Metal organic frameworks as hypergolic additives for rocket propulsion

金属有机骨架作为火箭推进的自燃添加剂

基本信息

  • 批准号:
    567039-2021
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A new space race is currently underway, motivated by two emerging sectors: space tourism and the launching of small satellites. This second sector is now a burgeoning market as progress in sensing and electronic technologies have enabled a plethora of small companies to develop compact and light satellites for telecommunication, agriculture monitoring and natural disaster relief applications. For such small satellites, hybrid orbital launchers could be a very attractive option. In a hybrid rocket engine, the fuel is solid and the oxidizer is liquid or gaseous. The present project aims to develop novel fuel formulations for hybrid rockets that lower the cost and environmental impact of launches. The approach investigated is based on the use of a high regression rate fuel matrix such as paraffin, in which additives are used to modify energetic and rheological properties. Among others, polymers will be used to control the viscosity of the melted fuel and Metal-Organic Frameworks (MOFs) to enable hypergolicity, the ability of the fuel to ignite spontaneously upon contact with the oxidizer. The proposed research is essential to allow hybrid rocket engines to compete in terms of propulsive performance with more complex liquid-fueled engines used in large scale orbital launchers. Such small-scale orbital launchers based on hybrid and hypergolic engines have the potential to be much simpler mechanically, decreasing costs and risks associated with launching payloads to space and better meeting the needs of small-scale satellite operators in terms of orbit flexibility. These technologies enable the development of Canadian orbital launching systems, such as those of our industrial partners, starting at the small scale. As a result, access to space will become possible locally for Canadian companies developing small satellites, allowing them to get their payloads to orbit quicker, cheaper and with more flexibility compared to ride-sharing.#(cr)#(lf)Le projet permettra l'étude de nouveaux carburants et additifs pouvant être utilisés dans les moteurs de fusées hybrides. De nouvelles formulations de carburants à base de paraffine, de polymères et de metal-organic frameworks (MOFs) permettront de réduire l'utilisation de composés toxiques utilisés dans l'industrie ainsi que d'augmenter les performances de ces moteurs.Démocratiser l'accès à l'espace est présentement l'objectif de nombreuses compagnies, motivées par deux secteurs émergeants : le tourisme spatial et le lancement de petits satellites. Pour ce deuxième secteur, un marché important existe pour de petits lanceurs orbitaux, pour lesquels la technologie de propulsion hybride est prometteuse. Dans un moteur de fusée hybride, le combustible est solide et le comburant est liquide ou gazeux. Le présent projet vise le développement de combustibles pour fusées hybrides permettant de diminuer le coût et l'impact environnemental des lancements. L'approche préconisée est d'utiliser une matrice de carburant à haut taux de régression telle que la paraffine et d'en modifier les propriétés rhéologiques et énergétiques à l'aide d'additifs. Entre autres, des polymères seront étudiés pour contrôler la viscosité du combustible fondu et des Metal-Organic Frameworks (MOFs) pour lui conférer la propriété d'hypergolicité, l'allumage spontané au contact de l'oxydant. La recherche proposée est essentielle pour permettre aux moteurs hybrides d'avoir des performances propulsives comparables aux complexes moteurs à propulsion liquide utilisés dans les lanceurs de grande taille. Des lanceurs orbitaux basés sur ces technologies ont le potentiel d'être plus simples mécaniquement, donc moins coûteux et plus versatiles pour répondre aux besoins des opérateurs de satellites de petite taille.
一场新的太空竞赛目前正在进行中,其动机是两个新兴部门:太空旅游和发射小型卫星。这第二个部门现在是一个蓬勃发展的市场,因为传感和电子技术的进步使许多小公司能够开发用于电信、农业监测和自然灾害救济的小型和轻型卫星。对于这种小型卫星,混合轨道发射器可能是一个非常有吸引力的选择。在混合火箭发动机中,燃料是固体,氧化剂是液体或气体。本项目旨在为混合火箭开发新的燃料配方,以降低发射的成本和环境影响。研究的方法是基于使用高回归率燃料基质,如石蜡,其中添加剂用于修改能量和流变性能。其中,聚合物将用于控制熔融燃料的粘度和金属有机框架(MOF),以实现自燃性,即燃料在与氧化剂接触时自燃的能力。拟议的研究是必不可少的,使混合火箭发动机在推进性能方面与大型轨道发射器中使用的更复杂的液体燃料发动机竞争。这种基于混合和自燃发动机的小型轨道发射器有可能在机械方面简单得多,降低与向空间发射有效载荷有关的成本和风险,并更好地满足小型卫星运营商在轨道灵活性方面的需要。这些技术使加拿大能够从小规模开始研制轨道发射系统,例如我们的工业伙伴的系统。因此,加拿大公司在当地开发小型卫星将有可能进入太空,使他们能够更快,更便宜,更灵活地将有效载荷送入轨道。(cr)#(lf)Le projet permettra l'étude de nouveaux carbonants et additifs pouvant être utilisés dans les mostés de fusées hybrides. De nouvelles formulations de carbonants à base de paraffine,de polymères et de metal-organic frameworks(MOFs)permettront de réduire l'utilisation de composés aisi que d'augmenter les performances de ces moconut.Démocratiser l'accès à l'espace est présentement l'objectif de nombreuses compagnies,motivées par deux secretariémergeants:le tourisme spatial et le lNavisphere de petits satellites.对于这两个部门,一个重要的市场存在的小lanceurs轨道,为lesquels la技术的推进混合是prometteuse。在混合燃料发动机中,可燃物是固体,燃烧物是液体或气体。本项目采用可燃物对混合燃料进行燃烧,以减少燃烧物的燃烧强度和燃烧物的影响。L'approche préconisée est d'utiliser une matrice de carbonant à haut taux de régression telle que la paraffine et d'en modifier les propriétés rhéologiques et énergétiques à l'aide d'additifs.此外,聚合物还在研究如何控制可燃性液体的粘度,金属有机框架(MOFs)也在研究如何赋予其自燃特性,使氧化剂与Au接触时产生自发的流动。La recherche proposée est essentielle pour permettre aux moose hybrides d'avoir des performances propulsives comparable aux complex moose à propulsion liquide utilisés dans les lanceurs de lancestelle. Des lanceurs orbitaux basés sur ces technologies ont le potentiel d'être plus simples mécaniquement,donc moins coastroteux et plus approximately for respondre aux besoins des opérastelles de petite taille.

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 1.46万
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