Проект осуществляется в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ESA). Совместно с Варшавским технологическим университетом и Исследовательской сетью Института авиации имени Лукасевича проект охватывает разработку конструкции двигателя 1N, работающего на концентрированной перекиси водорода (HTP).
Слои катализатора являются ключевыми элементами любого одноразового химического двигателя малой тяги. Слой катализатора заполняют подходящим катализатором или его смесью. Обычно это относится к сумме покрытия носителя (опоры) (если используется) и активной поверхности (фазы). В некоторых случаях активная поверхность (фаза) и основа выполнены из одного и того же материала. Одним из наиболее известных катализаторов, которые используются в системах двигателей малой тяги, являются катализаторы, разлагающие гидразин (N2H4). Катализаторы для гидразиновых космических двигателей (например, Cnesro или Shell 405) получают из гамма-оксида алюминия, который используется в качестве носителя (100-200 м2 / г), с гексахлоридовой кислотой в водном растворе в качестве предшественника методом пропитки влажностью. Затем катализатор активируется уменьшением потока газообразного водорода. Этот этап позволяет формировать мелкие кристаллиты иридия на поверхности гранул оксида алюминия (подложка). Процедуру повторяют много раз - чтобы получить ожидаемое количество активной фазы и гарантировать достаточный срок службы катализатора.
Описанная выше технология (катализатор) является краеугольным камнем гидразиновых двигателей, которые используются уже несколько десятилетий (с 1960-х годов). С другой стороны, традиционный серебряный катализатор (металлический, например, серебряные сетки, экраны и т. Д.) Успешно используется с перекисью водорода HTP (High Test Peroxide) с 1950-х годов, поскольку серебро имеет лучшую разлагающую способность для HTP. Однако концентрации пероксида водорода выше 90-92% могут не использоваться на практике с таким катализатором из-за температуры адиабатического разложения пероксида, которая близка к температуре плавления серебра. Это, в свою очередь, вызывает, особенно при длительных операциях, что катализатор из серебра (или покрытого серебром) теряет свои характеристики из-за образования оксида серебра и / или эффекта спекания. Эффект намного сильнее в случае перекиси водорода 98%, разложение которой чрезвычайно экзотермично, и, таким образом, слой катализатора достигает температуры в диапазоне 950-960 ° C в течение нескольких секунд, тогда как температура плавления серебра составляет 962 ° C. .
Решением (для замены традиционного серебряного катализатора) может быть использование других материалов (металлов, сплавов, соединений), кроме серебра, в качестве каталитически активных для разложения пероксида водорода. Один из современных подходов заключается в использовании оксидов марганца - MnOx / Al2O3 (иногда в смеси с оксидами кобальта), нанесенных на подходящую керамическую основу (например, оксид алюминия). Также возможны другие типы катализаторов этого типа, например, такие как соты из монолита кордиерита (MnOx / 2MgO * 2Al2O3 * 5SiO2). Процедура пропитки очень важна для достаточного закрепления активной фазы на носителе для использования оксидов марганца, особенно в случае гранулированного катализатора MnOx / Al2O3.
Таким образом, анализ открытой и текущей литературы ясно показывает, что смешанные оксиды, содержащие катионы переходных металлов, могут рассматриваться как один из возможных вариантов. Тем не менее, такие катализаторы вызывают множество проблем, которые необходимо решить. Некоторые из них связаны с проблемами активности и живучести, связанными с окислительными изменениями в активной фазе (например, активные преобразователи MnO2 в Mn2O3, который менее активен по отношению к пероксиду). Эта проблема, вместе с низкой механической прочностью некоторых керамических опор или / и относительно низкими нагрузками активной фазы, приводит к тому, что продолжительность срока службы (циклов) довольно ограничена.
Перекись водорода с концентрацией 98% по массе является наиболее востребованной в монотопливных применениях из-за ее пропульсивных характеристик. Следовательно, разработка катализатора для 98% HTP, который не будет страдать от проблем с активностью или продолжительностью жизни, кажется наиболее важным вопросом в этой области. Основная цель проекта - провести исследования, которые позволят ответить на вопрос, какая технология позволяет получить наиболее перспективный катализатор для эффективного разложения перекиси водорода 981ТР1Т ракетного качества. Такой катализатор мог бы стать важным компонентом слоя катализатора в двигателях с одноразовым топливом в ближайшем будущем, которые работают на перекиси водорода 98% в качестве зеленого топлива. Более того, мы думаем, что наша (но также с точки зрения Европы) разработка технологий в области экологически чистых (на основе перекиси водорода) космических двигателей уже продемонстрировала необходимость в таком катализаторе.
Конечной целью данного проекта будет создание действующего (работающего в лабораторных условиях) слоя катализатора для 1-го монотопливного двигателя НРД N 98%. При условии, что это решение отвечает установленным в настоящее время требованиям и обещает удовлетворить требования более высокого уровня, разработка монотопливного подруливающего устройства 1 Н будет продолжена.
фото: ESA