Purdue University

[ Livremente traduzido de: New aluminum-water rocket propellant promising for future space missions ]

		IMAGEM: O foguete de testes lançado pela Universidade Purdue. Imagem ampliada e mais informações.

WEST LAFAYETTE, Ind. – Pesquisadores estão desenvolvendo um novo propelente de foguetes feito de uma mistura congelada de água e pó de “alumínio em nano-escala” que polui o meio ambiente menos do que os propelentes convencionais, e que pode ser  fabricado na Lua, em Marte e outros corpos celestes que tenham água.

O propelente de gelo-com-alumínio (aluminum-ice, ou ALICE),  pode ser usado para lançar foguetes em órbita ou para missões espaciais de longas distâncias, assim como gerar hidrogênio para células de combustível, afirma Steven Son, professor associado de engenharia mecânica na Universidade Purdue.

Purdue está trabalhando em conjunto com a NASA, o Escritório da Força Aérea para Pesquisa Científica e a Universidade do Estado da Pennsylvania para desenvolver ALICE, que foi usado neste ano para lançar um foguete de 2,70 m (9 pés). O foguete alcançou uma altitude de 430 m (1.300 pés) sobre as fazendas Scholer da Purdue, a cerca de 20 km do campus.

Son declarou: “Trata-se de uma prova de conceito. Ele pode ser melhorado e transformado em um propelente prático. Teoricamente, também poderia ser fabricado em lugares distantes, tais como a Lua ou Marte, em vez de ser levado para lá com altos custos”.

As descobertas feitas por sondas espaciais indicam a presença de água em Marte e na Lua, bem como é possível a existência de água em asteróides, outras luas e outros corpos do espaço, segundo Son, que também é professor associado convidado de aeronáutica e astronáuitca.

O diminuto tamanho das partículas de alumínio, que têm um diâmetro de cerca de 80
nanômetros (bilionésimos de metro), é a chave para o desempenho do propelente. As nano-partículas queimam mais depressa do que partículas maiores e permitem um melhor controle da reação e do empuxo do foguete, explica Timothée Pourpoint, professor pesquisador associado da Escola de Aeronáutica e Astronáutica.

Poutpoint prossegue:”Esse propelente é considerado ‘verde’, uma vez que produz essencialmente gás de hidrogênio e óxido de alumínio. Em constraste, cada voo do ônibus espacial consome cerca de 773 toneladas do oxidante perclorato de amônia nos foguetes auxiliares de combustível sólido. Cada um dos exaustores produz imediatamente cerca de 230 toneladas de ácido clorídrico em cada voo”.

O ALICE fornece o empuxo através de uma reação química entre a água e o alumínio. Quando o alumínio entra em ignição, as moléculas de água fornecem o oxigênio e o hidrogênio para alimentar a combustão até que todo o pó seja consumido.

“O ALICE pode, algum dia, substituir alguns propelentes sólidos ou líquidos e, quando for aperfeiçoado, pode conseguir um desempenho melhor do que os propelentes convencionais”, diz
Pourpoint. “Ele é tmabém extremamente seguro enquanto congelado porque é difícil de entrar em ignição por acidente”.

Son acrescenta que as pesquisas estão ajudando a treinar uma nova geração de engenheiros nas universidades, na indústria, para a
NASA e os militares. Mais de uma dúzia de estudantes de pós-graduação  trabalharam no projeto. Ele diz que “é pouco comum para os estudantes conseguir esse tipo de treinamento completo e avançado – desde os conceitos científicos básicos até um veículo de lançamento, testado e lançado. Isso cobre todo o espectro”.

As descobertas da pesquisa foram detalhados em artigos técnicos apresentados neste verão (Hemisfério Norte) durante uma conferência do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica. Os artigos serão publicados no ano que vem, nos anais da conferência.

Na Universidade Penn State os estudos são supervisionados pelo professor de engenharia mecânica Richard Yetter e o professor assistente Grant Risha.

A parte da pesquisa da Purdue tem sua base no Laboratório Maurice J.
Zucrow da Universidade, onde os pesquisadores criaram uma célula de testes e uma sala de controle para os testes do foguete. O local de lançamento do foguete foi a instalação mantida pela Escola de Medicina Veterinária da Purdue. Purpoint observa: “Um local de lançamento perto do campus facilitou enormemente este projeto”.

Outros pesquisadores já tinham usado partículas de alumínio em propelentes, mas usualmente se tratava de partículas maiores, da ordem de mícrons, enquanto que o novo propelente contém apenas nano-partículas.

Os fabricantes apenderam, na década passada, a fazer nano-partículas de alumínio de melhor qualidade do que no passado. O propelente precisa estar congelado por dois motivos: precisa estar sólido para permanecer intacto enquanto sujeitado às forças do lançamento, e para assegurar que ele não comece a reagir lentamente antes de ser usado.

Tendo inicialmente a forma de uma pasta, o propelente é inserido em um molde cilíndrico com uma haste de metal através do eixo central. Depois que é congelado, se remove a haste, deixando uma cavidade no eixo central do cilindro de propelente sólido. Um pequeno motor de foguete é aceso, enviando gases quentes pelo orifício centrasl, fazendo com que o ALICE queime de maneira uniforme.

“Este é essencialmente o mesmo procedimento básico usado nos foguetes auxiliares de combustível sólido do ônubus espacial”, explica Son. “Um acendedor elétrico causa a ignição de um pequeno motor que, por sua vez, acende um motor maior”.

O trabalho futuro vai se focalizar no aperfeiçoamento do propelente e pode, também, explorar a possibilidade de criar um propelente em gel que empregue as nano-patículas. Um tal gel se comportaria como um combuistível líquido, tornando possível variar a taxa de admissão na câmara de combustão, para acelerar e descelerar o motor, e aumentar o alcance do veículo.

Um propelente em gel também poderia ser misturado com materiais contendo maiores quantidades de hidrogênio, que poderia ser usado para células de combustível de hidrogênio, além de motores de foguetes, acrescenta Son.

Veja o vídeo do teste do foguete:
http://www.youtube.com/watch?v=-b7siH1Ausc