有一些,而且火星上还存在水。如果月球上没有水的话,我们可以将水运送过去。”
  使用铝和水制造推进剂的想法并不是最新提出的。
  今年8月,宾夕法尼亚州立大学的格兰特•日沙(Grant Risha)教授在其关于ALICE推进剂的论文中写到:从20世纪60年代就开始对作为可行推进剂的铝-水燃烧进行了研究。
  柏坎说:“先前是在铝粒子的规格上制造铝水推进剂的。最新研究使用了“纳米铝粒子”,和之前的铝粒子是完全不同的。”
  之前使用的铝粉是微米级粒子。1微米大概比人类的头发细100倍。但这些粒子还是太大了,必须加热到2400 开氏度(3860华氏度 )才能点燃。纳米铝粒子比微米级粒子小1000倍,用低一半的温度就可以点燃。
  波波因特说:“问题的关键就在于纳米铝粒子,如果我们还使用微米级铝粒子,那还是不能起作用。”  
  将纳米铝和水混合制成一种稠度类似于黏土的药浆。然后将此混合物装进铸模冷却到零下20华氏度。  
  波波因特说:“冷冻药浆的目的在于防止铝粒子和水发生反应。”
  为了点燃冰冻的推进剂,将热气沿其空心通道注入,直到铝被加热到燃点。燃烧需要的氧来自水,水以冰的形式存在于冷冻药浆中。  
  加入像过氧化氢一样的富氧源可能会提升ALICE推进剂的性能,其含氧量是水的两倍。
  波波因特说:“虽然ALICE推进剂是冷冻的,但是和一些火箭燃料相比温度算暖和的。比如液氢就必须在零下423华氏度保存。这使得ALICE成为一种有吸引力的卫星燃料。”  
  波波因特说:“即使是在太空,太阳的热量也很难使氢保持液态。但使铝冰保持冷冻状态却很容易。这样,使用 ALICE推进剂的卫星使用寿命就更长。”
  除用于卫星外,铝-水燃烧可用在火箭和导弹的推进中。  
  柏坎说:“这个反应生成氢,事实上,这是产生氢的最有效的方法之一。这种方法还可用在氢气站,为氢能源汽车提供燃料。”
发表于 2009-10-21 10:36:44 | 显示全部楼层
zheshigehnehaodefamingwomen yekeyi
发表于 2010-2-10 19:23:18 | 显示全部楼层
可行的话,就是好办法。
发表于 2010-2-11 22:30:41 | 显示全部楼层
工艺上的难度还比较大,成本也比较高,并不比现在的推进剂有优势。在能量上看,也比现有的推进剂要差,不合算。用在某些空间发动机和特定环境下还是比较可行的,比如有水的“火星”之类的,用在返回火箭上比较合适。
发表于 2010-2-17 20:56:38 | 显示全部楼层
现在的固体燃料火箭大多用的是铝热剂,但铝热剂点燃后碰到冰就会发生剧烈的爆炸,我想大概是这原理。楼主的理论应该是可行的。而且产生的能量可能要比普通铝热剂大
发表于 2010-2-17 21:28:15 | 显示全部楼层
金属铝是固体火箭发动机推进剂常用的添加剂,在于提高推进剂的燃烧温度,也就是提高推进剂的能量。
冰主要是水了,在高温下会产生氢气和氧气,氧气、氢气、氢氧根、铝等产生较为复杂的离解和复合反映,楼上提到的爆炸也主要是由于氢气的参与所造成的。从理论上来说,加入了Al的冰总能量不会提高,但是就像催化剂一样使冰成为推进剂成为可能。这种推进剂最早期在探索火星上提出,据猜测火星上可能有水冰的存在,进而可以利用水冰成为火星返回舱的动力来源,这样可以大大减少地球飞向太空的火箭总重,有非常大的经济价值。目前多国已对此进行大量研究,还是美国的研究水平最高,当然这种推进剂在地球探索近地轨道和发射卫星相对目前使用的推进剂而言没有太大的竞争力,但是在空间中尤其是含有水冰的星球就非常有意义了,将成为飞行器的推进剂、空间站的能源以及星球基地的动力来源,这也是近几十年科学家对空间星体是否含有水冰给予极大关注的另一个原因。
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