Chemický pohon raket zůstává jedním ze slabých míst klasických letů na orbitu. Chemici University at Albany na tom zapracovali a syntetizovali novou vysoce energetickou sloučeninu pro směsi pevných raketových paliv, která by mohla přinést průlom do kosmických letů, především pokud jde o jejich efektivitu.
Po zážehu tato látka uvolní ve srovnání se současnými raketovými palivy více energie v poměru k její hmotnosti a objemu. V případě raketového pohonu to znamená, že pro kosmický let o určité délce a s určitým nákladem spálí raketa méně paliva. Tím vznikne prostor pro úspory nebo naopak pro rozšíření nákladu nebo třeba paliva.
Jak říká vedoucí výzkumného týmu Michael Yeung, v nosných raketách je prostor velice vzácný. Každý centimetr musí být využit co nejvíce efektivně a všechno v raketě musí být tak extrémně lehké, jak je jenom možné. Použití paliva s jejich novou látkou by znamenalo celkově méně paliva. To by uvolnilo místo pro další vybavení a přístroje.
Novou syntetizovanou látkou je diborid manganu MnB2, který je o více než 20 procent více energetický vzhledem k hmotnosti paliva a zhruba o 150 procent energetičtější, pokud jde o objem – ve srovnání s hliníkem, který se v současnosti používá jako zásadní složka pevných raketových paliv. Diborid manganu je přitom nejen vysoce energetický, ale také velmi bezpečný. Hoří jedině v přítomnosti zapalovacího činidla, jako je třeba kerosin.
Syntéza čistého diboridu manganu představuje významný úspěch. Není to vůbec snadné. Reakce vyžaduje extrémní teplotu, která vzniká při obloukovém tavení (arc melter). Nejprve se slisuje práškovitý mangan a bor do pelety, která se umístí do komory z vyztuženého skla. Zařízení pro obloukové tavení zahřívá peletu elektrickým výbojem na žhavých 3 000 °C. Roztavený materiál se nakonec rychle ochladí, aby vznikla požadovaná struktura. Ta zahrnuje nevelkou deformaci, která ale obsahuje značné množství energie. Kdy asi poletí diborid manganu do vesmíru?
Video: Yeung Lab Spotlight: Creating New Compounds with Arc Melting
Video: Chen Lab Spotlight: Modeling Molecules for Materials Discovery
Literatura
Vysokoenergetická boranová paliva slibují „zelenější“ raketový pohon
Autor: Stanislav Mihulka (28.02.2022)
NASA úspěšně testuje 3D tištěný rotační detonační pohon
Autor: Stanislav Mihulka (01.01.2024)
Co nám říká Ciolkovského rovnice o mezihvězdných letech?
Autor: Vladimír Wagner (14.02.2025)
Servisní satelit MEV píše historii: Odpojil se a míří k dalšímu cíli
Autor: Stanislav Mihulka (19.04.2025)
V USA poprvé vypustili raketu s rotačním detonačním pohonem
Autor: Stanislav Mihulka (16.05.2025)
Diskuze:
B2O3
Florian Stanislav,2025-09-02 11:13:44
V padesátých letech se zdálo, že palivem budou borany, bór patřil k nejlépe prozkoumaným prkům s největším utajením informací. Pak se ukázalo, že je neřešitelní zanášení trysek nesmírně tvrdým B203.
Oxid boritý (B2O3) je tvrdý a křehký materiál, který si v Mohsově stupnici tvrdosti vysloužil hodnocení 9–10.
Kdy to poletí...
Honza .,2025-09-02 09:28:29
Z linkovaného článku začátek: "Boron-based fuels have been extensively explored over the last 60+ years..."
Tak to asi není v principu jednoduchá záležitost - výroba, její energetická náročnost (zahřátí na 3000C), technologie použití...i když to má svá pozitiva.
"When compared to the currently used fuel in Space Shuttle rocket boosters and the Space Launch System, aluminum metal, MnB2 represents a 26% increase in gravimetric heat of combustion and a 148% increase in volumetric heat of combustion".
Tedy jen booster?
"Indeed, modern analysis of solid fuels typically uses a 1:10 ratio of solid fuel with paraffin oil or hydroxyl-terminated polybutadiene as their hydrocarbon burning aid."
Tedy nahradí jen 10% tuhého paliva v boosteru?
A to je jen o 20% lehčí.
O kolik tedy bude celkově palivo lehčí?
"Kdy asi poletí diborid manganu do vesmíru?"
To je dobrá otázka, zatím je to ve fázi laboratorní výroby a testů v gramech paliva.
Naškálovat to na tuny je ještě kus cesty.
Pokud by se to ve finále ukázalo jako prakticky realizovatelné a s významným přínosech, trochu se obávám, že než to poletí do vesmíru, bude to létat z jedné země do jiné - s větším "užitečným" nákladem.
Re: Kdy to poletí...
D@1imi1 Hrušk@,2025-09-02 12:27:45
"Tedy jen booster?"
- Evropská Vega-C má 4 stupně, přičemž první 3 fungují na pevné palivo. Kdyby to nové palivo bylo drahé na výrobu, mohli by ho použít třeba alespoň na 3. stupeň, kde by byl celkový přínos nejvyšší a množství tuhého paliva je nejnižší. Vega-C má nicméně už teď lehce vyšší specifický impuls než SRB u raketoplánu (279 s vs. 268 s)
"Tedy nahradí jen 10% tuhého paliva v boosteru?
A to je jen o 20% lehčí.
O kolik tedy bude celkově palivo lehčí?"
- Řekl bych, že nejdůležitější je ten údaj: "26% increase in gravimetric heat of combustion". Orientačně o tolik vyšší tah při stejné době hoření bych čekal.
"než to poletí do vesmíru, bude to létat z jedné země do jiné - s větším "užitečným" nákladem."
- Taky bych čekal, že první využití bude vojenské. Ani by to nemuselo létat přes hranice, mohlo by jít třeba o MANPADS s větším dosahem.
Re: Re: Kdy to poletí...
Vít Výmola,2025-09-02 14:59:46
Dodejme, že i "148% increase in volumetric heat of combustion" je důležité, protože vede k menším rozměrům a tedy nižší hmotnosti konstrukce samotné. Třeba takový vodík má hmotnostní efektivitu daleko vyšší, ale objemově má problémy, stačí se podívat na palivovou nádrž STS nebo SLS.
Ještě zajímavějším údajem pro porovnání by byl specifický impuls paliva a motorů s ním. Pak bude teprve možné říct, jaký dopad by to mělo na kosmickou dopravu. Což se možná dá z údajů výše odvodit - ChatGPT mi spočítal 10-15% nárůst oproti palivu v blocích STS (ale co já vím :)). To je jistě zajímavý nárůst, ale nijak zásadně se to neblíží nebo dokonce nepřekonává hydrolox nebo methalox motory. Takže spíš "jenom" boostry. A ty MANPADSy.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
