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德国航空航天中心成功测试两种绿色太空燃料

2021-04-15 09:29来源: 科技日报编辑:遥城
  近日,德国航空航天中心(DLR)成功测试了两种先进的“绿色”燃料,有望替代肼基燃料成为下一代太空应用燃料。
  1960年以来,肼类燃料(泛指肼、甲基肼和偏二甲肼)由于良好的能量性能、可以长期保存和冷启动等优点被广泛地用作航天和导弹燃料。然而,这些化合物同时具有高挥发性、高毒性、强致癌性等诸多缺点。处理这些物质需要高度的安全性,也使其成本高昂。随着绿色空间推进技术的快速发展,开发新型高能低毒推进剂燃料成为航空航天领域研究的热点。
  德国航空航天中心在兰帕兹豪森M11综合试验台的试验燃烧室中成功测试的两种新“绿色”燃料是:“自燃离子推进剂”和“HyNOx混合物”(碳氢化合物与一氧化二氮混合)。作为污染较少但效率相同的肼类燃料的替代品,它们有望成为下一代太空应用燃料。
  DLR开发的“自燃离子推进剂”由作为氧化剂的过氧化氢和作为燃料的离子液体(熔融盐)组成。试验中,过氧化氢和离子液体分别从两个口喷入燃烧室,两种物质接触约15毫秒后自燃。这种推进剂有潜力替代已在上级发动机中得到验证的燃料组合:一甲基肼和四氧化二氮。它不需要复杂的点火装置,并可以对发动机进行多次点火,有望在大型卫星或航天器的轨道推进系统中得到应用。
  另一种绿色推进剂名为HyNOx混合物,由作为氧化剂的一氧化二氮和作为燃料的乙烷或乙烯预先混合而成。与传统的燃料相比,HyNOx燃料组合具有更高的比冲,效率更高,没有毒性,原料容易获取且价格便宜。此外,一氧化二氮和乙烷具有较高的蒸气压,可用于将燃料泵入燃烧室。因此可以取消给燃料箱加压的需求,降低驱动系统的复杂性。不过这种燃料也有两个需要注意的问题:一是要避免燃烧室供应管线和储罐的回火;二是要承受较高的温度,HyNOx混合物燃烧时能产生3000摄氏度的高温。
  可持续性和环境兼容性在未来的太空旅行中会变得越来越重要。DLR太空飞行推进技术研究所化学燃料部门负责人多米尼克·弗罗伊登曼博士说:“为了满足对新型燃料的高要求,从一开始就选择正确的‘化学成分’至关重要。”(记者李山)
 
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