取代劇毒的火箭推進劑,新型液體火箭燃料採用 MOF 材料

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 09 日 12:55 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

火箭推進系統中,液體火箭引擎常使用的一種液態推進劑是劇毒聯氨,隨著太空科技發展,每年約有 12,000 噸致癌推進劑釋放到大氣。加拿大麥基爾大學團隊現在開發出燃燒效率相當,但更安全、更乾淨的液體火箭燃料,由金屬有機框架(MOF)材料組成。



火箭噴射推進系統依照氧化劑的來源不同,可分為火箭發動機(Rocket motor)與吸氣式發動機(air breathing engine)兩種,火箭發動機的種類又包含:化學火箭、電力火箭、核能火箭、太陽能火箭等,而目前,運載火箭、太空飛行器、飛彈最常使用的動力推進引擎,是化學火箭中的液體火箭發動機。

液態火箭引擎的工作原理為燃料與氧化劑進入燃燒室燃燒後,產生大量極熱氣體,這些氣體膨脹並從噴嘴噴出、不斷加速,產生推力使火箭得以衝向外太空。如果在外太空航行,採用可以多次啟動的液體火箭燃料最方便,只要簡單的將燃料和氧化劑以可控速率送入燃燒室,火箭就能得到需要的推力,當然,也可以完全停止推進。

而液體火箭引擎最常見的推進劑,是常態下呈無色油狀液體的聯氨(hydrazine)與四氧化二氮組合。可惜,聯氨毒性極高,刺激皮膚會造成嚴重灼傷、刺激眼睛恐造成失明,進入體內會引起噁心感、嘔吐和中樞神經系統症狀(如嗜睡、運動障礙、共濟失調、麻木等),WHO 國際癌症研究機構將之列為可能致癌物。

來自加拿大麥基爾大學與英國伯明翰大學的研究人員指出,就算保護措施做得再好,每年仍約有 12,000 噸致癌推進劑被釋放到大氣中,因此有必要尋找替代燃料,現在,團隊已經製造出可行的乾淨推進劑:使用乙炔或乙烯做為液態火箭引擎的氧化劑,可以誘發鋅─鈷─鎘金屬有機框架(MOF)材料自燃,團隊目前總共創造了 6 種 MOF 燃料。

新的替代燃料比目前使用的聯氨燃料更安全、更乾淨,並且燃燒效率也快,雖然目前還處於實驗室早期階段,但麥基爾大學化學系教授 Tomislav Friščić 說,這項技術有機會商業化。新研究發表在《科學前緣》(Science Advances)期刊。

(首圖來源:pixabay

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