Материаловедам Национального исследовательского технологического
университета «МИСиС» удалось в пять раз увеличить скорость горения
твердого ракетного топлива благодаря уникальным катализаторам
на основе нанопорошков металлов. Изобретение позволит делать
космические аппараты в пять раз быстрее.
Реактивная тяга в твердотопливных ракетных двигателях создается
за счет сжигания смеси высокоэнергетических веществ, способных
к быстрому горению. При этом выделяется большой объем разогретого
газообразного тела, которое формирует реактивную струю, что было
показано еще К.Э. Циолковским. Как правило, в качестве твердого топлива
используется полимерная матрица с наполнителем из мощных горючих
веществ, окислителей, порошка металла, например, алюминия и различных
модификаторов.
Основу горючих веществ в составе современного твердого ракетного
топлива составляют циклические нитрамины. Они химически устойчивы
к воздействию традиционных катализаторов горения, таких как оксиды
металлов и салицилаты свинца. Это свойство не позволяет ученым
увеличивать скорость горения топлива, от которой напрямую зависит
скорость полета ракеты.
Металловеды из НИТУ «МИСиС» обнаружили, что металлические
нанопорошки могут выступать в качестве эффективного катализатора
реакции горения твердых топлив, а значит, в итоге увеличить скорость
летательного аппарата. В ходе лабораторных испытаний, проведенных
научным коллективом, наноразмерные металлические порошки показали
хорошую каталитическую активность.
В ходе исследований материаловеды добавляли в топливо наночастицы
металлов, которые ускоряли воспламенение частиц алюминия в составе
горючего. Использование нанопорошков алюминия, бора, никеля
и молибдена позволило повысить скорость горения в 1,5 раза вне
зависимости от давления. Самые впечатляющие результаты показали
катализаторы на основе нанопорошка меди — скорость горения топлива
увеличилась почти в 5 раз. Однако полученный реагент нуждается
в доработке, считают исследователи.
«Медный нанопорошок реагирует с компонентами топлива уже
во время его производства при низкой температуре, что снижает
эффективность использования такого катализатора», – рассказал НИТУ
«МИСиС» руководитель проекта, главный научный сотрудник центра
быстрого прототипирования НИТУ «МИСиС» Александр Громов.
Ученые в настоящее время завершают серию лабораторных испытаний
полученных катализаторов. Результаты научной работы материаловедов
опубликованы в журнале Propellants, Explosives, Pyrotechnics.
По информации пресс-центра НИТУ «МИСиС»