Химики протестировали новый вид безопасного и эффективного ракетного топлива

На сегодняшний день конструкторам ракет приходится выбирать между безопасным и эффективным топливом.

Фото CC0 Public Domain.

В вопросе выбора топлива конструкторы космических ракет сталкиваются с ситуацией, когда "оба варианта хуже".

Некоторые носители используют в качестве горючего производные гидразина. Это топливо даёт очень много энергии на килограмм массы, но оно чрезвычайно ядовито. Например, горючее, которым заправляются российские "Протоны" (популярное средство вывода спутников на орбиту), в несколько раз токсичнее всем известной синильной кислоты. Между тем, как отмечается в пресс-релизе Университета Макгилла, несмотря на все меры предосторожности, ежегодно в окружающую среду попадает 12 тысяч тонн гидразинового топлива.

Другие ракеты, в том числе российские "Союзы" (доставляющие космонавтов на МКС) и американские "Фальконы", сжигают обычный керосин. Он не так опасен (хотя пить его, конечно, не рекомендуется), но при этом и не слишком эффективен как горючее. Это значит, что "керосиновая" ракета при прочих равных условиях сможет вывести на орбиту груз меньшей массы.

А ведь конструкторы космической техники и без того очень стеснены по этому параметру. Даже самый грузоподъёмный на сегодняшний день носитель Falcon Heavy выводит на низкую околоземную орбиту менее 64 тонн груза. Более мощные ракеты пока находятся в стадии разработки.

Химики из Канады, Великобритании и США, возможно, избавят космическую отрасль от дилеммы "эффективность или безопасность". Такую перспективу обещает научная статья, опубликованная в журнале Science Advances.

Авторы обратили внимание на вещества, которые ранее не рассматривались как топливо. Речь идёт о металл-органических каркасных структурах (MOF). Такой материал представляет собой решётку из ионов (или небольших скоплений атомов) металлов, связанных органическими "перемычками".

Исследователей заинтересовали свойства популярного класса этих субстанций – цеолитных имидазолатных каркасных структур (zeolitic imidazolate framework, или ZIF). В этих устойчивых к нагреванию веществах трудно заподозрить потенциальное горючее. Однако от зорких глаз исследователей не ускользнуло некоторое структурное сходство этих соединений с высокоэнергетическими топливами.

Химики модифицировали некоторые ZIF, введя в их состав такие радикалы, как винил и ацетиленовая группа. Это не слишком изменило структуру вещества, но сделало из них эффективное горючее, которое не нужно даже поджигать: оно воспламеняется в присутствии окислителя и при обычной температуре.

Исследователи протестировали шесть таких модифицированных ZIF на основе цинка, кобальта и кадмия. Выяснилось, что по тепловыделению на килограмм массы они приближаются к гидразину и тринитротолуолу (тротилу). Между тем эти вещества не являются опасными ядами.

Авторы работы подчёркивают, что на сегодняшний день проводятся первые лабораторные испытания нового потенциального вида топлива и до коммерческого продукта пока далеко.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о другом новом топливе для ракетных двигателей, а также об идее делать горючее для ракет из отходов. Писали мы и о проекте ракеты, которая в качестве окислителя использует кислород воздуха.