Utveckling av en katalytisk bädd för 1N-thruster HTP

Projektet genomförs i samarbete med European Space Agency (ESA). Tillsammans med Warszawas tekniska universitet och Institute of Aviation - Łukasiewicz Research Network täcker projektet utvecklingen av en 1N -thrusterstruktur som drivs av koncentrerad väteperoxid (HTP).

Katalysatorbäddar är nyckelelement i varje monopropellant kemisk thruster. Katalysatorbädden fylls med en lämplig katalysator eller dess blandning. Vanligtvis refererar det till summan av bäraren (bäraren) whashcoating (om den används) och den aktiva ytan (fas). I vissa fall är den aktiva ytan (fasen) och stödet samma material. En av de mest kända katalysatorer som används i monopropellant -thruster -system är de som sönderdelar hydrazin (N2H4). Katalysatorer för hydrazinutrymmar (t.ex. Cnesro eller Shell 405) framställs av gammaluminiumoxid som används som stöd (100-200 m2/g) med hexakloroiridsyra i vattenlösning som föregångare, genom våtimpregneringsmetod. Katalysatorn aktiveras sedan genom minskning av gasformigt väteflöde. Detta steg möjliggör bildning av små iridiumkristalliter på ytan av aluminiumoxidpellets (stöd). Proceduren upprepas många gånger - för att erhålla den förväntade mängden av den aktiva fasen och för att garantera en tillräcklig livslängd för en katalysator.

Tekniken (katalysator) som beskrivs ovan är nyckelstenen för hydrazintryckarna som har använts i decennier nu (sedan 1960 -talet). Å andra sidan har traditionell silverkatalysator (metallisk, som silvergaser, skärmar, etc.) framgångsrikt använts med väteperoxid av HTP (High Test Peroxide) sedan 1950 -talet, eftersom silver har den bästa nedbrytningsprestandan för HTP. Koncentrationer av väteperoxid högre än 90-92% får dock inte användas i praktiken med en sådan katalysator på grund av den adiabatiska sönderdelningstemperaturen för peroxid som ligger nära silverets smältpunkt. Detta orsakar i sin tur, särskilt vid långvariga operationer, att silver (eller silverbelagd) katalysator förlorar sin prestanda på grund av bildandet av silveroxid och/eller sintringseffekt. Effekten är mycket starkare när det gäller 98% -väteperoxid, vilken sönderdelning är extremt exoterm, och sålunda når katalysatorbädden temperaturen i intervallet 950 - 960 ° C inom några sekunder, medan smältpunkten för silver är 962 ° C .

Lösningen (för att ersätta den traditionella silverkatalysatorn) kan vara att använda annat än silvermaterial (metaller, legeringar, föreningar) som katalytiskt aktivt för väteperoxidnedbrytning. En av de nuvarande metoderna är att använda manganoxider - MnOx/Al2O3 (ibland blandat med koboltoxider) som stöds på ett lämpligt keramiskt stöd (t.ex. aluminiumoxid). Andra typer av denna typ av katalysator är också möjliga, t.ex. cordieritmonolithonungskaka (MnOx/2MgO*2Al2O3*5SiO2). Impregneringsförfarandet är mycket viktigt för tillräcklig förankring av den aktiva fasen på bäraren för användning av manganoxider, särskilt i fallet med MnOx/Al2O3 -pelletskatalysator.

Därför visar analysen av den öppna och aktuella litteraturen tydligt att blandade oxider, som innehåller katjoner av övergångsmetaller, kan betraktas som ett av de potentiella alternativen. Icke desto mindre uppvisar sådana katalysatorer många problem som måste lösas. Några av dem är aktivitets- och överlevnadsfrågor kopplade till oxidationsförändringarna inom den aktiva fasen (t.ex. aktiva MnO2 -transformatorer till Mn2O3 som är lägre aktiva mot peroxid). Detta problem, tillsammans med låg mekanisk hållfasthet för några av de keramiska stöden eller/och relativt låga aktiva fasbelastningar, orsakar att livslängden (cyklerna) är ganska begränsad.

Väteperoxid med koncentration 98% i vikt är det mest önskvärda i monopropellantapplikationer på grund av dess framdrivningsförmåga. Därför tycks utvecklingen av katalysatorn för 98% HTP som inte skulle drabbas av problem med problem eller livslängd vara den viktigaste frågan inom detta område. Huvudsyftet med projektet är att utföra forskning som skulle besvara frågan om vilken teknik som gör att vi kan få den mest lovande katalysatorn för en effektiv sönderdelning av 98% -väteperoxid av raketgrad. En sådan katalysator skulle vara en väsentlig komponent för katalysatorbädden hos en monopropellant-thrusterar som ligger nära framtiden och som fungerar på 98% väteperoxid som grönt drivmedel. Dessutom tror vi att vår (men också när det gäller europeisk) teknikutveckling inom området grön (baserad på väteperoxid) rymddrivning redan har visat behovet av en sådan katalysator.

Det slutliga målet för detta projekt kommer att vara en operativ (arbetande under laboratorieförhållanden) katalysatorbädd för 1 N 98% HTP monopropellantpropeller. Förutsatt att denna lösning har uppfyllt nuvarande definierade krav och lovar att uppfylla högre nivåskrav, kommer utvecklingen av en 1 N monopropellant -thruster att fortsätta.

foto: ESA