Сотрудникам Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» удалось в пять раз увеличить скорость горения твердого ракетного топлива благодаря уникальным катализаторам на основе нанопорошков металлов. Изобретение позволит сделать 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 сейчас 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 твердого топлива, 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» руководителя проекта, профессор кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС» Александр Громов.
Ученые в настоящее время завершают серию лабораторных испытаний полученных катализаторов. Результаты научной работы материаловедов опубликованы в журнале Propellants, Explosives, Pyrotechnics.