Entwicklung eines Katalysatorbetts für das 1N-Triebwerk

Das Projekt wird in Kooperation mit der European Space Agency (ESA) durchgeführt. Zusammen mit der Technischen Universität Warschau und dem Institut für Luftfahrt – ukasiewicz Research Network umfasst das Projekt die Entwicklung eines 1 N-Triebwerks, das mit konzentriertem Wasserstoffperoxid betrieben wird.

Katalysatorbetten sind die Schlüsselkomponenten jedes chemischen Einkomponenten-Antriebs (Einzeltreibstoff) für Raketentriebwerke. Einer der bekanntesten Katalysatoren, die in Monopropellant-Raketentriebwerkssystemen verwendet werden (z. B. Hydrazin – N2H4) werden aus Aluminiumoxid und Iridium hergestellt. Andererseits wird der traditionelle Silberkatalysator seit 60 Jahren erfolgreich mit einem anderen Monotreibstoff – Wasserstoffperoxid HTP (High Test Peroxide) – verwendet, da Silber die beste HTP-Zersetzungseffizienz aufweist.

HTP-Konzentrationen über 90-92% können jedoch aufgrund der adiabatischen Zersetzungstemperatur von Wasserstoffperoxid, die nahe am Schmelzpunkt von Silber liegt, nicht mit Silberkatalysator verwendet werden. Dies wiederum führt insbesondere bei Langzeitprozessen dazu, dass der Silber- (oder Silber-beschichtete) Katalysator seine Eigenschaften durch Silberoxidbildung und/oder Sintereffekte verliert. Ein viel stärkerer Effekt tritt mit 98% Wasserstoffperoxid auf, dessen Zersetzung extrem exotherm ist, so dass das Katalysatorbett innerhalb von Sekunden Temperaturen im Bereich von 950-960 °C erreicht, während der Schmelzpunkt von Silber 962 °C beträgt.

Eine Lösung könnte darin bestehen, andere Materialien als Silber als katalytisch aktive Materialien für die Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Konzentrationen über 921 TP1T zu verwenden. Eines der betrachteten katalytischen Betten ist die Verwendung von Manganoxiden – MnOx / Al2O3 (manchmal gemischt mit Kobaltoxiden), die auf einem geeigneten Keramikträger (zB Aluminiumoxid) abgeschieden werden. Auch andere Typen solcher Katalysatoren sind möglich, zB mit Wabenstruktur (MnOx / 2MgO/2Al2O3/ 5SiO2).

Wasserstoffperoxid (HTP) in einer Konzentration von 98% ist aufgrund seines Antriebs und seiner ökologischen Eigenschaften bei Monotreibstoffanwendungen am wünschenswertesten. Daher scheint die Entwicklung eines Katalysators für 98% HTP, der keine Probleme mit verringerter Aktivität und Verkürzung der Lebenserwartung zeigt, das wichtigste Thema auf diesem Gebiet zu sein. Das Hauptziel des Projekts ist es, Forschungen durchzuführen, die die Frage beantworten, welche Technologie es uns ermöglicht, den vielversprechendsten Katalysator für die effiziente Zersetzung von 98% Wasserstoffperoxid als grünen Raketentreibstoff zu erhalten.

Das ultimative Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Katalysatorbetts für ein 1N-Triebwerk mit HTP-Monotreibstoff – 98% Wasserstoffperoxid.

Unter der Annahme, dass diese Lösung die spezifizierten technischen Anforderungen erfüllt, wird die Entwicklung des 1N-Triebwerks powered by HTP fortgesetzt.

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