Hidracina, uno de los propulsores líquidos más utilizados para sistemas de propulsión espacial, también es extremadamente tóxico. Investigadores de la UE han desarrollado catalizadores 3-D para encender propelentes alternativos.

La hidracina es muy tóxica, corrosivo, y cancerígeno para los organismos vivos. En 2011, la Comisión Europea incluyó a la hidracina entre los candidatos a la lista de sustancias muy preocupantes, que está regulado por el marco de Registro de Autorización de Evaluación y Restricción de Sustancias Químicas (REACH). Desde entonces, universidades Los institutos de investigación y las industrias de toda Europa han estado explorando y probando activamente propelentes no tóxicos como posible reemplazo de los propelentes a base de hidracina.

Uno de los proyectos que se ha centrado en propulsores alternativos para sistemas de propulsión espacial fue el proyecto Rheform. Financiado por la UE, los investigadores trabajaron en la mejora de los propulsores basados ​​en dinitramida de amonio (ADN). Reemplazar la hidracina con nuevos propulsores hará que la propulsión espacial sea más sostenible para futuras misiones.

Superar los desafíos actuales

Aunque los propulsores alternativos poseen características que los hacen muy deseables para su uso en lanzadores y naves espaciales, estos beneficios vienen con limitaciones. La temperatura de combustión de LMP-103S - una mezcla de ADN, agua, metanol y amoniaco - 1600 ° C, mucho más alto que el de la hidracina, que es de unos 900 ° C. Para soportar tales temperaturas, Las cámaras de combustión utilizan materiales especiales que cumplen con ciertos criterios del Reglamento de Tráfico Internacional de Armas (ITAR) de los Estados Unidos.

Otro gran problema es que el catalizador utilizado para descomponer y encender el propulsor alternativo debe calentarse antes de la ignición. Actualmente, el catalizador se precalienta eléctricamente a una temperatura de aproximadamente 350 ° C, que tarda unos 30 minutos antes de disparar, para asegurar la descomposición del propulsor. Un tiempo de preencendido tan largo es problemático en situaciones de emergencia, donde se requiere un encendido rápido.

Por lo tanto, el equipo de Rheform se ha centrado en sintetizar catalizadores que requieren temperaturas más bajas para el precalentamiento y adaptar los propulsores basados ​​en ADN actualmente existentes para que los materiales utilizados en la cámara de combustión sean compatibles con los materiales existentes disponibles en Europa. "señala la Dra. Michele Negri. Para lograr este objetivo, Se llevaron a cabo actividades de desarrollo tanto en el desarrollo de catalizadores como en la ignición catalítica.

Viabilidad de reducir la temperatura de ignición

El objetivo de los investigadores era construir una cámara de descomposición para el propulsor que sea capaz de "arranque en frío". Pronto, después de probar 40 catalizadores diferentes en un reactor discontinuo, el equipo se dio cuenta de que el contenido de agua de los propulsores tenía que vaporizarse antes de entrar en contacto con la fuente de ignición. La vaporización se logró colocando un lecho de calor en la entrada de la cámara de combustión. Algunos de los catalizadores tenían temperaturas de ignición justo por encima de los 100 ° C. Como dice el Dr. Negri, "El plan de desarrollar un sistema catalítico capaz de un arranque en frío completamente no se consideró factible".

Los investigadores han explorado dos tipos diferentes de catalizadores:gránulos de catalizador hechos de granos grandes y estructuras monolíticas con patrones de canales internos que permiten que fluya el propulsor. Las estructuras monolíticas están construidas con materiales cerámicos. El equipo del proyecto realizó varias simulaciones para comprender adecuadamente el impacto de las propiedades del material en el desempeño de la estructura del catalizador para finalmente construir una cámara de descomposición eficiente.

Entre los diversos tipos de cerámica probados, Los investigadores seleccionaron estructuras de hexaaluminato por su excelente resistencia a las altas temperaturas y los choques térmicos. Otra novedad introducida por Rheform es la impresión 3D de estas estructuras cerámicas. La impresión 3D les permitió producir monolitos con una geometría muy compleja. "Esta es la primera vez que las cerámicas impresas en 3D, como las estructuras de hexaaluminato, se utilizan para propulsores, "afirma el Dr. Negri.

El verdadero potencial de los propulsores alternativos

Tanto las agencias espaciales europeas como las estadounidenses han calificado los propulsores ecológicos para sistemas de propulsión como una tecnología de alta prioridad. El principal objetivo de Rheform era mejorar el rendimiento, Reduzca los costos y minimice la exposición a sustancias nocivas con nuevos propulsores líquidos respetuosos con el medio ambiente.

Como explica el Dr. Negri, "Una de las grandes ventajas de los propulsores alternativos a la hidracina es que son más seguros, al mismo tiempo que disminuye la complejidad y el costo de las pruebas, Envío, manipulación y lanzamiento ". En total, Se lanzaron 13 satélites SkySat desde 4 ubicaciones diferentes, lo que demuestra claramente que tales propulsores libres de hidracina permiten flexibilidad operativa y permiten el lanzamiento de naves espaciales desde diferentes sitios.