使用3D打印将漂白剂变成无毒的火箭燃料

  • 2022-02-21 17:48:46
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西蒙·里德(Simon Reid),一名完成博士学位的工科学生。位于新西兰基督城的坎特伯雷大学正在研究一种 3D 打印催化剂床,该催化剂床将使浓缩过氧化氢(一种漂白剂)作为无毒火箭燃料更有效地用于需要中低推力的运载火箭。

Reid 于 2019 年完成了化学和工艺工程的工程学学士学位,他认为过氧化氢是一种毒性更低的替代品,肼是一种用于中低推力应用的常用航空航天推进剂。肼是一种疑似致癌物,在使用时需要额外的安全设备和规程,这会增加使用火箭燃料的成本。

或者,过氧化氢在很大程度上对人类无毒,并且具有常见的家庭用途,例如漂白头发或清洁伤口。然而,为了从过氧化氢产生推力,需要催化剂。所使用的催化剂通常是贵金属,例如银或铂,它们会迅速将过氧化氢分解成高能气体。

在 Reid 的 3D 打印设计中,陶瓷催化剂床的表面涂有过氧化氢通过的催化剂。“通过将液态过氧化氢通过催化剂床,它可以加速分解反应。该反应使分子解离,将其转化为水和氧气。正是分子的分解产生了大量的能量和热量。热量使水蒸发并产生高温气体——将热气体通过喷嘴提供推力,”西蒙解释说

他的研究目的是改进催化剂床的设计,以最大限度地利用作为火箭燃料的过氧化氢产生推力,同时限制催化剂从床中的损失并保持组件轻便。西蒙与Callaghan Innovation 的 AddLab 合作,利用 3D 打印技术为无毒火箭燃料生成具有更好性能的新型催化结构——更低的压降并使用不同的催化材料来提高推进器的性能。“我使用的形状叫做陀螺仪。它是一种数学形状,更适合催化过程,不能使用传统技术制造,”他解释说。

西蒙试图在无毒火箭燃料催化剂床中使用螺旋体克服的三件事是催化剂的损失、大的压降以及与过氧化氢浓度相平衡的最大推力——一些催化剂的熔点相对于出来的气体的温度。

“该项目的当地合作伙伴Dawn Aerospace目前使用过氧化氢作为其可重复使用的太空飞机的推进剂,该飞机将把卫星送入轨道。他们使用的催化剂非常简陋,自 1960 年代以来一直存在,这就是研究试图改进的,”里德说。

Simon 将很快开始测试新设计的催化剂床的效率,并将结果与​​现有设计进行比较。“只有少数公司在认真考虑过氧化氢。希望通过设计这些高效的催化剂,我们可以将其推广为肼的可行替代品,并帮助使航空航天业更加安全。”

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