Desarrollo de un lecho catalítico para el propulsor 1N HTP

El proyecto se lleva a cabo en cooperación con la Agencia Espacial Europea (ESA). Junto con la Universidad Tecnológica de Varsovia y el Instituto de Aviación - Red de Investigación Łukasiewicz, el proyecto cubre el desarrollo de una estructura propulsora 1N impulsada por peróxido de hidrógeno concentrado (HTP).

Los lechos de catalizador son elementos clave de cada propulsor químico monopropulsor. El lecho de catalizador se llena con un catalizador adecuado o su mezcla. Por lo general, se refiere a la suma del portador (soporte) con revestimiento (si se utiliza) y la superficie activa (fase). En algunos casos, la superficie activa (fase) y el soporte son del mismo material. Uno de los catalizadores más conocidos que se utilizan en los sistemas propulsores monopropulsores son los que descomponen la hidracina (N2H4). Los catalizadores para propulsores espaciales de hidrazina (por ejemplo, Cnesro o Shell 405) se preparan a partir de gamma alúmina que se utiliza como soporte (100-200 m2 / g) con ácido hexacloroirídico en solución acuosa como precursor, mediante el método de impregnación en húmedo. A continuación, el catalizador se activa mediante la reducción del flujo de hidrógeno gaseoso. Este paso permite la formación de pequeños cristalitos de iridio sobre la superficie de los gránulos de alúmina (soporte). El procedimiento se repite muchas veces para obtener la cantidad esperada de fase activa y garantizar una vida útil suficiente de un catalizador.

La tecnología (catalizador) descrita anteriormente es la piedra angular de los propulsores de hidracina que se utilizan desde hace décadas (desde la década de 1960). Por otro lado, el catalizador de plata tradicional (metálico, como gasas de plata, pantallas, etc.), se ha utilizado con éxito con peróxido de hidrógeno de HTP (Peróxido de alta prueba) desde la década de 1950, ya que la plata tiene el mejor rendimiento de descomposición para HTP. Sin embargo, las concentraciones de peróxido de hidrógeno superiores a 90-92% pueden no usarse en la práctica con dicho catalizador debido a la temperatura de descomposición adiabática del peróxido que está cerca del punto de fusión de la plata. Esto a su vez provoca, especialmente en operaciones de larga duración, que el catalizador de plata (o recubierto de plata) pierda su rendimiento debido a la formación de óxido de plata y / o efecto de sinterización. El efecto es mucho más fuerte en el caso del peróxido de hidrógeno 98%, cuya descomposición es extremadamente exotérmica y, por lo tanto, el lecho del catalizador alcanza una temperatura en el rango de 950 - 960 ° C en unos pocos segundos, mientras que el punto de fusión de la plata es de 962 ° C. .

La solución (para reemplazar el catalizador de plata tradicional) puede ser utilizar materiales distintos de la plata (metales, aleaciones, compuestos) como catalíticamente activos para la descomposición del peróxido de hidrógeno. Uno de los enfoques actuales es utilizar óxidos de manganeso - MnOx / Al2O3 (a veces mezclados con óxidos de cobalto) apoyados sobre un soporte cerámico adecuado (por ejemplo, alúmina). También son posibles otros tipos de este tipo de catalizador, por ejemplo, como el monolito de cordierita en forma de panal (MnOx / 2MgO * 2Al2O3 * 5SiO2). El procedimiento de impregnación es muy importante para un anclaje suficiente de la fase activa sobre el soporte para el uso de óxidos de manganeso, especialmente en el caso del catalizador de pellets de MnOx / Al2O3.

Por lo tanto, el análisis de la literatura abierta y actual muestra claramente que los óxidos mixtos, que contienen cationes de metales de transición, pueden considerarse como una de las opciones potenciales. No obstante, estos catalizadores presentan muchos problemas que deben resolverse. Algunos de ellos son problemas de actividad y supervivencia relacionados con los cambios de oxidación dentro de la fase activa (por ejemplo, transformadores de MnO2 activo en Mn2O3 que es menos activo hacia el peróxido). Este problema, junto con la baja resistencia mecánica de algunos de los soportes cerámicos y / y cargas de fase activa relativamente bajas, hacen que la duración de la vida útil (ciclos) sea bastante limitada.

El peróxido de hidrógeno con una concentración de 98% en peso es el más deseable en aplicaciones de monopropulsores debido a su rendimiento propulsor. Por lo tanto, el desarrollo del catalizador para 98% HTP que no sufriría problemas de actividad o duración de la vida, parece ser el tema más importante en este campo. El objetivo principal del proyecto es realizar una investigación que responda a la pregunta de qué tecnología nos permite obtener el catalizador más prometedor para la descomposición eficiente del peróxido de hidrógeno 98% de grado cohete. Dicho catalizador sería un componente esencial para el lecho de catalizador de propulsores monopropulsores de un futuro cercano que funcionan con peróxido de hidrógeno 98% como propulsor verde. Además, creemos que nuestro desarrollo tecnológico (pero también en términos europeos) en el campo de la propulsión espacial verde (basada en peróxido de hidrógeno) ya ha demostrado la necesidad de dicho catalizador.

El objetivo final de este proyecto será un lecho catalítico operativo (trabajando en condiciones de laboratorio) para el propulsor monopropelente 1 N 98% HTP. Siempre que esta solución cumpla con los requisitos definidos actualmente y prometa cumplir con requisitos de nivel superior, se continuará con el desarrollo de un propulsor monopropelente de 1 N.

foto: ESA