Desenvolvimento de um leito catalítico para o propulsor 1N HTP

O projeto é realizado em cooperação com a Agência Espacial Europeia (ESA). Juntamente com a Universidade de Tecnologia de Varsóvia e o Instituto de Aviação - Rede de Pesquisa Łukasiewicz, o projeto cobre o desenvolvimento de uma estrutura de propulsão 1N alimentada por peróxido de hidrogênio concentrado (HTP).

Os leitos do catalisador são os principais elementos de todo propulsor químico monopropelente. O leito do catalisador é preenchido com um catalisador adequado ou sua mistura. Normalmente, refere-se à soma do revestimento do portador (suporte) (se utilizado) e da superfície ativa (fase). Em alguns casos, a superfície ativa (fase) e o suporte são do mesmo material. Um dos catalisadores mais conhecidos que são utilizados em sistemas de propulsão monopropelente são aqueles que decompõem a hidrazina (N2H4). Catalisadores para propulsores espaciais de hidrazina (por exemplo, Cnesro ou Shell 405) são preparados a partir de alumina gama que é usada como suporte (100-200 m2 / g) com ácido hexacloroirídico em solução aquosa como precursor, pelo método de impregnação por umidade. O catalisador é então ativado pela redução do fluxo de hidrogênio gasoso. Esta etapa permite a formação de pequenos cristalitos de irídio na superfície dos grânulos de alumina (suporte). O procedimento é repetido várias vezes - a fim de obter a quantidade esperada de fase ativa e garantir uma vida útil suficiente de um catalisador.

A tecnologia (catalisador) descrita acima é a pedra angular para os propulsores de hidrazina que estão em uso há décadas (desde 1960). Por outro lado, o tradicional catalisador de prata (metálico, como telas de prata, telas, etc.), tem sido usado com sucesso com peróxido de hidrogênio de HTP (High Test Peroxide) desde a década de 1950, já que a prata tem o melhor desempenho de decomposição para HTP. No entanto, concentrações de peróxido de hidrogênio maiores que 90-92% não podem ser usadas na prática com tal catalisador devido à temperatura de decomposição adiabática do peróxido que está próxima ao ponto de fusão da prata. Isso, por sua vez, faz com que, especialmente em operações de longa duração, o catalisador de prata (ou revestido de prata) perca seu desempenho devido à formação de óxido de prata e / ou efeito de sinterização. O efeito é muito mais forte no caso do peróxido de hidrogênio 98% cuja decomposição é extremamente exotérmica e, assim, o leito do catalisador atinge a temperatura na faixa de 950 - 960 ° C em poucos segundos, enquanto o ponto de fusão da prata é de 962 ° C .

A solução (para substituir o catalisador de prata tradicional) pode ser o uso de outros materiais além da prata (metais, ligas, compostos) como cataliticamente ativo para a decomposição do peróxido de hidrogênio. Uma das abordagens atuais é usar óxidos de manganês - MnOx / Al2O3 (às vezes misturados com óxidos de cobalto) apoiados em um suporte de cerâmica adequado (por exemplo, alumina). Outros tipos deste tipo de catalisador também são possíveis, por exemplo, como favo de mel de monólito de cordierita (MnOx / 2MgO * 2Al2O3 * 5SiO2). O procedimento de impregnação é muito importante para a ancoragem suficiente da fase ativa no suporte para uso de óxidos de manganês, especialmente no caso do catalisador de pellets de MnOx / Al2O3.

Portanto, a análise da literatura aberta e atual mostra claramente que os óxidos mistos, contendo cátions de metais de transição, podem ser considerados como uma das opções potenciais. No entanto, tais catalisadores apresentam muitos problemas que precisam ser resolvidos. Alguns deles são os problemas de atividade e sobrevivência ligados às mudanças de oxidação dentro da fase ativa (por exemplo, transformadores de MnO2 ativos em Mn2O3 que é menos ativo em relação ao peróxido). Este problema, junto com a baixa resistência mecânica de alguns dos suportes de cerâmica e / e cargas de fase ativa relativamente baixas, faz com que a duração da vida operacional (ciclos) seja bastante limitada.

O peróxido de hidrogênio com concentração de 98% por peso é o mais desejável em aplicações de monopropelente devido ao seu desempenho propulsivo. Portanto, o desenvolvimento de um catalisador para 98% HTP que não sofreria de problemas de atividade ou de vida útil, parece ser a questão mais importante neste campo. O principal objetivo do projeto é realizar pesquisas que respondam à questão de qual tecnologia nos permite obter o catalisador mais promissor para a decomposição eficiente do peróxido de hidrogênio 98% grau de foguete. Tal catalisador seria um componente essencial para o leito do catalisador de um propulsor monopropelente de futuro próximo que opera em peróxido de hidrogênio 98% como propelente verde. Além disso, pensamos que nosso (mas também em termos de europeu) desenvolvimento de tecnologia no campo da propulsão espacial verde (com base em peróxido de hidrogênio) já demonstrou a necessidade de tal catalisador.

O objetivo final deste projeto será um leito de catalisador operacional (trabalhando em condições de laboratório) para o propulsor monopropelente 1 N 98% HTP. Desde que esta solução atenda aos requisitos definidos atualmente e prometa atender aos requisitos de nível mais alto, o desenvolvimento de um propulsor monopropelente 1 N será continuado.

foto: ESA