美国研制出火箭新燃料 以冰铝为动力更环保

图：冰铝动力火箭ALICE发射的连续图

自第一颗人造卫星史泼尼克发射以来，火箭推进剂在超过50年的时间内变化不多。但是，一种融合了纳米铝粉和冰的新型燃料将使火箭发射更加环保，甚至允许宇宙飞船在遥远的地点如月球或者火星上添加燃料。

这种冰-铝组合燃料叫做ALICE，因水和铝之间的化学反应而产生效应。研究者希望化学反应后产生的氢，不仅能发射火箭，也能为长时间的空间任务补充氢电池。

“在未来，我们致力于科技能够实现长期储存氢，”普渡大学机械工程教授史蒂芬·宋（Steven Son）说道，“水是一种美好的、稳定储存氢的途径。”

美国国家宇航局和美国空军科学研究办公室都对资助起初的火箭点火测试表现浓厚的兴趣。普渡大学和宾州州立大学的研究团队曾在8月运用ALICE成功试射了一枚火箭到1，300英尺的高空。

这样的技术可能并不会在未来几年内得到实践，或者至少得等到国家宇航局整理其空间探索计划。但是，最近月球和火星有水源的确认可能暗示了ALICE和类似火箭燃料的未来，具相当高的可实践性。

纳米-铝到来

铝已经成为了许多火箭燃料小却关键的组成部分，包括航天飞机固体燃料推进火箭和国家宇航局下一代的战神火箭。这种金属高达6，920华氏度的燃点，释放高温度的气体推进火箭前进。

ALICE通过比人类头发细500倍、直径80纳米的纳米颗粒，甚至能从铝中获得更多。这样的微小颗粒比大颗粒燃烧的更迅速，从而能提供额外的推进力，并可以更加容易控制火箭的推进。

“纳米铝确实是使系统工作的关键，”普渡大学航空航天学院的教授蒂姆斯·波本特（Timothee Pourpoint）说道，“即使用微米大小的铝粉和冰也没有作用。”

研究者在过去辗转不安的进行理论计算，仅仅只用铝和水作为火箭燃料。但是，普渡大学和宾州州立大学的研究团队利用了相对较新的纳米-铝将想法变成了现实。“当然，以前就有纳米-铝和水的研究，”史蒂芬·宋告诉太空网“但这是首次真正的发射一枚火箭。”

冰可能足够

铝在极端高温的燃烧只是组成了ALICE平衡方程式的一部分。另外一部分包括锁定在水分子中的氧气和氢气，帮助铝的燃烧。这一反应产生了氢气和铝氧化物，比现有火箭排放更绿色。目前，航天飞机的固体燃料推进火箭在废气中释放了近230顿盐酸。“创造合适组合的ALICE燃料被证明复杂，但是研究者试图用泥浆解决，一些人描述其像牙膏。我们希望用机器来生产一种合适的组合，而不是用手上的抹刀，” 史蒂芬·宋回忆道，“如果你想按比例提高推进过程，就必须使组合实现自动化。”

第一次试射中，严寒帮助保持了燃料完整无缺，同时也避免了因意外的火花导致铝-冰提前反应，或者慢慢的氧化。

继续前进

将成功放在一边，研究者们已经将他们的想法转向新型ALICE混合物，能够大力提升现有火箭的表现。

“我们在整体表现上，与传统固体燃料持平或者稍微差一些。” 宋评论到。但是他补充，这个团队做了保守选择以保证第一次试飞能平稳的证明想法。现在他们可以往前推进了。

可能最紧迫的想法是将纳米-铝和大型铝颗粒混合。这可以使铝更加有效的利用，并减低在最初铝中浪费的铝氧化物量。

研究者们也在用更具能量的铝-水混合物，当初为谨慎起见，选择了多余冰混合物。他们的谨慎在试射阶段导致释放气体温度较低，并使氢气产生较少，整体表现变差。

“我们正在考虑使用不同构成的铝-冰组合燃料来进行另一次发射，”波本特说，“我们知道可以调整两种物质的比例和加进元素来提升表现。”

未来的工作甚至可能创造像液态燃料一样的胶化推进剂。新混合物也可以产生更多氢气，并离使用氢气燃料电池更近一步。

但是，宋和波本特同时强调了一个ALICE更加直接的益处 — 给与多于一打的本科生和研究生将科学想法转化成一次真正的火箭发射的机会。帮助先驱者进行宇宙探索也不会受伤害。

本文来源/美国太空网 译者/于建刚 译言供网易探索独家稿件，未经许可请勿转载。