科學家打造出基於鹽的推進劑:或能推動雙模火箭發展

2020-11-23 cnBeta

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。

相關焦點

  • 在壓力下,無毒的鹽基推進劑表現良好
    圖片來源:伊利諾伊大學航空航天工程系在像CubeSat衛星這樣的小型太空飛行器中,鹽基單推進劑顯示出了希望。它既可以用於高推力化學推進中以實現對時間敏感的快速機動,也可以用於電力模式中用於慢速機動(例如軌道維護)。現在,伊利諾伊大學香檳分校伊利諾伊大學航空工程系的研究人員對它在壓力下的性能有了更多的了解。的推進劑,稱為FAM-110A,是兩種市售的鹽的混合物。
  • 李俊賢:帶領中國火箭推進劑從無到有
    李俊賢:帶領中國火箭推進劑從無到有 央視網消息:從中國第一顆人造衛星傳出的東方紅樂曲響徹寰宇,到神舟系列飛船把中國人的足跡帶上太空,再到探月工程的「嫦娥之旅」,李俊賢和他的同事們研製的推進劑,提供巨大能量,讓一個個飛天夢成為現實。
  • 人類火箭發展簡史
    如果加速太快那麼無論是火箭乘員還是火箭中的儀器都承受不了,如果加速時間太長火箭推進劑又消耗過大、飛行距離過遠,那麼用什麼方法才能計算出合理的速度增量呢?,並在他的這篇論文中繪製出了世界上第一枚液體推進劑的火箭構造圖,從而為火箭的設計發展開闢了一條嶄新的道路。
  • 火箭是怎麼發明的
    火箭最早是由中國人發明的,古代火箭故鄉是在中國。在很早以前,中國人就會用火藥燃燒氣體,產生的反作用力來推動火箭向前飛行。這被現代科學家發展成了升入太空的神器,這也是我們引以驕傲的地方。火箭這個詞在三國時期就出現了,在公元228年的三國年代,魏國與蜀國的一次戰爭中,魏國使用了火箭焚燒了蜀國的雲梯,守住了的城池,在這次戰役中,火箭一詞也由此出現了。後來在北宋時期火箭的技術得到了發展。此後的年代中火箭被廣泛地應用到軍事當中。但是到了近代,由於中國的科學技術沒有得到發展。火箭技術也就一直停滯不前啦。
  • 「智慧火箭」相關技術首獲飛行驗證,我們離智慧火箭還有多遠
    根據國外運載火箭發展規律,隨著技術複雜度的增加和試驗子樣的增多,運載火箭研製和飛行中逐漸暴露出各種故障模式,給飛行安全帶來一定影響。從運載火箭實際飛行情況來看,即使發動機出現重大故障,也並非一定是瞬時和災難性的,而是有變化過程的,這為遏制故障的發展提供了可能。如果火箭具備故障診斷和自主飛行的能力,在故障發生時自主進行稍許調整,飛行結果便能大幅改善,飛行任務將更加可靠。
  • 中國研製出首款牛級「電火箭」,衛星機動能力獲得突破
    與通過燃燒化學推進劑燃料獲得動能的火箭不同,霍爾推力器通過將電子約束在磁場中,並利用加速陽離子來獲得推力,擁有結構簡單、高比衝、高效率等優點,這項技術一直是美國、俄羅斯和歐洲航天技術的優勢所在。1月17日,航天科技集團通過官方微博發布的消息稱,中國已經研製出了首款牛級霍爾推力器,實現了霍爾電推力器從毫牛級向牛級的重大跨越。
  • 【科普】火箭的原理
    看似複雜的火箭,原理其實非常簡單,牛頓早在17世紀就很清晰地描述了它:如果你以一定速度向後拋出一定質量,你就會受到一個反作用力的推動,向前加速。火箭推進原理依據的是牛頓第三定律:作用力和反作用力大小相等,方向相反。一個紮緊的充滿空氣的氣球一旦鬆開,空氣就從氣球內往外噴,氣球則沿反方向飛出,其道理是一樣的。固體推進劑是從底層向頂層或從內層向外層快速燃燒的。 而液體推進劑是用高壓氣體對燃料與氧化劑貯箱增壓,然後用渦輪泵將燃料與氧化劑輸送進燃燒室。推進劑的能量在發動機內轉化為燃氣的動能,形成高速氣流噴出,產生推力。
  • 星際旅行大預測:今後火箭可能燒甲烷 比液氫液氧更好
    原因是這樣的,1986年前後,美國運載火箭界科研人員對6年來基於液氧甲烷和液氧乙烷、液氧丙烷、液氧煤油、液氧液氫這5種液體推進劑的試驗結果,得出了以下結論:液氧甲烷是所有推進劑中,最不容易積碳結焦的;其次甲烷粘稠度小,冷卻性遠高於沒有;其三,液氧甲烷發動機的理論比衝為390.3S,高於液氧煤油的377.5S;就此對液氧甲烷發動機有了公開的認識。
  • 簡述中國新921運載火箭的發展思路、需求及總體方案
    本文作者:夢尋yousa_喵B站UID:20497583本文主要內容:簡述中國新一代運載火箭的發展思路、需求及總體方案;對火箭基本參數進行相對合理的推算。新一代載人運載火箭是根據我國載人航天工程發展規劃,為發射我國新一代載人飛船而全新研製。新一代載人運載火箭打破傳統研製模式,採用一體化協同設計、數字虛擬試驗等先進研製手段,通過集成演示試驗部分代替傳統複雜的單項試驗,大幅縮短研製周期,提升研製效率,推動研製模式創新。
  • 國產未來超級炸藥技術獲重大突破:功臣居然是美國籍科學家!
    ,目前,除去反物質等比較遙遠的高含能物之外,超高能含能材料主要分為兩類,第一類是基於化學能的高能物質,比如納米鋁、納米硼等高活性儲能材料,還有一類就是全氮類物質、金屬氫或者金屬氮。這其中,全氮化合物是未來全世界新型推進劑和炸藥等高能密度材料( HEDM)最有應用前景的候選物。我們知道,武器技術的突破主要來自於材料突破,金屬氫或者金屬氮技術甚至足以再次引導一次工業革命級的軍事技術大變革。
  • 太空中沒有空氣,為什麼火箭還能噴火?
    我們都有這樣的經歷,當我們把一個緊扎的充氣氣球猛然鬆開,氣球內的空氣迅速往外噴,氣球會沿著噴氣相反的方向飛出,這說明它們都受到了力的作用。事實上,這個作用力不是來自外界,而是來自它們自身。
  • HyImpulse測試石蠟/液態氧混合動力火箭發動機
    HyImpulse公司表示,9月15日的首次熱燃測試證實,石蠟/液態氧混合火箭發動機的性能與液態碳氫基燃料相當。這一性能是利用比液體燃料火箭發動機更簡單的推進系統實現的,可靠性高,成本低。火箭發射的安全性一直是一個難題。目前,固體推進劑將燃料和氧化劑結合在一起,形成一種材料,一旦點燃,必須在有控制的情況下持續燃燒,否則火箭可能會爆炸。
  • 僅消耗原計劃0.3%推進劑:解密嫦娥五號軌道器再「加班」背後故事
    僅消耗原計劃0.3%推進劑:解密嫦娥五號軌道器再「加班」背後故事 中新社北京1月13日電 題:僅消耗原計劃0.3%推進劑:解密嫦娥五號軌道器再「加班」背後故事 作者 高詩淇 郭超凱 2020年12月17日,嫦娥五號任務軌道器與返回器在距離地球
  • 中國火箭燃料製造基地:與劇毒和危險相伴(圖)
    押運推進劑,就像坐在火山口上,一旦遇上丁點火花,就會引起劇烈爆炸     來到特燃站的推進劑儲運庫區,一股淡淡的魚腥味撲面而來。穿著防護服的押運隊士官黃海華、劉軍鵬,正在進行推進劑轉注作業。筆者準備上前搶拍他們的工作照,但被陪同人員拉到5米之外,因為散發出這種魚腥味的推進劑有劇毒。
  • 馬斯克的載人火箭都成功上天了,中國的民營火箭發展到哪一步了?
    2014年工信部發布了《促進軍民融合式發展的指導意見》。2017年國防科工局《關於推動國防科技工業軍民融合深度發展的意見》,將支撐太空、網絡、海洋等重點新興領域建設寫入上述意見中。從2014年起,已有多家民營火箭公司成立,拉開了中國民營火箭的序幕。
  • 太空中的火箭有無限的燃料,不停的加速,最終能不能超過光速?
    「太空中的火箭有無限的燃料,不停的加速,最終能不能超過光速?」這是一個十分有趣的問題。關於這個問題,其實可以分兩個部分來講,第一部分就是火箭真的做得到無限燃料麼?第二部分就是即使是無限燃料,根據狹義相對論也無法達到光速。
  • 固體火箭發動機為何能成為運載動力「新寵」?
    中新社西安8月2日電 題:固體火箭發動機為何能成為運載動力「新寵」?  中新社記者 董子暢  8月2日,中國直徑最大、裝藥量最大、推力最大的固體火箭發動機——民用航天3米2分段大型固體火箭助推發動機地面熱試車圓滿成功,標誌著中國已經掌握大型分段式固體火箭助推發動機關鍵技術。  提起固體火箭,人們總覺得它很神秘。
  • HyImpulse公司開發的混合動力火箭用石蠟作為基礎燃料
    火箭發射的安全性一直是一個難題。  目前,固體推進劑將燃料和氧化劑結合在一起,形成一種材料,一旦點燃,必須在有控制的情況下持續燃燒,否則火箭可能會爆炸。  混合動力火箭的概念並不新鮮。在1933年8月17日蘇聯的第一次火箭發射中,一組科學家測試了一種小型混合發射裝置,該裝置基於液氧和一種凝膠形式的汽油。  火箭達到了400米,但不能擴大規模,該小組繼續開發大型液體火箭,最終用於發射Sputnik。
  • 火箭的燃料是啥?它是怎麼給火箭提供動力的?
    提到火箭發動機,小編想到了這樣的一個問題,汽車在公路上行駛,飛機在空中飛行,都需要燃料來驅動,火箭要飛向太空,當然也離不開燃料。但汽車和飛機都行駛在富含氧氣的大氣層中,氧氣是天然的氧化劑,而火箭要到達大氣稀薄的太空,那裡幾乎沒有氧氣,火箭的燃料是怎樣燃燒的?
  • 支撐長五復飛成功,液體火箭發動機都有哪些?
    液體火箭發動機決定了火箭進入空間的能力,是運載火箭最關鍵的技術之一,長徵五號火箭使用了兩種推進劑組合和和三種循環方式的火箭發動機,不同的液體火箭發動機也有著不同的性能和用途。 推進劑組合應用種類廣 按照液體火箭發動機使用推進劑組合的不同,火箭發動機可以分為多種類型,液體火箭發動機主流是雙組元推進劑,一般來說一種是氧化劑另一種燃料。歷史上火箭先驅者們嘗試了幾乎所有的液體推進劑組合,現在實用的推進劑組合也很多。