risulta, i combustibili verdi sono scienza missilistica.

L'esplorazione dello spazio potrebbe averci fornito immagini del nostro incontaminato, pianeta blu Terra e una maggiore consapevolezza per proteggere il nostro ambiente, ma non va bene se i razzi che ci portano in orbita sono basati su vecchi, propellenti tossici.

Per decenni, il propellente per razzi più comune è stata l'idrazina, un composto tossico di azoto e idrogeno che figura nell'elenco UE delle sostanze altamente preoccupanti. È anche la causa sospetta di tassi anormalmente elevati di disturbi ormonali e del sangue intorno al sito di lancio del missile Baikonur in Kazakistan.

Ecco perché gli scienziati del Centro aerospaziale tedesco (DLR) di Lampoldshausen stanno lavorando a nuovi, combustibili più ecologici che possono rendere i metodi di esplorazione spaziale a prova di futuro e renderli rispettosi dell'ambiente.

Gli sforzi sono incentrati su un composto noto come dinitramide di ammonio (ADN), che quando riscaldato si decompone in solo azoto, ossigeno, e acqua.

"L'ADN era un sale ossidante trovato per la prima volta in Unione Sovietica, ma è stato riscoperto in Svezia negli anni '90 dove hanno avuto l'idea di svilupparlo in un propellente liquido, " ha detto il Dott. Michele Negri, capo di un progetto di propulsione spaziale chiamato RHEFORM.

Il problema è che l'ADN è un sale, quindi è solido. Mentre può essere dissolto in altri combustibili come metanolo o ammoniaca, ci vuole una temperatura elevata - più di 1500ºC - per accenderlo.

"I propulsori idrozinici non richiedono preriscaldamento, se apri semplicemente le valvole iniziano a sparare. D'altra parte, con un propulsore ADN se aprissi solo la valvola la miscela uscirebbe in forma liquida. non reagirebbe, " disse il dottor Negri.

Il progetto RHEFORM ha esaminato il propellente basato su ADN LMP-103S utilizzato da una società spaziale svedese chiamata ECAPS, che era un partner del progetto e ha già lanciato 13 sistemi di propulsione basati sul composto.

Accensione facile

Per affrontare il problema della facile accensione, il progetto ha cercato di sviluppare una migliore, catalizzatore più reattivo in modo che il carburante possa reagire a temperatura ambiente. L'idrazina ha seguito lo stesso percorso di sviluppo iniziale.

"All'inizio degli anni '60 non erano in grado di sparare a temperatura ambiente, ma poi hanno sviluppato un catalizzatore che era abbastanza buono, " disse il dottor Negri.

Tali catalizzatori funzionano aumentando l'area superficiale per le reazioni che hanno luogo, rendendo più facile che si verifichino a temperature più basse, o eventualmente aggiungendo un composto come un metallo per aumentare la reattività.

"Il catalizzatore in forma di pellet era composto solo da un supporto (fase), che sono i pellet stessi - tipicamente un materiale ceramico con un'elevata superficie specifica, " disse. "Inoltre puoi mettere una fase attiva, che è tipicamente un metallo."

Dopo aver testato molti materiali, gli scienziati missilistici hanno scoperto che l'esaalluminato sarebbe il miglior materiale di base.

Ma cosa accadrebbe se i semplici pellet potessero essere migliorati per avere una superficie ancora più ideale per renderli più reattivi?

Stampa 3D

Per scoprirlo, hanno usato la modellazione al computer e la stampa 3D per creare complesse strutture a nido d'ape note come monoliti, e quindi aumentando la superficie.

"Questo fondamentalmente è stato fatto nell'industria automobilistica (nella creazione di convertitori catalitici), sostituendo i pellet con una struttura monolitica.

Con il know-how del nostro partner di progetto (azienda di stampa 3D) LITHOZ, siamo riusciti a stampare strutture molto complicate in ceramica, e poi usalo come catalizzatore, " disse il dottor Negri.

Le ceramiche del catalizzatore si trovano all'interno della camera di spinta su un motore a razzo, attraverso il quale viene iniettato il propellente prima di uscire dall'ugello del motore durante il lancio.

"Siamo stati in grado di farli reagire su scala di laboratorio, appena sopra una temperatura di 100 gradi, " ha detto. "L'ideale sarebbe se potessero iniziare in condizioni ambientali normali, non necessita di alcun tipo di preriscaldamento."

Il Dr. Negri afferma che il prossimo passo per ottenere l'accensione a temperatura ambiente dell'ADN probabilmente sarebbe usare propellenti che non contengono acqua.

L'acqua rende i propellenti più stabili, e più sicuro da spedire, ma li rende anche meno reattivi.

"Puoi giocare molto con la composizione per trovare un buon compromesso tra diversi fattori, ad esempio prestazioni, come impulso specifico, conservabilità, o esplosività, " Egli ha detto.

Più economico

Oltre ad essere più verde, ADN potrebbe anche essere più economico. "Rifornire un satellite con LMP-103S è molto più semplice dell'idrazina, poiché al primo lancio hai speso solo un terzo della manodopera necessaria per la più pericolosa idrazina, " disse. Anche se il propellente è un po' più costoso, il costo totale della vita potrebbe essere inferiore, aggiunge il dottor Negri.

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."