Jég és fém keverékéből készül az új rakéta-üzemanyag

Az elmúlt 50 évben, a Szputnyik kilövése óta alig változott valamit a rakéták hajtóanyaga, egy új nano-alumíniumporból és fagyasztott vízből álló keverék azonban környezetbarátabbá teheti a rakéta kilövéseket, sőt, lehetővé teszi az űrhajók Földtől távoli helyeken történő feltöltését is.

Az alumínium-jég hajtóanyag, vagyis az ALICE a víz és az alumínium között létrejövő kémiai reakcióból nyeri energiáját. A kutatók remélik, hogy a reakciókból termelődő hidrogén nem csak a kilövéseknél lesz alkalmazható, hanem a hosszú távú űrküldetések hidrogén üzemanyagcelláit is képes lesz ellátni. "Összességében egy olyan technológiát keresünk, ami hosszan képes elraktározni a hidrogént." - taglalta Steven Son, a Purdue Egyetem gépészmérnök professzora. "A víz egy kitűnő, stabil módja a hidrogén tárolásának."

Mind a NASA, mind a Légierő Tudományos Kutatási Hivatala elég érdeklődést tanúsított a koncepció iránt, hogy összegyűljön a pénz a kezdeti rakéta begyújtási tesztekhez. A Purdue és a Pennsylvania Állami Egyetem kutatói a kísérletek megkoronázásaként egy augusztusi repülési teszten sikeres rakéta kilövést produkáltak az ALICE alkalmazásával.


Repül az első aluminium-jég hajtóanyaggal működő rakéta
Ennek ellenére a technológiát egyhamar - amíg nem tisztázódnak a NASA űrkutatási tervei - nem fogjuk látni a gyakorlatban. A Hold és a Mars vízkészletei létezésének megerősítése azonban előrevetíteni látszik az ALICE és a hasonló rakéta hajtóanyagok létjogosultságát. Az alumínium már most a rakéta üzemanyagok fontos alkotóeleme, igaz csak kis részben van jelen bennük. A fém magas, több mint 3830 Celsius fokos gyulladási hőmérsékletének köszönhetően rendkívül nagy sebességgel lövelli ki az égési gázokat, amivel tolóerőt generál a rakétának.

Az ALICE mindössze 80 nanométer átmérőjű részecskéi még többet hoznak ki az alumíniumból. Ezek a parányi részecskék sokkal gyorsabban égnek, mint nagyobb társaik, ezáltal még nagyobb erőt adnak a reakciónak, miközben a rakéta tolóerejének kontrollálhatóságát is fokozza. "A nanoméretű alumínium valóban kulcsfontosságú a rendszer működésében" - mondta Timothee Pourpoint, a Purdue repülési és űrrepülési karának professzora. "Ha csak mikron méretű alumíniumport használnánk a vízjéggel, akkor nem működne."

A rendkívül magas hőfokokon égő alumínium csak egy része az ALICE képletnek. A másik a vízmolekulákba zárt oxigén és hidrogén, ami az alumínium égését táplálja. A reakcióból hidrogéngáz és alumínium-oxid keletkezik, ami "zöldebbnek" tűnik, mint a jelenlegi rakéták melléktermékei. Egy-egy űrsikló repülés alkalmával körülbelül 230 tonna sósav áramlik ki a szilárd hajtóanyagú rakétákból.

Az ALICE megalkotása nem volt sétagalopp, a megfelelő keverékarány megtalálása, majd annak felnagyítása a laboratóriumi spatulás módszerről a nagyüzemi, gépi előállításhoz rengeteg időt vett igénybe. A kutatók azonban végül előálltak egy leginkább egy fogkrémhez hasonló péppel, amivel nem csak a környezetvédelem oltárán áldoznának, de akár túl is teljesíthetik vele a jelenlegi rakéta-hajtóanyagok teljesítményét. "Jelenleg az összteljesítményt tekintve a hagyományos szilárd hajtóanyagok szintjén, vagy valamivel alatta vagyunk" - jegyezte meg Son, hozzátéve, hogy csapata nem feszegette a lehetőségek határait az első repülés biztonsága érdekében, de mivel ezen már sikeresen túlestek, bátrabban nyúlhatnak az anyaghoz.

Az egyik elv szerint a nanoalumíniumot nagyobb alumíniumrészecskékkel kellene keverni, így hatékonyabbá válna az alumínium alkalmazása, és csökkenne az alumínium-oxid képződése. Ugyanakkor a kutatók egy erőteljesebb alumínium-víz keveréken is dolgoznak, amiben több a jég, ezt a koncepciót azonban feláldozták a biztonság érdekében. Az óvatosság csökkentette a kilövéskor távozó gázok hőmérsékletét is, ami alacsonyabb teljesítményt és hidrogén képződést jelentett. Pourpoint szeretne egy módosított keverékekkel is kilövést végrehajtani, hogy igazolja a teljesítmény növelhetőségét.

A jövő egyik célkitűzése egy zselésített hajtóanyag megalkotása, ami a folyékony üzemanyagokhoz hasonlóan viselkedne. Az új keverékek több hidrogént termelnének, jelentős lépést téve a hidrogén üzemanyagcellák működtetése irányába.