科學家打造出基於鹽的推進劑:或能推動雙模火箭發展
據外媒報導,來自伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的研究人員眼下正在研究基於鹽打造的推進劑,這種推進劑將可能為同時用作內燃機引擎和離子引擎的雙模火箭提供動力。這開啟了火箭既具有液體燃料火箭的優勢也具有離子驅動用於太空任務的優勢的一種可能性。
當相關機構在規劃一個太空任務時一個最基本的問題之一就是從A點到B點用什麼樣的推進劑。在一種極端條件下,液態燃料火箭可以在很短的時間內提供大量的推力,而靜電或離子引擎則可以在很長的時間內提供微小的推力。
這兩者都有其優劣勢。其中,液體引擎火箭可以將有效載荷送入軌道,但對於長距離的星際旅行來說效率並不高。而離子引擎就非常適合為從地球到冥王星的探測器提供動力,但在任何有重力的條件下這種引擎則都是垃圾。
解決這個問題的一種方法就是製造一種雙模火箭,它可以通過燃燒兩種推進劑產生大量推力,然後在引擎切換到離子模式時繼續使用這些推進劑。
據了解,離子引擎的工作原理是給推進劑原子一個電荷然後在電場加速原子。目前太空任務中使用的推進器依賴於氙或銫等重原子,但伊利諾斯州的研究重點則換成了電噴霧或膠體推進劑。這是一個由生物和化學實驗室技術發展而來的系統,在這個系統中,液滴被噴成氣溶膠然後帶電並加速。
要做到這一點,液體需要通過一個直徑很小的毛細管泵運送。當液體抵達管道頂端時,它會遇到一個強靜電場然後將小水滴拉出並噴射出去。在這一方案中,為該系統選擇的液體將可以用於雙模火箭。然而棘手的問題是如何選出正確的兩種推進劑進而使其能在兩種模式下運轉。
對此,伊利諾伊大學格蘭傑工程學院航空航天工程系副教授Joshua Rovey表示,他們創造了一種推進劑,它是兩種商用鹽–hydroxylammonium nitrate(硝酸羥胺)和emim ethylsulfate–的混合物,另外他們已經發表了其他表明鹽推進劑在高加速燃燒模式下工作的研究論文。現在,他們知道,這種獨特的組合鹽也將在電動節能模式下運轉。
“這兩種物質在推進劑中混合在一起,然後不斷地相互結合、分離。這個系統本質就是混沌的,不清楚這些液體內部的相互作用如何傳播並在噴霧中出現。(因為)沒有發生化學反應。只是我們分別從A和B開始,當它們噴出的時候A和B結合在了一起。”
Rovey還指出,這項研究將能讓人們更好地明白這些鹽如何相互作用於電噴霧以及這種相互作用如何影響噴霧的輸出,而這對更成熟的火箭設計非常重要。
相關研究報告已發表在《Journal of Propulsion and Power》上。