Είτε το πιστεύετε είτε όχι, υπάρχουν μερικοί άνθρωποι εκεί έξω που πιστεύουν ότι η παραδοσιακή πυραυλική επιστήμη είναι πολύ εύκολη και θέλουν περισσότερη πρόκληση. ΕΝΑ ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις (UI) αποφάσισε να ανεβάσει λίγο τη δυσκολία επιχειρώντας να σχεδιάσει έναν κινητήρα πυραύλων που να είναι ικανός τόσο για ηλεκτρική όσο και για χημική πρόωση.
Ένας τέτοιος πυραυλικός κινητήρας διπλής λειτουργίας θα είχε τα οφέλη και από τα δύο είδη πρόωσης. Η χημική πλευρά θα τους έδινε σημαντική ώθηση και γρήγορους χρόνους αντίδρασης όταν χρειαζόταν με κόστος απόδοσης, ενώ ο ηλεκτροκινητήρας θα επέτρεπε αποτελεσματική, αν και αργή, διαδρομή. Πρόσφατα η ομάδα δοκίμασε έναν νέο τύπο Καύσιμο πυραύλου που θα μπορούσε απλώς να χρησιμοποιηθεί και στους δύο τύπους κινητήρων.
Ένα καύσιμο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο στην ηλεκτρική όσο και στη χημική πρόωση ήταν ένα σημαντικό σημείο κόλλησης σε τέτοια συστήματα πρόωσης «διπλής λειτουργίας». Κάθε τύπος κινητήρα απαιτεί πολύ διαφορετικές χημικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του καυσίμου του. Για τη χημική καύση, ένα καύσιμο πρέπει να μπορεί να αναφλέγεται αποτελεσματικά και με λογική ταχύτητα. Αν καεί πολύ γρήγορα και θα εκραγεί υπό πίεση. Εάν καίγεται πολύ αργά, ο κινητήρας θα εκτοξεύει απλώς το υγρό καύσιμο έξω από το ακροφύσιο του.
Το έργο Solar Electric Propulsion της NASA είναι ένα παράδειγμα ενός συστήματος ηλεκτρικής πρόωσης υπό ανάπτυξη.
Πίστωση: Ερευνητικό Κέντρο Γκλεν της NASA
Εναλλακτικά, για ηλεκτρική πρόωση , τα περισσότερα καύσιμα είναι εντελώς αδρανή επειδή οι σχεδιαστές του κινητήρα δεν θέλουν να αναφλεγούν κατά λάθος. Οι ηλεκτρομαγνητικές τους ιδιότητες είναι πολύ πιο σημαντικές. Για να είναι χρήσιμο σε ένα σύστημα ηλεκτρικής πρόωσης, ένα καύσιμο πρέπει να μπορεί να παραμορφώνεται παρουσία ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου. Ως μέρος αυτής της παραμόρφωσης, ορισμένα σωματίδια του καυσίμου θα τραβηχτούν από τα υπόλοιπα και θα εκτιναχθούν έξω από τον προωθητή ως ιόντα.
Η ομάδα του UI μπορεί απλώς να έχει χτυπήσει ένα καύσιμο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στους δύο κινητήρες. Αποτελείται από ένα μείγμα νιτρικού υδροξυλαμμωνίου ( ΕΧΟΥΝ ) και αιθυλ θειικό 1-αιθυλ-3-μεθυλμιδαζόλιο (EMIM). Και τα δύο είναι εμπορικά διαθέσιμα υγρά ιοντικά άλατα, αλλά όταν τα συνδυάζουν, ο Δρ Joshua Rovey και η ομάδα του μπορεί να έχουν βρει μια λύση για το μακροχρόνιο λειτουργικό καύσιμο διπλής λειτουργίας τους.
Χημική δομή του HAN - ένα από τα κύρια συστατικά του νέου τύπου καυσίμου.
Πίστωση: Ben Mills / Wikipedia
Ένα από τα πλεονεκτήματα του συνδυασμού αλατιού είναι ότι το HAN λειτουργεί ως πολύ καλό οξειδωτής , και είναι μια γνωστή ποσότητα στους κύκλους πρόωσης. Το EMIM από την άλλη είναι αξιοπρεπές καύσιμα . Δεδομένου ότι το καύσιμο και τα οξειδωτικά είναι τα δύο συστατικά που χρειάζονται για την αποτελεσματική καύση, ο συνδυασμός των δύο σε μια ενιαία πηγή καυσίμου επιτρέπει την καύση.
Δεδομένου ότι το HAN ήταν ήδη μια γνωστή ποσότητα, το εργαστήριο Rovey άρχισε να αναζητά άλλα άλατα που θα μπορούσαν να συνδεθούν καλά με αυτό. Η αναζήτησή τους περιορίστηκε σημαντικά τόσο από την εμπορική διαθεσιμότητα όσο και από τη διαθεσιμότητα των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του άλατος στη βιβλιογραφία. Το EMIM ήταν ένας από τους τρεις υποψηφίους στους οποίους το περιόρισαν, και αυτός που είχε την καλύτερη απόδοση στην προκαταρκτική προσομοιώσεις καύσης .
Παράδειγμα οπτικής εξόδου ενός προγράμματος προσομοίωσης καύσης, παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται από την ομάδα διεπαφής χρήστη.
Πίστωση: NASA
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα που έχει ο συνδυασμός HAN/EMIM έναντι των υπαρχόντων καυσίμων πυραύλων, όπως π υδραζίνη , είναι ότι είναι μη τοξικό. Αλλά ο Δρ Rovey σπεύδει να επισημάνει, «[μη τοξικό] δεν σημαίνει ότι είναι ασφαλές να το πιεις – σημαίνει ότι είναι ασφαλές να αναπνέεις». Ο συνδυασμός είναι επίσης πιο πυκνός από τα περισσότερα αποδεκτά καύσιμα πυραύλων, που σημαίνει ότι μπορεί να διατηρηθεί περισσότερο καύσιμο σε μικρότερο όγκο - μια κρίσιμη ανησυχία όταν σκεφτόμαστε τον όγκο στη δεξαμενή καυσίμου ενός πυραύλου.
Ωστόσο, αυτή η υψηλότερη πυκνότητα δεν σημαίνει απαραίτητα ότι καίγεται πιο γρήγορα. Το έγγραφο που μόλις κυκλοφόρησε η ομάδα επικεντρώνεται στη μελέτη αυτού που ονομάζεται «γραμμικός ρυθμός καύσης». Αυτή είναι μια περιγραφή του πόσο γρήγορα διαδίδεται το καιόμενο μέτωπο ενός υγρού στο υπόλοιπο αυτού του υγρού. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εάν αυτός ο ρυθμός καύσης είναι πολύ γρήγορος, θα μπορούσε να εκραγεί ολόκληρη η δεξαμενή καυσίμου. Εάν είναι πολύ αργό, θα έχει ως αποτέλεσμα να πεταχτεί υγρό καύσιμο έξω από το ακροφύσιο του κινητήρα του πυραύλου και να μην είναι χρήσιμο για κανέναν.
Βίντεο από τις δοκιμές καύσης που πραγματοποιήθηκαν από την ομάδα UI.
Πιστώσεις: Dr Joshua Rovey / Πανεπιστήμιο Illionis
Ο ρυθμός καύσης επηρεάζεται επίσης από την πίεση, κάτι που προκαλεί ανησυχία όταν σκεφτόμαστε κινητήρες πυραύλων, καθώς το καύσιμο πρέπει να είναι υπό πίεση για να διασφαλιστεί ότι αποστέλλεται αποτελεσματικά στον θάλαμο καύσης. Αποδεικνύεται ότι ο συνδυασμός EMIM και HAN έχει ρυθμό καύσης ακριβώς στη μέση της «ζώνης Goldilocks» – ούτε πολύ γρήγορος ούτε πολύ αργός, ενώ βρίσκεται υπό λογική πίεση για πιθανή χρήση ως πηγή καυσίμου.
Υπάρχει ακόμα πολλή δουλειά να γίνει όμως. Η ομάδα του Dr. Rovey έχει προκαταρκτικά αποδείξει ότι το μείγμα αλατιού λειτουργεί και στην ηλεκτρική πρόωση. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή η ομάδα βρίσκεται σε μια φάση όπου εξερευνά μια ιδέα διπλής λειτουργίας με δύο ξεχωριστούς προωθητές για τις δύο διαφορετικές μεθοδολογίες πρόωσης, και εργάζεται επίσης σε μια ακόμα πιο προκλητική ιδέα, έναν ενιαίο προωθητή που μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ ηλεκτρική και χημική πρόωση. Ένα τέτοιο σύστημα θα ήταν πιο χρήσιμο για συστήματα τόσο μικρά όσο τα κυβικά.
Η ιδέα των καλλιτεχνών για ένα προτεινόμενο σύστημα πρόωσης διπλής λειτουργίας.
Πίστωση: NASA / Nathan Jerred / USRA
Η ομάδα του Dr. Rovey εργάζεται ενεργά για τη δοκιμή και την κλιμάκωση της έρευνάς της. Χρηματοδοτούνται ενεργά από τη NASA και, ενώ δεν έχουν επίδειξη τεχνολογίας προγραμματισμένη πτήση για το σύστημα πρόωσης ακόμα, ελπίζουν να έχουν προγραμματισμένη μία τα επόμενα χρόνια.
Αυτά τα χρόνια θα γεμίσουν με πολύ περισσότερη αντιμετώπιση προβλημάτων και μηχανική για την ομάδα. Αν και υπάρχουν ακόμη πολλά εμπόδια για να φτάσουμε σε αυτό το σημείο, η ανάπτυξη και η δοκιμή αυτού του νέου τύπου μη τοξικού προωθητικού είναι αναμφισβήτητα ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση. Το αν τελικά θα οδηγήσει σε ακόμη πιο περίπλοκη πυραυλική επιστήμη μένει να φανεί.
Μάθε περισσότερα:
EurekaAlert / Πανεπιστήμιο του Ιλινόις: Υπό πίεση, το μη τοξικό προωθητικό με βάση το αλάτι έχει καλή απόδοση
Καύση και φλόγα: Γραμμικός ρυθμός καύσης πράσινου ιοντικού υγρού πολυτροπικού μονοπροωθητικού
NASA: Σύστημα πρόωσης διπλής λειτουργίας που επιτρέπει την εξερεύνηση του ηλιακού συστήματος CubeSat