毕业于新西兰克赖斯特彻奇的坎特伯雷大学的工程学博士西蒙·里德目前正在研究一种3D打印的催化剂装置,可以将浓缩的过氧化氢(一种漂白剂)高效转换为无毒的火箭燃料,用于低到中等推力的运载火箭。
在2019年的时候,里德就发现氧化氢可以作为肼的替代品,肼是一种良好的火箭燃料,与适当的氧化剂配合,可组成比冲最高的可贮存液体推进剂。不过肼具有毒性,还有可能致癌,在使用时需要额外的安全设备,提升了火箭燃料的成本。
过氧化氢对人类基本无毒,在普通家庭都可以使用,如漂白头发或清洁伤口。里德研究发现,要让过氧化氢中产生推力,需要一种催化剂,一般这种催化剂都是贵金属,如银或铂,它们能迅速将过氧化氢分解成一种有能量的气体。
为此,里德设计了一种催化剂装置,并使用陶瓷3D打印机将其打印了出来。“装置的通道表面涂有催化剂,氧化氢通过时就能发生化学反应,将氧化氢变成水和氧气,并产生大量的能量和热量。热量使水汽化并产生高温气体,再让高温气体通过喷嘴提供推力。”里德介绍道。
经过不断的研究和多次修改,里德设计催化剂装置已经改成了陀螺形状,这是一种数学形状,可以克服三个难题:催化剂的损失,巨大的压降,以及最大推力与过氧化氢的浓度相平衡。由于造型独特,目前只能通过3D打印技术来制造这个催化剂装置。
“其实早在60年代,就有航空公司尝试过将氧化氢作为推进剂。不过当时的催化剂装置比较简陋。现在也只有少数公司还在考虑氧化氢。我希望能制造出高效的催化剂装置,让氧化氢可以替代肼。”里德憧憬道。
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