JP6081452B2

JP6081452B2 - 推進剤を、ガスを含む反応生成物に変換するための触媒、ガス発生器、および方法

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Publication number: JP6081452B2
Application number: JP2014513533A
Authority: JP
Inventors: マッセ、ロバート・ケー．; サレット、シルバノ・アール．; リウ、ジュンリ
Original assignee: エアロジェットロケットダインインコーポレイテッド
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: WO2012166335A1; RU2013157828A; JP2014519408A; CN103796749A; IL229471A; RU2595895C2; EP2714264A1; EP2714264B1; IL229471A0; US20120304620A1; EP2714264A4

Description

背景

一液式ロケット推進システムは、高温ガスへの推進剤の反応をエネルギッシュに推進する触媒を使用し、コストおよび信頼性の利点を提供し、これらの利点より、一液式推進システム（monopropellant system）が二液式推進システム（bipropellant system）に対して地球近傍および探索ミッションを支配するに至った。ヒドラジンは、現時点で最も一般的に使用されている単元推進薬であり、毒性であり、密閉容器内で取り扱われなければならず、それによって、特別な地上支援装置および手順の必要性に付随して、ならびに宇宙船の推進剤装填操作の間の関係打ち上げ要員による危険回避のための他の打ち上げ準備活動の停止を通じて間接的なコストを与えている。さらに、偶発的な毒物曝露のリスクに関係した懸念により、戦術的および戦略的システムへの単元推進薬の適用が大きく阻まれている。

いくつかの低毒性単元推進薬がヒドラジンの制約を回避するために開発されており、いくつかの場合では、ヒドラジンに対して改善された性能をもたらす。これらの単元推進薬の多くは、ヒドラジンの火炎温度ならびに伝統的な触媒ガス発生器およびスラスター内で使用される触媒の現在の能力の火炎温度を実質的に超える火炎温度で働く。いくつかのこれらの先進単元推進薬、例えば、亜酸化窒素、過酸化物、およびイオン液体、例えば、アンモニウムジニトラミド系および硝酸ヒドロキシルアンモニウム系推進剤などは、腐食性および／または高度に酸化性の反応中間体または生成物を生成し、その結果、スラスター、触媒ガス発生器、および特に触媒は、これらの中間体または生成物による損傷に耐性でなければならない。一液式推進システムで現在使用されている触媒、ガス発生器、およびスラスターは一般に、劣化の様々な原因に起因して寿命能力の限界を示している。

したがって、単元推進薬のための新規で有用な触媒を提供する必要性が残っている。

本概要を、諸概念のうちの選択したものを簡略化した形式で紹介するために示し、これらは、詳細な説明で以下にさらに説明する。本概要は、主張した主題の重要な特徴を特定するように意図されておらず、主張した主題の範囲の決定の補助として使用されることも意図されていない。

一態様では、触媒が開示される。触媒は、ハフニアおよび最大で等しい重量部のジルコニアを含む担体を含み、混合性のハフニアとジルコニアは、担体の少なくとも５０重量％を構成し、触媒は、担体の表面上に活性金属をさらに含む。

一態様では、活性金属は、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種である。

一態様では、担体は、少なくとも９９重量％のハフニアである。

一態様では、担体はさらに安定剤を含む。

一態様では、安定剤は、セリアもしくはイットリア、またはこれらの任意の組合せを含む。

一態様では、担体は、理論上最大値の５０％超の密度を有する。

一態様では、活性金属は、触媒の総重量に基づいて０．１重量％〜５０重量％である。

一態様では、触媒の表面積は、０．０５ｍ²／ｇ〜４０ｍ²／ｇである。

一態様では、ガス発生器が開示される。ガス発生器は、内部に空間を定めるハウジングと、ハウジング内の空間内の触媒であって、ハフニアを含む担体と、担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒と、ハウジングへの推進剤注入口と、ハウジングからの反応生成物排出口とを含む。触媒は、単一の好ましくは多孔質のエレメントまたは複数のエレメント、例えば、ガスおよび液体の流入および流出を可能にする粒子などを含んでもよい。

一態様では、ガス発生器の担体は、最大でハフニアと等しい重量のジルコニアをさらに含む。

一態様では、ガス発生器の担体は、安定剤をさらに含む。一態様では、安定剤は、セリアもしくはイットリア、または両方とすることができる。

一態様では、ガス発生器の担体は、セリア、イットリアのうちの１つ、または両方から選択される安定剤を含むことができる。本態様では、担体は、ハフニアを含み、またはハフニアと最大で等しい重量のジルコニアと共にハフニアを含むことができる。

一態様では、ノズルがハウジングの排出口に接続されている。

一態様では、触媒は、ハウジング内で粒子ベッドを形成する。本態様では、触媒担体は、安定剤をさらに含むことができる。安定剤は、セリア、イットリア、または両方を含んでもよい。粒子は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの最大寸法を有してもよい。

一態様では、ガスを含む反応生成物への推進剤の反応を促進するための方法が開示される。方法は、推進剤を、ハフニアを含む担体と、担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒に接触させることと、推進剤を触媒と接触させて１種以上の生成ガスに変換することとを含む。

一態様では、推進剤は、酸素、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸リチウム、アンモニウムジニトラミド、および硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される酸化剤を含む。

一態様では、推進剤は、水素、グリシン、ベタイン、炭化水素、アルコール、トリエタノールアミンニトレート、トリス（２−アミノエチル）アミントリニトレート、硝酸ヒドラジニウム、および硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される燃料を含む。

一態様では、推進剤は、化学物質、例えば、ヒドラジン、亜酸化窒素、または過酸化物などを含み、これは、エネルギッシュに分解して生成ガスを作り出す。

一態様では、ガス発生器からの生成ガスは、ノズルを通して方向づけて推力を生じさせることができる。

一態様では、推進剤は、酸化剤、燃料、および水を含む。

一態様では、高温劣化および焼結に対する耐性が増大し、それによって性能が改善され、使用可能な寿命が延長された、推進剤のエネルギッシュな反応を促進するための触媒、触媒ガス発生器、およびスラスターが提供される。

一態様では、熱衝撃による損傷への感受性が低減され、それによって性能が改善され、使用可能な寿命が延長された、推進剤のエネルギッシュな反応を促進する触媒、触媒ガス発生器、およびスラスターが提供される。

一態様では、触媒相の安定性が改善され、それによって性能が改善され、使用可能な寿命が延長された、推進剤のエネルギッシュな反応を促進する触媒、触媒ガス発生器、およびスラスターが提供される。

一態様では、触媒による、および触媒ベッド内での触媒金属の保持の改善に関係した物理的特性に関して改善された製造可能性を有する触媒、触媒ガス発生器、およびスラスターが提供される。

一態様では、作業性特性を改善し、その結果、触媒が容易に成形されて所望の形または粒子幾何形状になることができ、それによって、特に、顆粒状触媒ベッドの充填密度および濃度の改善に関係した、製作の手段を改善する触媒、触媒ガス発生器、およびスラスターが提供される。

本発明の前述の側面および多くの付随する利点は、添付の図面と合わせて利用される場合、以下の詳細な説明を参照することによって、より良好に理解されるようになるので、より容易に高く評価されるようになる。

本発明の一態様によるガス発生器を示す略図。本発明の一態様によるスラスターを示す略図。

詳細な説明

担体および担体上に堆積された活性金属を含む触媒が開示されている。担体は、ハフニアを含む。ハフニアは、酸化ハフニウム（ＩＶ）または二酸化ハフニウムとしても公知である。ハフニアの化学式は、ＨｆＯ₂である。いくつかの用途では、触媒性能は、密度が理論上の最大値に近づくにつれて改善し、少なくとも９７％の担体の理論密度が好適である。触媒の単位体積当たりの好適な面積は、０．０５〜４０ｍ²／ｇの範囲内である。

担体は、任意の形であってもよく、それだけに限らないが、ペレット、円柱ロッド、丸い弾や、マトリックス、例えば、ハニカムまたはグリッドなどの中に不規則に成形されたものなどを含む。触媒は、担体の表面上に少なくとも１種以上の活性金属を含む。活性金属は、金属の「白金」族に由来する少なくとも１種の金属である。金属の白金族は、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金を含む。１種以上の活性金属の割合は、触媒の総重量に基づいて０．１重量％〜５０重量％の範囲とすることができ、５％〜３０％がほとんどの用途で適している。

担体は、１種以上の活性金属を支持するのに使用される。一態様では、担体は、本質的に１００％のハフニア、またはハフニアと共にさらなる成分を含むものとすることができる。熱衝撃、化学攻撃に対する耐性、機械的性質、または上記の１つ以上を改善するために、追加の成分、例えば、セリアおよび／もしくはイットリア、または両方などをハフニア担体中に含めてもよい。セリアは、酸化セリウム（ＩＶ）、酸化セリウム（ceric oxide）、酸化セリウム（cerium oxide）、または二酸化セリウムとしても公知である。化学式はＣｅＯ₂である。イットリアは、酸化イットリウム（ＩＩＩ）としても公知であり、Ｙ₂Ｏ₃の化学式を有する。追加の成分、例えば、セリアもしくはイットリア、または両方などが上述した理由でハフニア担体に添加される場合、追加の成分は、安定剤と呼んでもよく、触媒は、「安定化された」触媒と呼んでもよい。安定剤が担体の相分布を変更する場合では、相安定化の量は、添加される安定剤の量で変化し得、最良の触媒性能は一般に、７０％〜１００％の相安定化で実現される。さらに、ハフニアの一部を、重量で最大で等量までジルコアニアで置換して、触媒のコストおよび重量を低減してもよい。ジルコニアは、酸化ジルコニウムまたは二酸化ジルコニウムとしても公知であり、化学式ＺｒＯ₂を有する。

高理論密度を有するハフニア担体を得るために、ハフニア含有担体を、熱間等静圧圧縮成形として公知のプロセスによって製造することができる。多数の特許、例えば、米国特許第４，９５２，３５３号、および同第５，０８０，８４１号などを参照してもよく、ともに参照により本明細書に組み込まれている。ハフニア担体を作製するための代替法は、焼結である。焼結も、粉末状材料から製品を作製する周知の方法である。粉末状材料は、材料のタンマン温度超の炉内で加熱される。加熱は、粒子が互いに接着させられるまで続く。熱間等静圧圧縮成形または焼結のいずれにおいても、セリアおよび／またはイットリアおよび／またはジルコニアの追加成分をハフニアに添加してもよい。

ハフニア担体が生成された後、活性金属が様々な方法によって担体の表面に施され得る。米国特許第４，３４８，３０３号を参照してもよく、これは、参照により本明細書に組み込まれている。一態様では、活性金属は、金属の塩溶液で担体を浸漬し、または担体上に金属塩溶液を吹き付けることによって担体上に堆積される。例えば、イリジウムは、例えば、三塩化イリジウムまたは四塩化イリジウム塩を最初に形成し、次いで塩をアルコール中に溶解させることによって、担体上に堆積させることができる。ルテニウムは、三塩化ルテニウムまたは四塩化ルテニウムを形成し、やはり塩をアルコール中に溶解させることによって、担体上に堆積させてもよい。ロジウムは、塩化ロジウム塩を形成し、引き続いて溶解させることによって、担体上に堆積させてもよい。塩溶液の適当な濃度は、塩および溶媒の総合重量の重量に基づいて１０重量％もの塩とすることができる。しかし、５重量％の塩溶液も適当である。塩溶液中に担体を浸漬し、または塩溶液を担体に吹き付けた後、担体は、熱風下で転がすことによって乾燥させることができる。金属塩溶液の塗布、その後の乾燥は、複数回実施してもよい。乾燥後、塩が担体の表面上に残るが、金属塩はまだ、変換されて金属酸化物になる必要がある。使用される金属に応じて、担体を５００°Ｆ〜６００°Ｆを超える温度に加熱して、金属を酸化および活性化することができる。金属装填量は一般に、０．１％〜５０％で変化する。高金属装填量が最大の有効性および触媒寿命にとって好適であるが、最大の反応性および寿命が必要でない場合、低金属装填量の態様を使用してコストを下げることができる。

一態様では、１種以上の活性金属を有するハフニア触媒は、推進剤、特に単元推進薬の反応を促進するのに有用である。１種以上の活性金属を有する安定化されたハフニア触媒も同様に有用である。単元推進薬は一般に、二液式推進システムと対照的に、単一の貯蔵タンク内に収容され得る組成物を指す。単元推進薬は、ガス状であっても液体であってもよく、単一の化学物質、または化学物質の混合物、例えば、燃料、および酸化剤、および任意選択により水などの１種以上の冷却剤もしくは溶媒の組合せなどを含んでもよい。単元推進薬の反応は、発熱性であり、大量のガスを生成する。反応は、非常に発熱性であるので、一般に、一旦開始すると自動継続的である。生成ガスを生成するための推進剤の反応は、複数の用途を有する。推進剤の反応によって生成されるガスは、推進力をもたらし、または電力発生用タービンを稼動し、または他の機械システムを動かすのに使用してもよい。

単一化学物質として提供される場合、単元推進薬は、ヒドラジンを含むことができる。ヒドラジン推進剤としては、それだけに限らないが、１００％のヒドラジン、対称ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、およびモノメチルヒドラジンがある。他の単一化学物質単元推進薬には、それだけに限らないが、過酸化水素、およびガス状または液体のいずれかの亜酸化窒素が含まれる。

単元推進薬は、上記の１種以上の単一化学物質単元推進薬の混合物として形成することもでき、希釈剤、安定剤、および他の調節剤が任意選択により添加され、例えば、過酸化水素単元推進薬は通常、貯蔵中にこれを安定化するために水を含む。

単元推進薬は代わりに、酸化剤、および燃料、および任意選択により１種以上の希釈剤または溶媒、例えば、水、アンモニア、またはヘリウム（ガス単元推進薬用）などを含んでもよい。

代表的な酸化剤としては、それだけに限らないが、酸素、および無機または有機ニトレート、例えば、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、アミノグアニジンジニトレート、硝酸グアニジン、硝酸アンモニウム、アンモニウムジニトラミド、または硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウムなどがある。硝酸ヒドロキシルアンモニウムの誘導体も酸化剤として使用することができ、それだけに限らないが、硝酸ヒドロキシルアンモニウムのＮ−メチル、Ｎ−エチル、Ｏ−メチル、またはＯ−エチル誘導体が含まれる。

圧力下または低温での貯蔵が意図されるいくつかの場合では、周囲大気条件で通常同じ相のものでない成分で単元推進薬を形成してもよく、これは、亜酸化窒素とメタノールの混合物によって例示される。

代表的な燃料としては、それだけに限らないが、水素、炭化水素、グリシン、ベタイン、アルコール、ならびにアミンおよびアミンニトレート、例えば、トリエタノールアンモニウムニトレート、ヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアミン、トリエチレンジアミンジニトレート、ジエチレントリアミンジニトレート、エチレンジアミンジニトレート、メチルアンモニウムニトレート、ジメチルアンモニウムニトレート、トリメチルアンモニウムニトレート、メチルヒドラジニウムニトレート、エチレンジヒドラジニウムジニトレート、硝酸ヒドラジニウム、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、ジ（ヒドロキシエチル）硝酸ヒドラジニウム、ギ酸ヒドラジニウム、酢酸ヒドラジニウム、カルバジン酸ヒドラジニウム、アミノ酢酸ヒドラジニウム、トリアミノグアニニジウムニトレート、カルボヒドラジド、カルボヒドラジドニトレート、カルボヒドラジドジニトレート、尿素、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、グアニジウムニトレート、１，４−ビス−キュバン二アンモニウム（cubanediammonium）ジニトレート、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンヒドラジニウム塩、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンアンモニウム塩、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アジリジン−誘導体、アゼタン誘導体など、およびこれらの組合せがある。

酸化剤および燃料の前述のリストは、網羅的であるように意図されておらず、単に代表的である。本明細書に開示の触媒とともに使用してもよいさらなる推進剤は、米国特許第６，９８４，２７３号、同第５，６４８，０５２号、同第５，４８５，７２２号、同第４，０４７，９８８号、および同第５，２２３，０５７号に見出すことができ、これらのすべては、参照により明白に本明細書に組み込まれている。

触媒は、図１に例示したように、触媒チャンバーに含め、ガス発生器として使用してもよい。一般に、ガス発生器１００（または触媒反応器）は、貯蔵タンク（図示せず）から推進剤を供給される。一液式推進システムでは、単一の貯蔵タンクが、酸化剤、燃料、および溶媒を貯蔵する役割を果たすことができる。しかし、他の態様では、ガス発生器１００の外部または内部のいずれかに複数の貯蔵タンクを使用して、混合前の酸化剤、燃料、および溶媒を収容してもよい。ガス発生器１００は、密閉ハウジング１０１内に触媒ベッド１０２を保持するための密閉ハウジング１０１を含む。密閉ハウジング１０１は、円筒形であってもよい。ハウジング１０１の内壁を、断熱材１１２、好ましくはセラミック、例えば、アルミナなどによって遮蔽して、ハウジング１０１への熱伝達を低減することができる。触媒ベッド１０２中の個々の触媒粒子は、ペレットの形で形成することができ、これらは、好ましくは、ハウジング１０１内に高密度に詰められ、ハウジング１０１に付けられた多孔質プレート１０６によって保持されている。ベッドプレート１０６は、穿孔を含み、これらは、触媒顆粒を拘束するのに十分狭いと同時に、十分に大きい総開放領域をもたらして、生成した反応ガス生成物が穿孔を通り、放出排出口１１４に向かって流れるのを可能にする。ベッドプレート１０６は、耐熱金属、または金属の組合せ、例えば、それだけに限らないが、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、およびレニウムなどから作製することができる。イリジウムなどの被膜も、ベッドプレート１０６の耐熱金属上に塗布することができる。推進剤は、１つ以上の注入部位１１６に接続された１つ以上の注入エレメント１０４を介して触媒ベッド１０２に届けられてもよく、注入部位は、スロットまたは穴として形成することができ、これらは、触媒ベッド１０２中の触媒顆粒が入るのを防止するのに十分に細いが、過剰な圧力低下を伴うことなく推進剤の流れを受け入れるのに十分な総面積のものである。一態様では、これらの１つ以上の注入エレメント１０４は、触媒ベッド１０２に入り込んでもよく、その結果、推進剤は、ハウジングの燃料噴射装置および／またはハウジング１０１の内壁から少し離れたところで注入される。推進剤は、触媒１０２と接触すると反応して生成ガスを生じ、生成ガスは、ベッドプレート１０６中の穿孔を通って触媒ベッド１０２を出て、排出口１１４まで向けられる。排出口１１４は、ガスが利用されて推力または仕事のいずれかを生じるように、１つ以上のデバイスに接続されていてもよい。例えば、ガスは、貯蔵のためにプレナムに向けられ、周回軌道衛星、宇宙探査ロケット、打上げ機、ミサイル、または他の種類の宇宙輸送船のための推進力を生じさせるために、１つ以上のバルブを通じて後に発散されてもよい。別の例では、ガスは、タービンに向けられてもよく、これは次に、発電機に接続されて電力を生じる。他の実施形態では、ガス発生器１００を出るガスは、機械装置、例えば、圧縮機、ポンプなどに接続されてもよい。特定の用途または装填材料により、本発明は限定されない。

あるいは、ガス発生器１００は、図２に例示したように、ノズル１１０に直接接続することができる。ガス発生器１００とノズル１１０の構成では、装置は、周回軌道衛星、宇宙探査ロケット、打上げ機、ミサイル、または任意の他の種類の宇宙輸送船のための推進力を生じさせる自己充足型スラスターとみなしてもよい。

図１および２は、ガス発生器およびスラスターを表す非常に概略的な図解であり、ガス発生器およびスラスターの基本コンポーネントを示す。図１および２のガス発生器およびスラスターから省略されたコンポーネントは、当業者に分かることが理解されるべきである。例えば、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第５，６４８，０５２号、同第４，３５２，７８２号、および同第４，０６９，６６４号を参照してもよい。上述したガス発生器１００の反応促進特性は、本明細書で具現される発明概念を変更することなく、任意の幾何形状またはサイズによって作製された触媒の粒子または元素の任意の数の置換および／または組合せによって、特殊な要求に適応させることができることがさらに理解されるべきである。

［実施例］
以下のことは、進行中の社内研究開発プログラムの一部して、２０１０年７月２０日〜２０１１年４月７日にＡｅｒｏｊｅｔによって行われた諸試験のより大きい集まりから選択された一連の試験を要約し、これらは、本発明の有用性を実証する例としてここで示されている。

試験１ − Ａｅｒｏｊｅｔは、安定化ジルコニア上に堆積された約５％のイリジウムを含む公知技術の触媒の寿命試験を行った。試験は、重量試験スラスター内に触媒を装填することと、「チャンバー圧力の粗さ」として当業者に公知であり、損傷が触媒に発生する際に増大するスラスター内部圧力の振動が、振幅で設計チャンバー圧力の７５％を超えるまで禁止された負荷サイクルで稼動させることとを含んでいた。これは、約３０分の累積燃焼時間の後に起こった。

試験２ − Ａｅｒｏｊｅｔは、試験スラスターに本発明によって作製した約５％のイリジウムを担持したハフニウム触媒を装填したことを除いて、試験１とあらゆる点で同一であった寿命試験を行い、これは、同じ試験終了基準を呈するまで約５３分の累積燃焼時間を実現した。

試験３ − Ａｅｒｏｊｅｔは、改良試験スラスターに試験２で使用したものと同一の触媒を装填した寿命試験を行い、これは、同じ試験終了基準を呈するまで約５６分の累積燃焼時間を実現した。

試験４ − Ａｅｒｏｊｅｔは、試験スラスターに本発明によって作製した約５％のイリジウムを担持したセリア安定化ハフニウム触媒を装填したことを除いて、試験３とあらゆる点で同一であった寿命試験を行い、これは、同じ試験終了基準を呈するまで約１４６分の累積燃焼時間を実現した。

試験５ − Ａｅｒｏｊｅｔは、さらに改良された試験スラスターに試験４で使用したものと同一の触媒を装填した寿命試験を行い、これは、同じ試験終了基準を呈するまで約２８５分の累積燃焼時間を実現した。

試験６ − Ａｅｒｏｊｅｔは、試験スラスターに本発明によって作製した約５％のイリジウムを担持したイットリア安定化ハフニウム触媒を装填し、スラスターを低減された内圧で稼働させたことを除いて、試験５とあらゆる点で同一であった寿命試験を行い、これは、同じ試験終了基準を呈するまで約６８９分の累積燃焼時間を実現した。

例示的な態様を開示および説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更をこれらにおいて行うことができることが理解されるであろう。

独占的な権利または特権を主張する本発明の態様を、以下の通り定義する。

Claims

ハフニアおよび最大で等しい重量部のジルコニアを含む担体であって、混合性のハフニアとジルコニアは、存在する場合、担体の少なくとも５０重量％を構成する担体と、
前記担体の表面上の活性金属と、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、ヒドラジン、対称ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、過酸化水素、または亜酸化窒素を含む、推進剤を、ガスを含む反応生成物に変換するための触媒。
ハフニアおよび最大で等しい重量部のジルコニアを含む担体であって、混合性のハフニアとジルコニアは、存在する場合、担体の少なくとも５０重量％を構成する担体と、
前記担体の表面上の活性金属と、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、酸化剤および燃料、および任意選択により１種以上の稀釈剤または溶媒を含み、
前記酸化剤が、酸素、無機または有機ニトレート、亜酸化窒素、過塩素酸アンモニウム、および過塩素酸リチウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記燃料が、水素、炭化水素、グリシン、ベタイン、アルコール、アミンおよびアミンニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記稀釈剤または溶媒が、水、アンモニア、およびヘリウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、推進剤を、ガスを含む反応生成物に変換するための触媒。
前記無機または有機ニトレートが、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、アミノグアニジンジニトレート、硝酸グアニジン、硝酸アンモニウム、アンモニウムジニトラミド、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、および硝酸ヒドロキシルアンモニウムの誘導体、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項２に記載の触媒。
前記アミンおよびアミンニトレートが、トリエタノールアンモニウムニトレート、ヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアミン、トリエチレンジアミンジニトレート、ジエチレントリアミンジニトレート、エチレンジアミンジニトレート、メチルアンモニウムニトレート、ジメチルアンモニウムニトレート、トリメチルアンモニウムニトレート、メチルヒドラジニウムニトレート、エチレンジヒドラジニウムジニトレート、硝酸ヒドラジニウム、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、ジ（ヒドロキシエチル）硝酸ヒドラジニウム、ギ酸ヒドラジニウム、酢酸ヒドラジニウム、カルバジン酸ヒドラジニウム、アミノ酢酸ヒドラジニウム、トリアミノグアニニジウムニトレート、カルボヒドラジド、カルボヒドラジドニトレート、カルボヒドラジドジニトレート、尿素、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、グアニジウムニトレート、１，４−ビス−キュバン二アンモニウムジニトレート、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンヒドラジニウム塩、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンアンモニウム塩、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アジリジン−誘導体、アゼタン誘導体、トリエタノールアミンニトレート、およびトリス（２−アミノエチル）アミントリニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項２に記載の触媒。
前記担体が少なくとも９９重量％のハフニアである、請求項１または２に記載の触媒。
前記担体が、５０％超の理論密度を有する、請求項１または２に記載の触媒。
前記活性金属が、触媒の総重量に基づいて０．１重量％〜５０重量％である、請求項１または２に記載の触媒。
前記触媒の表面積が、０．０５ｍ²／ｇ〜４０ｍ²／ｇである、請求項１または２に記載の触媒。
内部に空間を定めるハウジングと、
前記ハウジング内の空間内にあり、推進剤を、ガスを含む反応生成物に変換するための触媒であって、ハフニアを含む担体と、前記担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒と、
前記ハウジングへの推進剤注入口と、
ガスを含む反応生成物のための前記ハウジングからの排出口と、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、ヒドラジン、対称ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、過酸化水素、または亜酸化窒素を含む、ガス発生器。
内部に空間を定めるハウジングと、
前記ハウジング内の空間内にあり、推進剤を、ガスを含む反応生成物に変換するための触媒であって、ハフニアを含む担体と、前記担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒と、
前記ハウジングへの推進剤注入口と、
ガスを含む反応生成物のための前記ハウジングからの排出口と、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、酸化剤および燃料、および任意選択により１種以上の稀釈剤または溶媒を含み、
前記酸化剤が、酸素、無機または有機ニトレート、亜酸化窒素、過塩素酸アンモニウム、および過塩素酸リチウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記燃料が、水素、炭化水素、グリシン、ベタイン、アルコール、アミンおよびアミンニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記稀釈剤または溶媒が、水、アンモニア、およびヘリウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、ガス発生器。
前記無機または有機ニトレートが、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、アミノグアニジンジニトレート、硝酸グアニジン、硝酸アンモニウム、アンモニウムジニトラミド、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、および硝酸ヒドロキシルアンモニウムの誘導体、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載のガス発生器。
前記アミンおよびアミンニトレートが、トリエタノールアンモニウムニトレート、ヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアミン、トリエチレンジアミンジニトレート、ジエチレントリアミンジニトレート、エチレンジアミンジニトレート、メチルアンモニウムニトレート、ジメチルアンモニウムニトレート、トリメチルアンモニウムニトレート、メチルヒドラジニウムニトレート、エチレンジヒドラジニウムジニトレート、硝酸ヒドラジニウム、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、ジ（ヒドロキシエチル）硝酸ヒドラジニウム、ギ酸ヒドラジニウム、酢酸ヒドラジニウム、カルバジン酸ヒドラジニウム、アミノ酢酸ヒドラジニウム、トリアミノグアニニジウムニトレート、カルボヒドラジド、カルボヒドラジドニトレート、カルボヒドラジドジニトレート、尿素、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、グアニジウムニトレート、１，４−ビス−キュバン二アンモニウムジニトレート、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンヒドラジニウム塩、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンアンモニウム塩、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アジリジン−誘導体、アゼタン誘導体、トリエタノールアミンニトレート、およびトリス（２−アミノエチル）アミントリニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載のガス発生器。
前記担体がさらに、ジルコニアをハフニアと等しい重量まで含む、請求項９または１０に記載のガス発生器。
前記排出口に接続されたノズルをさらに含む、請求項９または１０に記載のガス発生器。
前記触媒が粒子ベッドを含む、請求項９または１０に記載のガス発生器。
前記触媒粒子が、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの最大寸法を有する、請求項１５に記載のガス発生器。
ガスを含む反応生成物への推進剤の反応を促進するための方法であって、
推進剤を、ハフニアを含む担体と、前記担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒に接触させることと、
前記推進剤を、前記触媒との接触において１種以上の反応生成物に変換することと、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、ヒドラジン、対称ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、過酸化水素、または亜酸化窒素を含む、方法。
ガスを含む反応生成物への推進剤の反応を促進するための方法であって、
推進剤を、ハフニアを含む担体と、前記担体の表面上の少なくとも１種の活性金属とを含む触媒に接触させることと、
前記推進剤を、前記触媒との接触において１種以上の反応生成物に変換することと、
を含み、
前記担体がさらに安定剤を含み、
前記安定剤が、セリアおよびイットリア、またはそれらの任意の組合せを含む群から選択される材料を含み、
前記活性金属が、少なくともロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、または白金のうちの１種を含み、
前記推進剤が、酸化剤および燃料、および任意選択により１種以上の稀釈剤または溶媒を含み、
前記酸化剤が、酸素、無機または有機ニトレート、亜酸化窒素、過塩素酸アンモニウム、および過塩素酸リチウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記燃料が、水素、炭化水素、グリシン、ベタイン、アルコール、アミンおよびアミンニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択され、
前記稀釈剤または溶媒が、水、アンモニア、およびヘリウム、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、方法。
前記無機または有機ニトレートが、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、アミノグアニジンジニトレート、硝酸グアニジン、硝酸アンモニウム、アンモニウムジニトラミド、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、および硝酸ヒドロキシルアンモニウムの誘導体、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
前記アミンおよびアミンニトレートが、トリエタノールアンモニウムニトレート、ヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアンモニウムニトレート、ジエチルヒドロキシルアミン、トリエチレンジアミンジニトレート、ジエチレントリアミンジニトレート、エチレンジアミンジニトレート、メチルアンモニウムニトレート、ジメチルアンモニウムニトレート、トリメチルアンモニウムニトレート、メチルヒドラジニウムニトレート、エチレンジヒドラジニウムジニトレート、硝酸ヒドラジニウム、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、ジ（ヒドロキシエチル）硝酸ヒドラジニウム、ギ酸ヒドラジニウム、酢酸ヒドラジニウム、カルバジン酸ヒドラジニウム、アミノ酢酸ヒドラジニウム、トリアミノグアニニジウムニトレート、カルボヒドラジド、カルボヒドラジドニトレート、カルボヒドラジドジニトレート、尿素、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、グアニジウムニトレート、１，４−ビス−キュバン二アンモニウムジニトレート、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンヒドラジニウム塩、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール（５）オンアンモニウム塩、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アジリジン−誘導体、アゼタン誘導体、トリエタノールアミンニトレート、およびトリス（２−アミノエチル）アミントリニトレート、またはそれらの任意の組合わせからなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
前記反応生成物をノズルを通して方向づけて推力を生じさせることをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。