Il s'avère que, les carburants verts sont une science de fusée.

L'exploration spatiale nous a peut-être donné des images de notre vierge, planète Terre bleue et sensibilisé à la protection de notre environnement, mais ce n'est pas bon si les fusées qui nous mettent en orbite sont basées sur de vieux, propulseurs toxiques.

Depuis des décennies, le propulseur de fusée le plus courant a été l'hydrazine, un composé toxique d'azote et d'hydrogène qui figure sur la liste des substances extrêmement préoccupantes de l'UE. C'est également la cause présumée de taux anormalement élevés de troubles hormonaux et sanguins autour du site de lancement de la fusée de Baïkonour au Kazakhstan.

C'est pourquoi les scientifiques du Centre aérospatial allemand (DLR) de Lampoldshausen travaillent sur de nouveaux, des carburants plus verts qui peuvent pérenniser les méthodes d'exploration spatiale et les rendre respectueuses de l'environnement.

Les efforts sont concentrés autour d'un composé connu sous le nom de dinitramide d'ammonium (ADN), qui lorsqu'il est chauffé se décompose en azote seulement, oxygène, et de l'eau.

"L'ADN était un sel oxydant trouvé pour la première fois en Union soviétique, mais a été redécouvert en Suède dans les années 1990 où ils ont eu l'idée de le développer en un ergol liquide, " a déclaré le Dr Michèle Negri, chef d'un projet de propulsion spatiale appelé RHEFORM.

Le problème est que l'ADN est un sel, donc c'est du solide. Bien qu'il puisse être dissous dans d'autres carburants comme le méthanol ou l'ammoniac, il faut une température élevée - plus de 1500ºC - pour l'enflammer.

"Les propulseurs à hydrazine ne nécessitent pas de préchauffage, si vous ouvrez simplement les vannes, elles commencent à tirer. D'autre part, avec un propulseur ADN si vous ouvrez simplement la vanne, le mélange sortirait sous forme liquide. il ne réagirait pas, " a déclaré le Dr Negri.

Le projet RHEFORM s'est penché sur le propulseur à base d'ADN LMP-103S utilisé par une société spatiale suédoise appelée ECAPS, qui était partenaire du projet et a déjà lancé 13 systèmes de propulsion basés sur le composé.

Allumage facile

Pour résoudre le problème de l'allumage facile, le projet visait à développer une meilleure, catalyseur plus réactif afin que le carburant puisse réagir à température ambiante. L'hydrazine a suivi le même chemin de développement précoce.

"Au tout début, dans les années 60, ils ne pouvaient pas tirer à température ambiante, mais ensuite ils ont développé un catalyseur qui était assez bon, " a déclaré le Dr Negri.

De tels catalyseurs fonctionnent en augmentant la surface pour que les réactions se produisent, facilitant leur apparition à des températures plus basses, ou éventuellement en ajoutant un composé comme un métal pour augmenter la réactivité.

"Le catalyseur sous forme de pastilles était composé uniquement d'un support (phase), qui sont les pastilles elles-mêmes - généralement un matériau céramique avec une surface spécifique élevée, " dit-il. " En plus de cela, vous pouvez placer une phase active, qui est typiquement un métal."

Après avoir testé de nombreux matériaux, les scientifiques des fusées ont découvert que l'hexaaluminate ferait le meilleur matériau de base.

Mais et si les simples pastilles pouvaient être améliorées pour avoir une surface encore plus idéale pour les rendre plus réactives ?

impression en 3D

Découvrir, ils ont utilisé la modélisation informatique et l'impression 3D pour créer des structures complexes en nid d'abeille connues sous le nom de monolithes, et ainsi augmenter la surface.

"Cela a été fait essentiellement dans l'industrie automobile (en créant des convertisseurs catalytiques), remplacer les pastilles par une structure monolithique.

Avec le savoir-faire de notre partenaire de projet (société d'impression 3D) LITHOZ, nous avons pu imprimer des structures très compliquées en céramique, puis l'utiliser comme catalyseur, " a déclaré le Dr Negri.

La céramique du catalyseur se trouve à l'intérieur de la chambre de poussée d'un moteur-fusée, par lequel le propulseur est injecté avant de sortir de la tuyère du moteur lors du lancement.

"Nous avons pu les faire réagir à l'échelle du laboratoire, juste au-dessus d'une température de 100 degrés, " Il a dit. " L'idéal serait qu'ils puissent démarrer dans des conditions environnementales normales, ne nécessitant aucun type de préchauffage."

Le Dr Negri dit que la prochaine étape pour atteindre l'inflammation à température ambiante de l'ADN serait probablement d'utiliser des propulseurs qui ne contiennent pas d'eau.

L'eau rend les propulseurs plus stables, et plus sûr à expédier, mais cela les rend aussi moins réactifs.

"Vous pouvez jouer beaucoup avec la composition pour trouver un bon compromis entre différents facteurs, par exemple les performances, comme une impulsion spécifique, capacité de stockage, ou explosivité, " il a dit.

Moins cher

En plus d'être plus verte, L'ADN pourrait aussi être moins cher. « alimenter un satellite avec du LMP-103S est beaucoup plus facile qu'avec de l'hydrazine, puisque lors du premier lancement, vous n'avez dépensé qu'un tiers de la main-d'œuvre nécessaire pour l'hydrazine la plus dangereuse, " dit-il. Même si le propulseur est un peu plus coûteux, le coût total de la vie pourrait être inférieur, ajoute le Dr Negri.

l'agence spatiale américaine NASA, qui n'était pas impliqué dans le projet RHEFORM, 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."