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科学家打造出基于盐的推进剂:或能推动双模火箭发展

这开启了火箭既具有液体燃料火箭的优势也具有离子驱动用于太空任务的优势的一种可能性。

据外媒报道,来自伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的研究人员眼下正在研究基于盐打造的推进剂,这种推进剂将可能为同时用作内燃机引擎和离子引擎的双模火箭提供动力。这开启了火箭既具有液体燃料火箭的优势也具有离子驱动用于太空任务的优势的一种可能性。

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当相关机构在规划一个太空任务时一个最基本的问题之一就是从A点到B点用什么样的推进剂。在一种极端条件下,液态燃料火箭可以在很短的时间内提供大量的推力,而静电或离子引擎则可以在很长的时间内提供微小的推力。

这两者都有其优劣势。其中,液体引擎火箭可以将有效载荷送入轨道,但对于长距离的星际旅行来说效率并不高。而离子引擎就非常适合为从地球到冥王星的探测器提供动力,但在任何有重力的条件下这种引擎则都是垃圾。

解决这个问题的一种方法就是制造一种双模火箭,它可以通过燃烧两种推进剂产生大量推力,然后在引擎切换到离子模式时继续使用这些推进剂。

据了解,离子引擎的工作原理是给推进剂原子一个电荷然后在电场加速原子。目前太空任务中使用的推进器依赖于氙或铯等重原子,但伊利诺斯州的研究重点则换成了电喷雾或胶体推进剂。这是一个由生物和化学实验室技术发展而来的系统,在这个系统中,液滴被喷成气溶胶然后带电并加速。

要做到这一点,液体需要通过一个直径很小的毛细管泵运送。当液体抵达管道顶端时,它会遇到一个强静电场然后将小水滴拉出并喷射出去。在这一方案中,为该系统选择的液体将可以用于双模火箭。然而棘手的问题是如何选出正确的两种推进剂进而使其能在两种模式下运转。

对此,伊利诺伊大学格兰杰工程学院航空航天工程系副教授Joshua Rovey表示,他们创造了一种推进剂,它是两种商用盐--hydroxylammonium nitrate(硝酸羟胺)和emim ethylsulfate--的混合物,另外他们已经发表了其他表明盐推进剂在高加速燃烧模式下工作的研究论文。现在,他们知道,这种独特的组合盐也将在电动节能模式下运转。

“这两种物质在推进剂中混合在一起,然后不断地相互结合、分离。这个系统本质就是混沌的,不清楚这些液体内部的相互作用如何传播并在喷雾中出现。(因为)没有发生化学反应。只是我们分别从A和B开始,当它们喷出的时候A和B结合在了一起。”

Rovey还指出,这项研究将能让人们更好地明白这些盐如何相互作用于电喷雾以及这种相互作用如何影响喷雾的输出,而这对更成熟的火箭设计非常重要。

相关研究报告已发表在《Journal of Propulsion and Power》上。

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