速度红外图像
氨气硼烷是一种高温推进剂,当暴露于氧化剂时释放出亮绿色闪光。Purdue研究人员正在开发氨硼烷作为当前高胆汁燃料的更安全的替代品。(普渡大学照片/贾里德派克)

当Spacex的船员龙囊在八月落下佛罗里达州海岸之后,继其首批筹备使命之后,里面的两个宇航员无法立即离开胶囊。技术人员外面必须确认肼没有空中蒸汽,车辆的高胆管推动器使用的剧毒燃料。现在,Purdue大学燃烧研究人员正在调查更安全,更少于毒性的高温推进剂,研究其爆炸性反应与涉及可见和红外高速相机的新技术。Hypergolics是在彼此接触时立即点燃的物质。

“HyperGolics一直被用回Apollo时代,之前,”斯蒂夫·的阿尔弗雷德J. Mcallister机械工程教授和精力充沛的材料专家称,如推进剂,爆炸物和烟火等专家说。“它们可以在室温下储存,它们在混合时立即点燃,这使得它们比低温燃料更通用和可靠。”

虽然他们在劫掠中的用途是良好的,但目前的高胆管燃料也令人难以置信的是人类处理,并且对环境不利。与大多数其他高压凝质燃料不同,氨硼烷(NH 3B3)是固体材料,在典型的大气条件下稳定。由于其氢密度,首先是作为氢的固态存储介质开发的。但燃烧研究人员最近发现其高压性质,可作为杂交推进剂的一部分。

“在现实世界中可以使用之前,我们必须了解有关其行为的基本燃烧科学,”机械工程用普渡助理教授Chris Goldenstein说。“我们正在使用一种新的方法,将可见和红外成像结合起来以表征燃烧过程。”

红外成像使研究人员能够在整个燃烧过程中看到火焰的化学成分。“每个分子都有一个独特的光谱指纹,”Goldenstein说。“通过寻找特定波长的光,我们可以识别空间中的位置,其中某些分子被分布并知道燃烧过程的完整。对于肉眼而言,许多所需波长不可见,红外成像是看到它们的唯一方法。“

由于该反应仅在几毫秒内进行,因此研究人员使用能够捕获每秒至少2,000帧的特种相机。高速视频揭示了一种显着且快速扩展的绿色闪光,展示了高胆汁物质的力量。

“我们一般从非常小的样品开始,”博士说,迈克尔·博尔斯说。Purdue的航空航天学院的学生在Zucrow实验室进行了实验。“我们仅使用氨硼烷的一点粉末,并且上面是一种注射器,其分配氧化剂的微升液滴,在这种情况下,这种情况是白色卷发硝酸。即便如此,它也会变得非常大爆炸。这几毫秒给了我们所有我们需要点火所需的数据。“

儿子说,“由于红外成像,我们看到了很多BO2信号,对我们来说令人惊讶。这表明氨气硼烷甚至比传统硼燃料更好地实现完全燃烧。“

尽管氨气硼烷可能比传统的肼基高温毒性较小,但与所有能量材料一样,仍然是相当危险的。但Zucrow实验室自1948年以来一直在研究推进技术,是学术界少数少数人的实验室之一,可以全面地研究精力充沛的材料。

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