Инженеры из Университета Конкордия предложили новый способ создания гелевого ракетного топлива, используя в качестве загустителя лецитин — вещество, которое обычно применяется в пищевой промышленности для стабилизации соусов и шоколада. Результаты исследования опубликованы в журнале Langmuir.
Преимущества гибридного топлива
При проектировании двигательных установок разработчики обычно выбирают между твердым и жидким топливом. Твердые ускорители стабильны и быстро воспламеняются, но их невозможно выключить до полного выгорания. Жидкое топливо более гибкое: двигатели на нем можно дросселировать и перезапускать. Однако жидкости склонны к испарению и «плесканию» в баках, что в условиях микрогравитации может привести к образованию паровых пузырей и поломке турбонасосов.
Гелевое топливо призвано объединить плюсы обоих типов: в баке оно ведет себя как плотное твердое тело, но при подаче в камеру сгорания становится жидкостью. Главными проблемами таких составов обычно остаются короткий срок годности и зависимость фазового состояния от температуры.
Как работает лецитин в топливе
В разработанном составе лецитин выступает в роли органического гелеобразующего агента. При добавлении небольшого количества соли хлорида кальция молекулы лецитина самоорганизуются в микроскопические структуры — мицеллы. Они создают невидимую трехмерную сеть, которая удерживает молекулы керосина.
Важным преимуществом лецитина является его химический состав (углерод и водород). В отличие от многих других загустителей, он не является «мертвым грузом», а сгорает вместе с керосином.
Свойства и перспективы
Основной особенностью нового топлива является эффект «разжижения при сдвиге» (shear thinning). В состоянии покоя вещество напоминает желатин, что исключает колебания топлива в баке. Однако при подаче механического давления или сдвига — например, при герметизации топливных линий — мицеллярная сеть разрушается, и гель мгновенно превращается в жидкость. Согласно измерениям, вязкость вещества падает более чем в 100 раз, что позволяет легко перекачивать его через форсунки. После снятия давления материал снова возвращается в состояние геля.
Кроме того, исследователи отметили следующие характеристики: • Возможность разжижения при нагреве до 59–68 °C или воздействии небольшого количества этанола. • Прозрачность, что позволяет анализировать структуру топлива и характер распыления с помощью лазеров и высокоскоростных камер. • Стабильность: гель сохранял свои свойства в баке более года без признаков расслоения.
Несмотря на успех, технология пока находится на стадии лабораторных испытаний. Топливо еще не тестировали на реальных высоконапорных инжекторах ракетных двигателей, а также не проверяли его устойчивость к вибрациям и температурным шокам, возникающим при запуске в космос.
