PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

ALICE — ракетный двигатель, работающий на воде

Говоря о ракетных двигателях чаще всего подразумевают два их основных вида: жидкостный ракетный двигатель(ЖРД), чаще всего работающий на жидком кислороде и керосине(РД-180, Merlin), либо твердотопливный ракетный двигатель(ТТРД), использующий чаще всего в качестве топлива смесь окислителя — перхлората аммония, а качестве топлива — мелкий порошок алюминия(Боковые ускорители Space Shuttle). Но порой в поисках лучших топлив инженеры предлагают нестандартные решения.

Одно из таких — ALICE — совместный проект Управления научных исследований ВВС США, NASA, Университета Пердью и Государственного университета Пенсильвании. ALICE складывается из слов AL(алюминий) и ICE(лëд). Как и в других ТТРД здесь в качестве горючего используется алюминий, но в качестве окислителя — вода, а точнее лёд, при температуре — 30°C. Но вода не будет вступать в реакцию с алюминием, потому что, как известно, алюминий мгновенно покрывается оксидной пленкой, для преодоления которой требуется значительное количество тепла. Чтобы алюминий вступил в реакцию нужно свести к минимуму влияние оксидного слоя. Решение нашлось в использовании частиц алюминия размером до 80 нанометров, что в 500 раз меньше ширины человеческого волоса.

Оксидный слой в порошке наноалюминия тоньше и его легче преодолеть, чем в более крупных частицах. Это облегчает воспламенение и поддержание горения алюминия с водяным льдом.

«Наноразмерный алюминий действительно является ключом к работе системы», — сказал Тимоти Поурпойнт, профессор школы аэронавтики и космонавтики в Пердью. «Использование только алюминиевого порошка микронного размера и водяного льда не сработало бы».

Производство нанопорошка алюминия дело не дешëвое, поэтому исследовательская группа ищет комбинации из частиц воды и алюминия различной величины для более дешевой версии топлива.

Компоненты топлива тщательно смешиваются на специальной машине в состояние пасты, которая после уже загруженная в корпус двигателя, остается твердой при температуре — 30°C, что предотвращает случайное воспламенение от искры.

Хотя вода это уже продукт сгорания водорода, алюминий в данном случае выступает восстановителем, в т. н. алюмино-термической реакции.
Основная реакция горения:
2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2
В течение рекции горения выделяется много тепла, а также водорода, нагревание и раширение которого эффективно преобразуется в тягу двигателя.

Изображение с сайта: https://www.researchgate.net/figure/Images-from-the-ALICE-flight-test-rocket-on-launch-platform-a-ignition-of-the-ALICE_fig3_258388109

Ракета из композитного материала, длиной 2.7 м, взлетела на 396м, развив тягу в 295 кг.

«Мы находимся на уровне или чуть ниже обычных твердотопливных двигателей с точки зрения общей производительности», — отметил Стивен Ф. Сон, один из разработчиков нового двигателя.

Готовая топливная шашка из льда и алюминия. Изображение с сайта: https://gajitz.com/go-ask-alice-rocket-fuel-made-of-aluminum-water/

В чем же преимущества и недостатки такого двигателя? В преимуществам можно отнести доступность компонентов топлива и окислителя. Предполагается что подобные двигатели могли бы использоваться для полетов на Луну и Марс, включая добычу воды и алюминия и создания топлива прямо на месте. Только каким образом это будет происходить пока неизвестно.
Преимуществом является также экологичность и безопасность топлива. Горение ТТРД на перхлорате аммония выбрасывает в атмосферу десятки тонн соляной кислоты. Продукты же сгорания ALICE — оксид алюминия и водород — безопасны.
Также, в отличие от обычных ЖРД нет необходимости в криогенных температурах. При достаточно удобной температуре в -30°C, сохраняется высокая плотность энергии топлива.
Таким образом, ALICE вполне может стать альтернативой нынешним ТТРД.
Но есть и недостатки. Производство нанопорошка, как упоминалось выше — дело не дешевое. В отличие от этого производство компонентов обычного ТТРД — дело отработанное и налаженное.
Производительность. Чтобы составить серьезную конкуренцию производительность ALICE нужно быть выше чтобы оправдать свое применение.

Видео о создании и испытании ALICE

Самая свежая информация о проекте какую я нашел за 2010 год. С тех пор новостей нет. Будем надеяться что проект возродится и будет использоваться как экологичная замена традиционному топливу ТТРД.

P.S. это моя первая статья. Буду рад замечаниям и исправлениям.

Ссылки:

https://www.popsci.com/military-aviation-amp-space/article/2009-08/fly-me-moon-water-ice/

https://www.space.com/amp/7429-rocket-fuel-mixes-ice-metal.html

https://web.archive.org/web/20090827151154/http://www.wpafb.af.mil/news/story.asp?id=123164277

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

25

Это пользовательский материал, написанный участником сообщества, который не входит в состав редакции или администрации. Поддерживая авторов оценками, вы помогаете нашему сообществу развиваться.

Войдите, чтобы видеть ещё 20 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Тревожный HAL 9000
Вечность назад

Як на мене, дуже цікавий підхід. Не чув про те раніше. Дві думки виникло

  1. 1. викидати по суті пальне (водень) без допалювання якось воно... марнотратне
  2. 2. вирішення проблеми подолання опору оксидної плівки реакції з водою у всіх у нас перед очима — газобетонні блоки. Їх роблять з вапна (лужний РН) з додаванням алюмінієвої пудри. Звичайної "серебрянки": "...(близько 400 г пудри на кубічний метр газобетону). Власне ці 400 г і перетворюють текучу газомасу обсягом близько половини кубометра в повноцінний кубометр газобетону: частинки алюмінієвої пудри, реагуючи з гидроксогруппами розчину (ОН – іонами), перетворюються все в той же оксид алюмінію і водень..."
Отже, чому б якимось чином не увести в ті паливні шашки третій компонент, наприклад NaOH чи щось подібне? І не паритися з нано-алюмінієм

Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
If you were unable to log in, try this link.