Ученые из университета Concordia предложили способ решения давней проблемы выбора между твердым и жидким ракетным топливом. В статье, опубликованной в журнале Langmuir, Пранай Мудалиар и Джерин Джон описывают создание специального геля, который объединяет преимущества обоих типов энергоносителей.
Твердые ускорители отличаются стабильностью и быстрым зажиганием, но их невозможно выключить до полного выгорания. Жидкое топливо позволяет регулировать тягу и перезапускать двигатель, однако в условиях невесомости оно подвержено колебаниям в баках. Это может привести к образованию паровых пузырей, способных вывести из строя турбонасос, а также к утечкам и испарению при длительных перелетах.
Свойства нового геля
Для создания гибридного топлива исследователи использовали лецитин — вещество, которое обычно применяется в пищевой промышленности как эмульгатор. В сочетании с небольшим количеством соли хлорида кальция молекулы лецитина образуют микроскопические структуры, называемые мицеллами. Они создают трехмерную сеть, которая удерживает молекулы керосина.
Важным преимуществом лецитина является его органический состав из углерода и водорода. В отличие от многих других загустителей, которые служат лишь балластом, лецитин сгорает вместе с керосином, повышая эффективность топлива.
Механизм работы
Разработанный материал обладает свойством «сдвигового разжижения». В состоянии покоя в баке топливо ведет себя как плотное желе, что исключает опасные колебания жидкости. Однако при подаче механического давления или сдвиговой силы, например при герметизации топливных линий, мицеллярная сеть разрушается, и гель мгновенно превращается в жидкость.
Согласно данным исследования, вязкость вещества при воздействии падает более чем в 100 раз, что позволяет легко перекачивать его и распылять через форсунки. Как только давление исчезает, материал снова возвращается в состояние геля. Также разжижение может быть вызвано нагревом до температуры от 59°C до 68°C или воздействием небольшого количества этанола.
Перспективы и испытания
Гель отличается прозрачностью, что позволяет ученым изучать его структуру и характер распыления с помощью лазеров и высокоскоростных камер. Кроме того, вещество продемонстрировало высокую стабильность: в течение года в баке не наблюдалось расслоения фаз, которое часто встречается в подобных составах.
Несмотря на успехи, топливо еще не прошло испытания на реальных ракетных двигателях. Исследователям предстоит проверить, сможет ли гель выдержать вибрации и температурные скачки, возникающие при запуске ракеты в космос.
