고속 적외선은 더 안전한 Hypergolic 추진제를 나타냅니다

SpaceX의 크루 드래곤 캡슐이 첫 번째 유인 임무를 마치고 8월 플로리다 해안에서 튀었을 때 안에 있던 두 명의 우주인은 캡슐에서 즉시 나갈 수 없었습니다. 외부 기술자들은 차량의 하이퍼골릭 추진기에 사용되는 고독성 연료인 히드라진에서 공기 중 증기가 없음을 확인해야 했습니다. 이제 퍼듀 대학교 연소 연구원들은 가시광선 및 적외선 고속 카메라를 모두 포함하는 새로운 기술로 폭발 반응을 연구하면서 더 안전하고 독성이 덜한 하이퍼골릭 추진제를 조사하고 있습니다. 하이퍼골릭은 서로 접촉하면 즉시 발화하는 물질입니다.

퍼듀 대학교의 Alfred J. McAllister 기계 공학 교수이자 추진제, 폭발물 및 불꽃과 같은 에너지 재료 전문가인 Steven Son은 "초고도체는 아폴로 시대와 그 이전까지 계속해서 사용되어 왔습니다."라고 말했습니다. "실온에서 보관할 수 있으며 혼합하면 즉시 발화하므로 극저온 연료보다 더 다재다능하고 안정적입니다."

로켓에서의 사용은 잘 문서화되어 있지만 현재의 하이퍼골릭 연료는 인간이 다루기에도 위험하고 환경에도 좋지 않습니다. 대부분의 다른 하이퍼골릭 연료와 달리 암모니아 보란(NH3BH3)은 일반적인 대기 조건에서 안정적인 고체 물질입니다. 수소 밀도 때문에 수소의 고체 저장 매체로 처음 개발되었습니다. 그러나 연소 연구자들은 최근에 하이브리드 추진제의 일부로 사용될 수 있는 하이퍼골릭 특성을 발견했습니다.

Purdue의 기계 공학 조교수인 Chris Goldenstein은 "이것이 실제 세계에서 사용될 수 있기 전에 우리는 그 거동을 지배하는 기본적인 연소 과학을 이해해야 합니다."라고 말했습니다. "우리는 연소 과정을 특성화하기 위해 가시광선 및 적외선 영상을 결합하는 새로운 접근 방식을 사용하고 있습니다."

적외선 이미징을 통해 연구자는 연소 과정 전반에 걸쳐 화염의 화학적 구성을 볼 수 있습니다. "모든 분자에는 고유한 스펙트럼 지문이 있습니다."라고 Goldenstein은 말했습니다. "특정 파장의 빛을 찾아 공간에서 특정 분자가 분포된 위치를 식별하고 연소 과정이 얼마나 완전한지 알 수 있습니다. 원하는 파장의 대부분은 육안으로 볼 수 없으며 적외선 이미징이 이를 볼 수 있는 유일한 방법입니다.”

반응이 단 몇 밀리초 안에 일어나기 때문에 연구원들은 초당 최소 2,000프레임을 캡처할 수 있는 특수 카메라를 사용합니다. 고속 비디오는 놀랍고 빠르게 팽창하는 녹색 섬광을 보여주며 하이퍼골릭 물질의 위력을 보여줍니다.

"우리는 일반적으로 매우 작은 샘플로 시작합니다."라고 Ph.D.인 Michael Baier가 말했습니다. Zucrow Labs에서 실험을 수행하는 Purdue의 항공 및 우주 비행 학교 학생. “우리는 암모니아 보란의 약간의 분말을 사용하고 그 위에 마이크로리터의 산화제 액적을 분배하는 주사기가 있습니다. 이 경우에는 백색 발연 질산입니다. 그래도 꽤 큰 효과를 냅니다. 이 몇 밀리초는 점화를 특성화하는 데 필요한 모든 데이터를 제공합니다.”

손씨는 “적외선 영상 덕분에 BO2 신호를 많이 볼 수 있어 놀랐다. 이것은 암모니아 보란이 기존의 붕소 연료보다 훨씬 더 나은 완전 연소를 달성한다는 것을 나타냅니다.”

암모니아 보란은 기존의 히드라진 기반 하이퍼골릭보다 독성이 덜할 수 있지만 모든 에너지 재료와 마찬가지로 작업하기에는 여전히 상당히 위험합니다. 그러나 Zucrow Labs는 1948년부터 추진 기술을 연구해 왔으며 에너지 물질을 연구할 수 있는 완벽한 장비를 갖춘 학계에서 몇 안 되는 연구실 중 하나입니다.