Наш ответ ALICE. Твёрдое ракетное топливо на основе порошков металлов и воды

[Mouselab]

Несколько лет назад, шёл 2015 г, наткнулся в сети я такую разработку из США - американцы придумали новый вид твёрдого ракетного топлива, состоящего из наноразмерного порошка алюминия и льда, под названием "ALICE" ( Al + Ice - алюминий +лёд).
Замешивали они смесь порошка алюминия и льда охлаждённого до температуры -20*С , потом это прессовалось в шашку и в ракету в качестве ТРТ(твёрдого ракетного топлива) "заправлялось" и ракету на этом странном ТРТ они запускали.
Подробнее о знакомиться с тем про что я толкую можно по ссылкам:
https://iz.ru/news/460590
https://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/alyu ... go_topliva
https://techemy.com/2019/04/01/%D0%BD%D ... %B8%D0%B9/
Ну и меня бренного что-то завидка пробрала и решил я, а не сделать ли подобную смесюгу только устойчивую при н.у., при плюсовой температуре +20*С)), американское же "ALICE" хранилось только в замороженном состоянии при -15*С. Алюминиевой пудры в у меня не было, но был порошок титана марки ПТМ-1.и взял я его и воду и КМЦ-Na. Водичку с КМЦ-Na замешал, для загущения, и титана порошок добавил и замесил "тесто", протёр его через сетку мелкую железную, спрессовал колбаску в шприце медицинском 10 кубовом (V 10 cm2), с отрезанной частью с носиком и в гипсовую форму положил. Было той смесюги около 5 см3.
Для инициации замешал тот же порошок титана с PbO(оксид свинца (II)), в эквиморлярном количестве, и на верх горку малую насыпал и возжёг, что получилось смотрим кино:

phpBB [media]

Solid rocket fuel. An analogue of ALICE. Metal nanopowder and water with additives forming a stable mixture. Stable under normal conditions +20*C. Science 2015. The first experiment video.

Экзотермическая реакция порошка титана и воды происходит с выделением раскалённой струи водорода, который и сгорает на воздухе, также образуется оксид титана. Температура в зоне реакции > 1850*C это определил по остаткам оксида титана который сплавился в стеклоподобный комок)))). (Думаю понятно что в ракете когда шашка из ТРТ будет иметь центральный канал и сопло направленно вниз оксид титана будет выноситься через сопла вместе со струёй атомарного водорода.)

Стоит добавить, данная смесь может использоваться не только как ТРТ , но и для использования в генераторах водорода простой конструкции - "ракетоподобной" - трубка со смесью заглушённая с одного конца и снабжённая выходным соплом с другого) конструкции , для различных целей, причём водород то генерируется в виде раскалённой струи атомарного водорода который можно использовать во многих процессах и для очень многих целей))))) как на Земле, в лаборатории или на производстве, так и в космосе)))).

[Mouselab]

дополню:

Кому интересно % соотношения компонентов в оригинальном ALICE и в моих вариантах аналога

В оригинальной американской ALICE соотношение воды и алюминия составляет:
Al - 50% H2O - 50%
Потому что при его горении происходит следующая химическая реакция
2Al + 3H2O -> Al2O3 + 3H2
по которой и делается расчёт.
На практике может быть Al - 55-60% H2O - 45-40% из за того что продажная алюминиевая пудра содержит примесей 10-20%, состоящих из оксида алюминия и стеариновой кислоты.

В моем варианте твердого ракетного топлива используют не алюминиевый порошок, а титановый. В зависимости от соотношения титана и воды химическая реакция может протекать по двум каналам:
Ti + H2O ->TiO + H2
и
Ti + 2H2O ->TiO2 + H2
Для первого канала соотношение воды и титана будет примерно:
Ti-72,7 % H2O-23,3 %
Для второго:
Ti-57,1% H2O - 42,9 %

Но не будем забывать, что я также добавлял небольшое количество загустителя, иногда катализатора горения и других добавок, поэтому истинное процентное соотношение будет немного другим.
При расчете количества компонентов всегда необходимо соблюдать соотношения металлического порошка и воды и исходя из них вводить дополнительные добавки.

ВАЖНО! Чтобы твердое ракетное топливо на основе металлического порошка и воды было стабильным в обычных условиях, не забывайте добавлять в используемую воду загуститель. Я использую натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы - КМЦ-Na, химическая формула C6H7O2(OH)2CH2COONa, CAS № 9004-32-4. Количество ввода составляет 1-5% от количества смеси титанового порошка и воды, чтобы получился гель, но лучше определить экспериментально, так как качество и загущающая способность могут быть разными и будет разное количество.

*****
Вы скажити и что из всего этого - обычное достаточно унылое ТРТ, на смеси перхлората аммония и алюминиевого порошка гораздо круче, в чём твой вариант то лучше за исключением экологичности "выхлопа"?
Отвечу. Однако ТРТ на основе загущенной воды и порошка титана или алюминия имеет огромный потенциал для создания мощных ракетных двигателей как внеатмосферных так и атмосферных:
1. Про внеатмосферный РД. При сгорании этого ТРТ образуется атомарный водород, несущий дополнительную энергию, выделяющуюся при его рекомбинации - мы можем оснастить наш ТТРД дополнительной рекомбинационной камерой и получить мощный твёрдотоплевный двигатель для космоса.
Про двигатель на атомарном водороде я думаю все из здесь присутвующих читали и знают какой удельный импульс он может дать, но у всех ранее существовавших его вариантах была проблема - для получения атомарного водорода требуется много энергии в этом то и был затык, но в моём варианте его нет, атомарный водород полученный в результате СВС, реакцией порошков металлов с водой, наоборот идёт с выделением энергии...
2. Про атмосферный вариант РД. Делаем гибрид обычного твёрдотопливного реактивного двигателя и прямоточного ВРД, ставим позади сопла ещё и камеру сгорания с "подсосом" атмосферного воздуха, примерно как рассказывает мудрый дядька на этом видео))):

phpBB [media]

Видюху смотрите до конца, про то что я толкую практически в самом конце. Заставка вообще не в тему, там нарисован обычный ТТРД.
Только применить такое "гибридное" пихло не для военных целей как рассказывает дядька с видео, а для мирных - например для суборбитального ракетоплана ....
Или как я хочу, по программе минимум, построить небольшой, маленький суборбитальный БПЛА )))


Продолжение следует))))

[Crescent]

Спасибо!
Весьма нужная вещь.