Inframerah kecepatan tinggi membantu mengungkapkan propelan hipergolik yang lebih aman
Engineering

Inframerah kecepatan tinggi membantu mengungkapkan propelan hipergolik yang lebih aman


Amonia borane adalah propelan hipergolik yang melepaskan kilatan hijau cemerlang saat terkena oksidator. Peneliti Purdue sedang mengembangkan amonia borane sebagai alternatif yang lebih aman untuk bahan bakar hipergolik saat ini. Kredit: Foto Universitas Purdue / Jared Pike

Ketika kapsul Crew Dragon SpaceX jatuh di lepas pantai Florida pada bulan Agustus setelah misi awak pertamanya, kedua astronot di dalamnya tidak dapat segera keluar dari kapsul. Teknisi di luar harus memastikan tidak ada uap air di udara dari hidrazin, bahan bakar sangat beracun yang digunakan oleh pendorong hipergolik kendaraan.

Sekarang, peneliti pembakaran Universitas Purdue sedang menyelidiki propelan hipergolik yang lebih aman dan tidak terlalu beracun, mempelajari reaksi ledakannya dengan teknik baru yang melibatkan kamera kecepatan tinggi yang terlihat dan inframerah. Hypergolics adalah zat yang langsung menyala ketika bersentuhan satu sama lain.

“Hypergolics telah digunakan sepanjang masa kembali ke era Apollo dan sebelumnya,” kata Steven Son, Profesor Teknik Mesin Alfred J. McAllister Purdue, dan seorang ahli dalam bahan energik seperti propelan, bahan peledak dan kembang api. “Mereka dapat disimpan pada suhu kamar, dan langsung menyala saat dicampur, yang membuatnya lebih serbaguna dan dapat diandalkan daripada bahan bakar kriogenik.”

Meskipun penggunaannya dalam peroketan terdokumentasi dengan baik, bahan bakar hipergolik saat ini juga sangat berbahaya bagi manusia untuk ditangani, dan buruk bagi lingkungan.

“Kami ingin mengembangkan bahan bakar hipergolik yang memiliki performa bagus, tetapi juga jauh lebih tidak beracun,” kata Son. “Dan itulah mengapa kami bereksperimen dengan amonia borane.”

Tidak seperti kebanyakan bahan bakar hipergolik lainnya, amonia borane (NH3BH3) adalah bahan padat, stabil dalam kondisi atmosfer yang khas. Karena kerapatan hidrogennya, ini pertama kali dikembangkan sebagai media penyimpanan solid-state untuk hidrogen. Tetapi para peneliti pembakaran baru-baru ini menemukan sifat hipergoliknya, yang dapat digunakan sebagai bagian dari propelan hibrida.

“Sebelum ini dapat digunakan di dunia nyata, kita harus memahami ilmu pembakaran mendasar yang mengatur perilakunya,” kata Chris Goldenstein, asisten profesor teknik mesin Purdue. “Kami menggunakan pendekatan baru yang menggabungkan pencitraan tampak dan inframerah untuk mengkarakterisasi proses pembakaran.”

Karya mereka telah diterbitkan di Prosiding Institut Pembakaran.

Kredit: Universitas Purdue

Pencitraan infra merah memungkinkan peneliti melihat komposisi kimiawi api selama proses pembakaran.

“Setiap molekul memiliki sidik jari spektral yang unik,” kata Goldenstein. “Dengan mencari panjang gelombang cahaya tertentu, kami dapat mengidentifikasi di mana di ruang angkasa molekul tertentu didistribusikan dan mengetahui seberapa lengkap proses pembakaran. Banyak dari panjang gelombang yang diinginkan tidak terlihat dengan mata telanjang, dan pencitraan inframerah adalah satu-satunya cara untuk melihat. mereka.”

Karena reaksi terjadi hanya dalam beberapa milidetik, para peneliti menggunakan kamera khusus yang mampu menangkap setidaknya 2.000 bingkai per detik. Video berkecepatan tinggi tersebut menampilkan kilatan hijau yang luar biasa dan berkembang pesat, yang menunjukkan kekuatan zat hipergolik.

“Kami biasanya mulai dengan sampel yang sangat kecil,” kata Michael Baier, Ph.D. siswa di Sekolah Aeronautika dan Astronautika Purdue, yang melakukan eksperimen di Zucrow Labs. “Kami hanya menggunakan sedikit bubuk amonia borane, dan di atasnya ada alat suntik yang mengeluarkan tetesan mikroliter pengoksidasi, yang dalam hal ini adalah asam nitrat berasap putih. Meski begitu, itu membuat ledakan besar. beberapa milidetik memberi kami semua data yang kami butuhkan untuk menandai pengapian. “

Son berkata, “Berkat pencitraan inframerah, kami melihat banyak BO2 sinyal, yang mengejutkan kami. Ini menunjukkan bahwa amonia borane mencapai pembakaran sempurna bahkan lebih baik daripada bahan bakar boron konvensional. “

Meskipun amonia borane mungkin kurang beracun dibandingkan hipergolik berbasis hidrazin tradisional, amonia borane masih cukup berbahaya untuk digunakan, seperti juga semua bahan energik. Tetapi Zucrow Labs telah meneliti teknologi propulsi sejak 1948 dan merupakan salah satu dari sedikit laboratorium di dunia akademis yang dilengkapi dengan peralatan lengkap untuk mempelajari bahan-bahan energi.

“Mampu menangani bahan-bahan ini dengan aman dan bekerja dengan jenis propelan ini unik,” kata Son. “Purdue adalah salah satu dari sedikit tempat yang mampu melakukan penelitian semacam ini.”

Kemampuan Zucrow adalah bagian dari alasan mengapa Lab Penelitian Angkatan Darat memilih Purdue untuk perjanjian penelitian kolaboratif jutaan dolar untuk memodernisasi pemodelan, pembuatan, penggunaan, dan pembuangan bahan energik Angkatan Darat AS.

“Pembakaran adalah proses kompleks yang melibatkan ratusan senyawa kimia,” kata Goldenstein. “Masing-masing menceritakan kisah unik mereka sendiri tentang urutan reaksinya. Dengan metode ini, kita dapat melihat kisah individu tersebut.”


Merancang propelan hipergolik berkinerja tinggi untuk roket luar angkasa berdasarkan genom material


Informasi lebih lanjut:
Michael J. Baier dkk. Pencitraan multi-spektral berkecepatan tinggi dari pengapian hipergolik amonia borane, Prosiding Institut Pembakaran (2020). DOI: 10.1016 / j.proci.2020.08.025

Disediakan oleh Universitas Purdue

Kutipan: Inframerah berkecepatan tinggi membantu mengungkap propelan hipergolik yang lebih aman (2021, 12 Februari), diakses 12 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-high-speed-infrared-reveal-safer-hypergolic.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG