Acontece que, combustíveis verdes são ciência do foguete.

A exploração do espaço pode ter nos dado fotos de nosso imaculado, planeta azul Terra e maior conscientização para proteger nosso meio ambiente, mas isso não é bom se os foguetes que nos colocam em órbita são baseados em antigos, propelentes tóxicos.

Por décadas, o propelente de foguete mais comum tem sido a hidrazina, um composto tóxico de nitrogênio e hidrogênio que está na lista de substâncias de grande preocupação da UE. É também a causa suspeita de taxas anormalmente altas de distúrbios hormonais e sanguíneos ao redor do local de lançamento do foguete Baikonur, no Cazaquistão.

É por isso que os cientistas do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) em Lampoldshausen estão trabalhando em novos, combustíveis mais verdes que podem preparar métodos de exploração espacial para o futuro e torná-los amigos do ambiente.

Os esforços estão centrados em torno de um composto conhecido como dinitramida de amônio (ADN), que quando aquecido se decompõe em apenas nitrogênio, oxigênio, e água.

"ADN foi um sal oxidante encontrado pela primeira vez na União Soviética, mas foi redescoberto na Suécia na década de 1990, onde tiveram a ideia de desenvolvê-lo em um propelente líquido, "disse a Dra. Michele Negri, líder de um projeto de propulsão espacial denominado RHEFORM.

O problema é que o ADN é um sal, então é sólido. Embora possa ser dissolvido em outros combustíveis, como metanol ou amônia, é preciso uma temperatura elevada - mais de 1500ºC - para acendê-lo.

"Os propulsores de hidrazina não requerem pré-aquecimento, se você apenas abrir as válvulas, elas começam a disparar. Por outro lado, com um propulsor ADN, se você apenas abrir a válvula, a mistura sairá na forma líquida. Não iria reagir, "Dr. Negri disse.

O projeto RHEFORM analisou o propelente LMP-103S baseado em ADN usado por uma empresa espacial sueca chamada ECAPS, que foi parceira do projeto e já lançou 13 sistemas de propulsão baseados no composto.

Ignição fácil

Para resolver o problema de ignição fácil, o projeto procurou desenvolver um melhor, catalisador mais reativo para que o combustível pudesse reagir à temperatura ambiente. A hidrazina seguiu o mesmo caminho do desenvolvimento inicial.

“No início dos anos 60 eles não eram capazes de disparar em temperatura ambiente, mas então eles desenvolveram um catalisador que era bom o suficiente, "Dr. Negri disse.

Esses catalisadores funcionam aumentando a área de superfície para que as reações ocorram, tornando mais fácil para eles ocorrerem em temperaturas mais baixas, ou possivelmente adicionando um composto como um metal para aumentar a reatividade.

“O catalisador em forma de pellet era composto apenas por um suporte (fase), que são os próprios pellets - normalmente um material cerâmico com uma alta área de superfície específica, "disse ele." Além disso, você pode colocar uma fase ativa, que normalmente é um metal. "

Depois de testar muitos materiais, os cientistas descobriram que o hexaaluminato seria o melhor material de base.

Mas e se pelotas simples pudessem ser melhoradas para ter uma área de superfície ainda mais ideal e torná-las mais reativas?

impressao 3D

Descobrir, eles usaram modelagem por computador e impressão 3-D para criar estruturas semelhantes a favo de mel, conhecidas como monólitos, e assim aumentando a área de superfície.

“Isso foi feito basicamente na indústria automobilística (na criação de conversores catalíticos), substituindo os pellets por uma estrutura monolítica.

Com o know-how de nosso parceiro de projeto (empresa de impressão 3-D) LITHOZ, fomos capazes de imprimir estruturas muito complicadas em cerâmica, e então usar isso como um catalisador, "Dr. Negri disse.

A cerâmica do catalisador fica dentro da câmara de impulso em um motor de foguete, através do qual o propelente é injetado antes de sair pelo bocal do motor durante o lançamento.

"Conseguimos fazer com que reagissem em escala de laboratório, um pouco acima de uma temperatura de 100 graus, "disse ele." O ideal seria se eles pudessem começar em condições ambientais normais, não requer nenhum tipo de pré-aquecimento. "

Dr. Negri diz que o próximo passo para alcançar a ignição do ADN à temperatura ambiente provavelmente seria o uso de propelentes que não contêm água.

A água torna os propelentes mais estáveis, e mais seguro para enviar, mas também os torna menos reativos.

"Você pode brincar muito com a composição para encontrar um bom equilíbrio entre os diferentes fatores, por exemplo desempenho, como impulso específico, capacidade de armazenamento, ou explosividade, " ele disse.

Mais barato

Além de ser mais verde, ADN também poderia ser mais barato. "Abastecer um satélite com LMP-103S é muito mais fácil do que hidrazina, já que no primeiro lançamento você gastou apenas um terço da mão de obra necessária para a hidrazina, que é mais perigosa, "disse ele. Mesmo que o propulsor seja um pouco mais caro, the total life cost could be lower, Dr. Negri adds.

US space agency NASA, which was not involved in the RHEFORM project, agrees that there is a need for greener rocket fuels and is working on a safer-to-handle propulsion system.

"While effective, hydrazine is highly toxic and requires special measures be taken for proper handling, " said Dayna Ise, programme executive of NASA's Technology Demonstration Missions.

"Non-toxic, "green" propellant and compatible systems offer a safer and more efficient alternative for the next generation of launch vehicles and spacecraft."