Недавно на сайтах NASA - http://www.wpafb.af.mil/news/story.asp?id=123164277 появилось сообщение о успешных испытаниях нового экспериментального ракетного двигателя на твердом топливе, топливом для которого служит замороженная смесь воды с микродисперсной алюминиевой пылью. http://forum.inoe.name/showthread.php?t=66710
Это так называемый двигатель - ALICE, "Aluminum powder and water ICE", алюминиевый порошек и водяной лед. Совместный проект университета штата Пенсильвания и университета Пердью.
Сейчас СМИ не придают большого значения этой новости, но у двигателя - ALICE может быть большое будущее.
По своим характеристикам двигатель - ALICE сильно отличается от любого традиционного ракетного двигателя. По сути двигатель - ALICE, это принципиально новый ракетный двигатель, дальнейшее развитие которого может привести к появлению целого семейства ракетных двигателей следующего поколения.
Одна из главных нетипичных особенностей двигателя - ALICE, в том что в первые в истории в качестве компонента ракетного топлива используется вода.
В традиционных жидкостных ракетных двигателях на химическом топливе используется процесс горения органических веществ, азотоводородных соединений или водородного топлива. Окислителем служит кислород, или кислородосодержащие химические вещества, оксид азота, азотная кислота, иногда перекись.
В твердотопливных двигателях окислителем служит минеральное вещество перхлорат аммония, топливом алюминиевая пудра и органическое связующее - каучуковый клей. Связующее служит для склеивания порошкообразных компонентов топлива в монолитную массу, и сгорает как компонент топлива.
Газообразные продукты горения ракетного топлива состоят в основном из водяного пара и углекислого газа, побочными продуктами могут быть азот, и в твердотопливных двигателях гидрид хлора. В продуктах горения твердогого топлива присутствует еще и твердая окись алюминия.
Горение топлива двигателя - ALICE, это не типичная реакция горения топлива с кислородом, а реакция окисления восстановления водяного пара с металлическим порошком. При горении топливной суспензии двигателя - ALICE, металл содержащийся в топливе вытесняет водород из молекул воды. Продукты сгорания топлива состоят в основном из газообразного водорода и твердой окиси металла.
При горении топлива двигателя - ALICE происходит процесс отчасти обратный горению. В традиционных двигателях водород сгорает с кислородом образуя воду и выделяя энергию, в двигателе - ALICE водород вытесняется из воды металлом. Вытеснение водорода поглощает столько же энергии, сколько выделяется его горение. Но при окислении алюминия выделяется столько энергии, что по удельной калорийности топливо - ALICE сравнимо с чистым нитроглицерином, традиционным твердым топливом, или жидким топливом для баллистических ракет. По калорийности в пересчете на единицу обьема газа, топливо - ALICE превосходит двигатель на кислороде и водороде. Но его удельная эффективность ниже из-за примеси твердого сегмента, который снижает скорость истечения газов из двигателя.
Теоретическая удельная эффективность двигателя - ALICE сравнима с двигателем на кислороде и керосине. Для твердотопливного двигателя такая эффективность до сих пор была недостижима. Традиционные твердотопливные двигатели малоэффективны, поэтому для космических ракет используютя в основном как дополнительные ускорители для первых ступеней.
Двигатель ALICE, по эффективности сравним с "Керосиновым" двигателем, и уступает только "Водородному" топливу. Но по соотношению стоимость - эффективность, и по удобству в эксплуатации и надежности, ALICE превосходит и керосиновый и водородный двигатели.
Для хранения "Криогенных" компонентов топлива - жидкого кислорода и водорода, нужны сверхнизкие температуры. "Высококипящее", топливо которое используетя для баллистичеких ракет, и некоторых космических носителей, например "Протонов", токсично и опасно, при соприкосновении высококипящие компоненты топлива самовоспламеняются. Традиционное твердое топливо пожароопасное, взрывчатое, и при горении выделяет много токсичных соединений хлора.
Топливная суспензия - ALICE, совершенно безопасная, и относительно дешевая.
Благодаря таким свойствам топливная суспензия металлической пыли в воде может стать основным топливом для ракетных двигателей следующего поколения.
В блоге - http://www.partnercontact.ru/component/idoblog/Culibin777
выложенна идея сделать двигатель на водно металлическом топливе еще более удобным, за счет отказа от заморозки топлива для придания ему твердой консистенции.
В "Твердотопливном двигателе на гелеобразном топливе", предполагается придавать твердую консистенцию полужидкой топливной суспензии превращая ее в твердый гель, за счет химических загустителей.
Гелеобразное топливо можно хранить при нормальных условиях, так же как и твердое. А это рсширяет потенциальную сферу применения водяной топливной суспензии, позволяя использовать ее не только для космических и баллистических ракет, но и в любых других ракетных двигателях.
Идея ракетного двигателя на "Текучем топливе", выложенная на том же блоге позволяет вообще отказаться от превращения топливной суспензии в твердое вещество, и использовать топливо имеющее консистенцию вязкой жидкости.
Двигатель на текучем топливе стоит дороже твердотопливного, но он может быть более удобным для многоразовых ракет. Например, многоразовых первых ступеней и дополнительных ускорителей космических ракет и авиационных ускорителей.
Из-за того что, многоразовую ракету на текучем топливе намного проще и быстрее подготовить к повторному старту, чем твердотопливную.
Появление ракетных двигателей на новом топливе может привести к прогрессу в космонавтике и спутниковой связи.
Николай Агапов.