为 1N 推进器 HTP 开发催化床

该项目是与欧洲航天局（ESA）合作进行的。 该项目与华沙理工大学和航空研究所 - Łukasiewicz 研究网络一起，开发了由浓缩过氧化氢 (HTP) 驱动的 1N 推进器结构。

催化剂床是每个单组元化学推进器的关键要素。催化剂床填充有合适的催化剂或其混合物。通常它是指载体（载体）洗涂（如果使用）和活性表面（相）的总和。在某些情况下，活性表面（相）和载体是相同的材料。在单组元推进器系统中使用的最著名的催化剂之一是分解肼 (N2H4) 的催化剂。用于肼空间推进器（例如 Cnesro 或 Shell 405）的催化剂由用作载体 (100-200 m2/g) 的伽玛氧化铝以水溶液中的六氯铱酸作为前驱体，通过湿浸渍法制备。然后通过减少气态氢气流来活化催化剂。该步骤能够在氧化铝颗粒（载体）的表面上形成小的铱微晶。该过程重复多次 - 以获得预期数量的活性相并保证催化剂有足够的寿命。

上述技术（催化剂）是肼推进器的基石，该推进器已经使用了几十年（自 1960 年代以来）。另一方面，自 1950 年代以来，传统的银催化剂（金属催化剂，如银丝网、筛网等）已成功地与 HTP（高测试过氧化物）的过氧化氢一起使用，因为银对 HTP 具有最好的分解性能。然而，由于过氧化物的绝热分解温度接近银的熔点，因此在实践中不能使用高于90-92%的过氧化氢浓度与这种催化剂一起使用。这反过来导致，尤其是在长时间操作中，银（或镀银）催化剂由于氧化银的形成和/或烧结效应而失去其性能。 98%过氧化氢的效果更强，分解放热极强，因此催化剂床在几秒钟内达到950-960°C的温度，而银的熔点为962°C .

解决方案（替代传统的银催化剂）可能是使用银材料以外的材料（金属、合金、化合物）作为过氧化氢分解的催化活性物质。目前的一种方法是使用负载在合适陶瓷载体（例如氧化铝）上的锰氧化物 – MnOx/Al2O3（有时与钴氧化物混合）。其他类型的这种催化剂也是可能的，例如堇青石整体蜂窝(MnOx/2MgO*2Al2O3*5SiO2)。浸渍程序对于将活性相充分固定到使用锰氧化物的载体上非常重要，尤其是在 MnOx/Al2O3 颗粒催化剂的情况下。

因此，对公开和当前文献的分析清楚地表明，含有过渡金属阳离子的混合氧化物可被视为潜在的选择之一。尽管如此，这种催化剂表现出许多需要解决的问题。其中一些是与活性相内的氧化变化相关的活性和生存能力问题（例如，活性 MnO2 转化为对过氧化物活性较低的 Mn2O3）。这个问题，连同一些陶瓷载体的低机械强度或/和相对低的活性相负载，导致工作寿命（循环）持续时间相当有限。

由于其推进性能，按重量计浓度为 98% 的过氧化氢是单组元推进剂应用中最理想的。因此，开发不会受到活性或寿命问题影响的 98% HTP 催化剂似乎是该领域最重要的问题。该项目的主要目标是进行研究，以回答哪种技术使我们能够获得最有希望的催化剂来有效分解火箭级 98% 过氧化氢的问题。这种催化剂将是近期单组元推进剂推进器的催化剂床的重要组成部分，该推进器使用 98% 过氧化氢作为绿色推进剂。此外，我们认为我们（而且就欧洲而言）在绿色（基于过氧化氢）空间推进领域的技术开发已经证明了对这种催化剂的需求。

该项目的最终目标是为 1 N 98% HTP 单组元推进器提供可操作（在实验室条件下工作）的催化剂床。如果该解决方案满足当前定义的要求并有望满足更高级别的要求，则将继续开发 1 N 单组元推进剂。

照片：欧空局