A rakétahajtás tervezésében a mérnökök hosszú ideje a szilárd és a folyékony hajtóanyagok közötti kompromisszumot keresik. Mindkettő megvan a maga előnye és hátránya, és a különböző típusok hatékonyságának minél jobb kiaknázása érdekében a kutatók a gél megoldások felé orientálódnak, amelyek hibridet kínálnak a szilárd és a folyékony rendszerek között.
Tartalomjegyzék
A gél koncepció a tervezésben ideiglenesen ígéretesnek tűnik, mert a tartályban szilárdként viselkedő anyag megakadályozhatja a szétfolyást és a zavaró mozgást, miközben az égés során folyékonnyá válhat. Ugyanakkor a gélre vonatkozó korábbi megközelítések is hoznak magukkal kihívásokat, például a hosszú távú állékonyságot és a hőmérsékletfüggő fázisváltozásokat.
Pranay Mudaliar és Jerin John a Concordia Egyetemen a Langmuir folyóiratban publikált tanulmány egy meglepő összetevőt talált, amelyet az élelmiszeriparból is ismerünk: lecitin. A lecitin gyakori emulgeálószer, amely a csokoládé simaságát és a salátaöntetek kohézióját is segíti. A kutatók a lecitin és nyomokban kalcium-klorid hozzáadásával a molekulákat micellákká rendeződő 3D háló formájú szerkezetté szervezték, amely megköti a kerozin molekulákat a tárolóban.
Új lecitin alapú kerosén gél üzemanyag megoldás
A gél egyik legfontosabb alapja a lecitin és a hozzáadott kalcium-klorid só, amely mikellákat hoz létre és önszerveződő módon hálót képez. Ezek a mikellák összekapcsolódva egy láthatatlan 3D hálót formálnak, amely képes a kerozin molekulákat megkötni a tartály belsejében.
Ennek a 3D háló szerkezetnek köszönhetően a hagyományos hajtóanyagok közé tartozó kerozin a gélben biztonságosan zárható és egyben felkészíthető a égésre. A rendszer organikus összetevői miatt pedig a későbbi égés a kerosennel együtt zajlik, nem pedig csak teherként marad a szerkezetben.
Az anyag átlátszó, így a kutatók optikai eszközökkel figyelhetik meg a szerkezetet és a permetezés menetét. A hosszú távú tárolhatóságot igazoló kísérletek szerint a gél több mint egy évig stabil marad a tárolóban anélkül, hogy jelentős fáziseltolódás jelentkezne.
A gél viselkedése és előnyei a gyakorlatban
Normál körülmények között a gél úgy viselkedik, mint egy sűrű zselé, megőrzi a formáját a tartályban, és elhárítja a folyadék mozgását, amelyet gyakran a rakétákban a slosh jelenség okoz.
Amikor pedig mechanikus nyomás érkezik, például a nyomásingadozás vagy a csővezetékek közvetítésének során, a micellás háló felbomlik, és a gél gyorsan folyékonnyá válik. A mérések alapján a viszkozitás több mint 100-szoros csökkenése figyelhető meg, így könnyen pumpálható és befecskendezhető.
Ezenkívül a gél reagál a külső tényezőkre: ha a hőmérséklet 59–68 °C közé emelkedik, vagy érintkezik etanol, a háló helyileg felbomolhat, helyileg folyékony állapotba hozva az üzemanyagot. Ezek a helyi átalakulások lehetővé teszik a hatékony adagolást anélkül, hogy az egész tartály folyékony állapotba kerülne, miközben a gél továbbra is átlátszó marad.
Fejlődési út a gyakorlat felé
Jelenleg az új gél-üzemanyag még nem került kipróbálásra a magas nyomású injektorokon, és nem bizonyították, hogy kibírja a kilövítéskor fellépő rezgések és hő-sokkok hatásait.
A Concordia kutatói tovább dolgoznak az anyagon, és a kezdeti eredmények alapján ígéretesnek tűnik, bár még sok teszt és finomítás szükséges a gyakorlati alkalmazáshoz.
A kutatások részletei a Concordia Egyetem közleményeiben és a Langmuir folyóiratban megjelent tanulmányban találhatók, amelyek a lecitin alapú keroszn gél lehetőségeit vizsgálják az űrmissziók hajtóanyagai felé.
© – P. Mudaliar & J. John
Forrás: Universetoday.com
