CN106673930A - 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用 - Google Patents

碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106673930A
CN106673930A CN201510757289.6A CN201510757289A CN106673930A CN 106673930 A CN106673930 A CN 106673930A CN 201510757289 A CN201510757289 A CN 201510757289A CN 106673930 A CN106673930 A CN 106673930A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydride
application
metal
basic metal
low earth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510757289.6A
Other languages
English (en)
Inventor
沈自才
刘业楠
田东波
丁义刚
白羽
王志浩
马子良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering filed Critical Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority to CN201510757289.6A priority Critical patent/CN106673930A/zh
Publication of CN106673930A publication Critical patent/CN106673930A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碱性金属、碱性金属和富氢(无氧)材料的混合物、碱性金属的氢化物的应用，其作为低地球轨道的燃料，与原子氧氧化剂反应来实现航天器的化学推进。本发明的碱性金属类燃料在航天器低地球轨道中化学推进的应用，通过利用低地球轨道中的原子氧作为氧化剂，利用碱性金属的强还原性，二者化学反应产生的高热量作用于氢元素，产生推力，具有燃烧充分高效、绿色无污染、容易控制等优点。

Description

碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用
技术领域
本发明涉及航天器低地球轨道的推进技术领域。特别是将原子氧作为双组元或多组元化学推进剂之一，利用原子氧的强氧化性和碱性金属及其衍生物的强还原性，实现低地球轨道的化学推进。
背景技术
在200km～700km高度的低地球轨道高度上，残余大气的主要成分为原子氧O和分子氮N2，其中，原子氧含量约为80％，分子氮约为20％。200km轨道高度上的原子氧体密度为5×109个/cm3。原子氧的在轨热动能一般为0.01eV～0.025eV，对应温度一般为1000～1500K。但轨道上航天器的典型速度为8km/s,其与原子氧粒子的碰撞动能为5.3eV。因此，这种原子氧以罕见的高温氧化、高速碰撞与航天器材料表面作用的结果是非常严重的。
空间推进技术的应用领域主要有星、船、弹、箭、器等各种航天器，涵盖了众多推进类型，主要有冷气推进、化学推进、电推进、核推进、电磁推进、激光推进、反物质推进、动量转换推进和无工质推进等，在航天领域发挥着重要作用。其中，化学推进是通过携带的化学燃料，在空间基于化学反应产生推力。其中，卫星推进剂主要包括常规单组元推进剂(无水肼、过氧化氢)、常规双组元推进剂(液氟/肼、液氟/液氢、液氧/液氢、四氧化二氮/甲基肼等)、先进化学推进剂(硝酸羟胺基单组元推进剂、二硝酰胺基单组元推进剂、 胶体推进剂)、电推进的推进剂等。其中，化学推进剂中的燃料为醇类、甘氨酸、硝酸三乙酸铵等。而电推进主要分为电热、电磁、静电三大类。电热推进剂可以是生物废气、氮、氩、氨、肼，其中，肼应用最为广泛；静电推进剂主要是氙气，还有铯、铟等；电磁推进剂主要是氙气，还有氩气、氪气、聚四氟乙烯等。
目前，还没有任何一种推进技术，利用低地球轨道的原子氧作为氧化剂，利用碱性金属或其氢化物作为燃料，利用两者之间的化学反应来实现推进。
发明内容
本发明的目的是提供一种碱性金属或其氢化物的新应用，本发明人出人意料地利用低地球轨道原子氧作为氧化剂，通过碱性金属、碱性金属和富氢(无氧)材料的混合物或者碱性金属的氢化物作为燃料，来实现航天器在低地球轨道的化学推进。
本发明的碱性金属、碱性金属和富氢(无氧)材料的混合物、碱性金属的氢化物的应用，其作为低地球轨道的燃料，与原子氧氧化剂反应来实现航天器的化学推进。
其中，碱性金属M为碱金属或碱土金属。
其中，碱金属优选锂、钠、钾。碱土金属优选为镁、钡。
其中，碱金属氢化物为氢化锂、氢化钠、氢化钾、氢化铷、氢化铯。
其中，富氢材料为聚烯烃粉末，优选乙烯粉末、聚丙烯粉末、聚丁烯粉末、聚戊烯粉末、聚4-甲基-1-戊烯粉末等。
其中，富氢材料与碱性金属的混合比为0.5-10。
其中，通过对原子氧的在轨收集和控制，实现原子氧的反应速率的控制以达到航天器推进速度的控制。
本发明的碱性金属类燃料在航天器低地球轨道中化学推进的应用，通过利用低地球轨道中的原子氧作为氧化剂，利用碱性金属的强还原性，二者化学反应产生的高热量作用于氢元素，产生推力，具有燃烧充分高效、绿色无污染、容易控制等优点。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。
在200km～700km高度的低地球轨道高度上，残余大气的主要成分为原子氧O和分子氮N2，在这样的环境下，实现推进从来没有人想到要利用该地球轨道中的主要成分来进行推进的动力来源。但是，本发明人出人意料的发现，利用碱性金属作为主要的燃料来源，通过其与原子氧的反映，能够很好地进行航天器的推进。具体反应过程如下：
这里M为碱性金属，MH为碱性金属氢化物，XH为一种无氧富氢材料。
则有：
M+O＝M2O/MO+热量
M+O＝M++O-+热量
MH+O＝M2O/MO+H2+热量
MH+O＝M2O/MO+2H++热量
M+O+XH＝MO+H2/H++热量
实施方式一 碱金属作为燃料
将固态碱金属放置在反应室中，将低地球轨道的原子氧收集并引入反应室，通过控制原子氧入射到固态碱金属上的流量来控制两者的反应速度，通过使用固态碱金属作为燃料，使之与原子氧发生剧烈的化学反应，由于空间是真空状态，反应后会生成粒子，在大量热量的作用下喷射出去，从而产生对航天器向前的反作用力，进行推进。
实施方式二 碱土金属作为燃料
将固态碱土金属或者固态碱土金属与碱金属的混合物放置在反应室中，将低地球轨道的原子氧收集并引入反应室，，通过控制原子氧入射到固态碱土金属或者固态碱土金属与碱金属的混合物上的流量来控制两者的反应速度，通过使用固态碱土金属或者固态碱土金属与碱金属的混合物作为燃料，使之与原子氧发生剧烈的化学反应，由于空间是真空状态，反应后会生成粒子，在大量热量的作用下喷射出去，从而产生对航天器向前的反作用力，进行推进。
实施方式三 碱金属与富氢材料混合物作为燃料
将碱金属与聚烯烃粉末按照一定的重量比或者摩尔比进行充分混合并压制成片，将压片放置在反应室中，将低地球轨道的原子氧 引入反应室，通过控制原子氧入射到压片上的流量来控制两者的反应速度，通过使用碱金属作为燃料，使之与原子氧发生剧烈的化学反应，产生大量的热量，大量的热量进一步与聚烯烃反应，使之分解为单个分子或离子，由于空间是真空状态，反应后生成的粒子在大量热量的作用下喷射出去，从而产生对航天器向前的反作用力，进行推进。
实施方式四 碱金属氢化物作为燃料
将固态碱金属氢化物放置在反应室内，将低地球轨道原子氧引入反应室，通过控制原子氧入射到固态碱金属氢化物上的流量来控制两者的反应速度，通过使用碱金属氢化物作为燃料，使之与原子氧发生剧烈的化学反应，由于空间是真空状态，反应后会生成粒子，在大量热量的作用下喷射出去，从而产生对航天器向前的反作用力，进行推进。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.碱性金属、碱性金属和无氧富氢材料的混合物、碱性金属的氢化物的应用，其作为低地球轨道的燃料，与原子氧氧化剂反应来实现航天器的化学推进。
2.如权利要求1所述的应用，其中，碱性金属为碱金属或碱土金属。
3.如权利要求2所述的应用，其中，碱金属为锂、钠、钾、铷、铯；碱土金属为铍、镁、钙、锶、钡。
4.如权利要求1所述的应用，其中，碱金属氢化物为氢化锂、氢化钠、氢化钾、氢化铷或氢化铯；碱土金属氢化物为氢化铍、氢化镁、氢化钙、氢化锶或氢化钡。
5.如权利要求1所述的应用，其中，富氢材料为聚烯烃粉末。
6.如权利要求5所述的应用，其中，聚烯烃粉末为聚乙烯粉末、聚丙烯粉末、聚丁烯粉末、聚戊烯粉末、聚4-甲基-1-戊烯粉末等。
7.如权利要求1所述的应用，其中，富氢材料与碱性金属的摩尔混合比为0.5-10。
8.如权利要求1所述的应用，其中，通过对原子氧的在轨收集和控制，实现原子氧的反应速率的控制以达到航天器推进速度的控制。
CN201510757289.6A 2015-11-09 2015-11-09 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用 Pending CN106673930A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510757289.6A CN106673930A (zh) 2015-11-09 2015-11-09 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510757289.6A CN106673930A (zh) 2015-11-09 2015-11-09 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106673930A true CN106673930A (zh) 2017-05-17

Family

ID=58863309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510757289.6A Pending CN106673930A (zh) 2015-11-09 2015-11-09 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106673930A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112010719A (zh) * 2019-05-29 2020-12-01 南京理工大学 一种含铝炸药及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB853495A (en) * 1957-09-13 1960-11-09 Allan Barker British Improvements in or relating to liquid propellent rocket motors
CN1265230A (zh) * 1997-07-22 2000-08-30 布莱克光电有限公司 无机氢化合物,其分离方法,及其在燃料中的应用
US20020100836A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-01 Hunt Robert Daniel Hydrogen and oxygen battery, or hudrogen and oxygen to fire a combustion engine and/or for commerce.
CN101481284A (zh) * 2008-12-22 2009-07-15 杨贻方 一种推进剂
CN102767497A (zh) * 2012-05-22 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 基于空间原子氧的无燃料航天器推进系统及推进方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB853495A (en) * 1957-09-13 1960-11-09 Allan Barker British Improvements in or relating to liquid propellent rocket motors
CN1265230A (zh) * 1997-07-22 2000-08-30 布莱克光电有限公司 无机氢化合物,其分离方法,及其在燃料中的应用
US20020100836A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-01 Hunt Robert Daniel Hydrogen and oxygen battery, or hudrogen and oxygen to fire a combustion engine and/or for commerce.
CN101481284A (zh) * 2008-12-22 2009-07-15 杨贻方 一种推进剂
CN102767497A (zh) * 2012-05-22 2012-11-07 北京卫星环境工程研究所 基于空间原子氧的无燃料航天器推进系统及推进方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何世禹: "《空间材料手册》", 30 November 2012, 中国宇航出版社 *
周建平: "《空间站系统和应用》", 31 December 2013, 中国宇航出版社 *
覃光明 等: "《固体推进剂装药设计》", 30 April 2013, 国防工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112010719A (zh) * 2019-05-29 2020-12-01 南京理工大学 一种含铝炸药及其制备方法
CN112010719B (zh) * 2019-05-29 2021-11-30 南京理工大学 一种含铝炸药及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gabrielli et al. Review of nuclear thermal propulsion systems
CN106673930A (zh) 碱性金属或其氢化物在低地球轨道作为化学推进剂的应用
Goldanskii Interstellar grains as possible cold seeds of life
CN106672267B (zh) 基于空间原子氧与物质相互作用的推进系统与方法
LEWIS et al. An antiproton catalyst for inertial confinement fusion propulsion
Deutsch et al. Fusion reactions and matter–antimatter annihilation for space propulsion
Couch et al. On the thermal properties of the convective Urca process
Thomas et al. Advancements in dense plasma focus (DPF) for Space Propulsion
Kammash Pulsed fusion propulsion system for rapid interstellar missions
Loarte et al. Influence of plasma composition on divertor detachment
WO2023087045A2 (en) Pulsed propulsion fusion spaceship with an external driver system based on accelerating microships for igniting the fusion process by kinetic impact
Martin et al. Fireball: Fusion ignition rocket engine with ballistic ablative lithium liner
WO2024092299A2 (en) Fast burning fusion process in space
AU2021266332A1 (en) Materials for Nuclear Fusion
LEWIS et al. An antiproton driver for inertial confinement fusion propulsion
Pe’er Introduction to Plasma Physics
Kammash et al. Reaction physics and mission capabilities of the magnetically insulated inertial confinement fusion reactor
Garscadden A Physics Perspective on Future Propulsion Systems
Singh et al. Advanced rocket propulsion techniques for deep space travel: A review
Remington Exploring the universe through Discovery Science on NIF: an overview and highlights
Kammash et al. Antiproton Driven Propulsion Systems-Fission or Fusion
Sapir et al. Reduction of the Rayleigh-Taylor instability effects on ICF targets via a voltage-shaped ion beam
WO2023025782A1 (de) Thermochemisches verfahren und kompakte apparatur zur konzentration von sauerstoff in extraterrestrischen atmosphären
Rollins et al. Evaluation of laser supported detonation wave thrusters for ground to orbit launch
SATOR et al. Antimatter as Energy Source in Space

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170517

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication