Zielone paliwo i napęd dla CubeSat’s

Na jesieni tego roku ma polecieć w kosmos (na Falconie Heavy) misja testująca nowe rozwiązanie problemu napędu CubeSatów. Pracuje nad nim Aerojet Rockedyne we współpracy z NASA i wojskiem. Dotychczasowe rozwiązania używają silniczków na hydrazynę, ale jako że jest to niebezpieczna i toksyczna substancja, to przygotowanie do lotu takich CubeSatów jest kosztowne i niebezpieczne. Dlatego wojsko wyprodukowało nowe, jednoskładnikowe paliwo-utleniacz o wdzięcznej nazwie AF-M513. Paliwo jest bardzo dobre – ma większą gęstość energii niż hydrazyna i jej pochodne (45%), daje większy ISP (12%) a do tego nie jest toksyczne – na zdjęciu widać panią tylko w okularach trzymającą w ręku pojemnik z tym paliwem. W przypadku hydrazyny i jej pochodnych coś takiego było by niemożliwe. Można je przechowywać przez długi czas w otwartych pojemnikach i nie traci ono swoich właściwości ani nie zmienia się w nic trującego. Dodatkową zaletą jest to że AF-M513 wymaga specjalnego katalizatora do dekompozycji a to oznacza że przeciek tego w satelicie jest klasyfikowany jako „poważne zagrożenie” a nie „katastroficzne” – przy takiej klasyfikacji ilość zabezpieczeń przed przeciekami może być mniejsza co zmniejsza skomplikowanie systemu paliwowego i jego masę. Obliczono że użycie AF-M513 zamiast hydrazyny w misjach typu JUNO czy MSL pozwoliło by oszczędzić dziesiątki milionów dolarów. Ostatnią zaś zaletą AF-M513 jest to że nie zamarza ono – przechodzi ono z fazy ciekłej w fazę szkła (ciało stałe bez struktury krystalicznej). A to oznacza że nie trzeba podgrzewać zbiorników przez cały czas misji – można pozwolić im „zamarznąć” w czasie nieaktywnej fazy a następnie je „odmrozić” przed ponownym uruchomieniem silników bez obawy o rozerwanie przewodów paliwowych. 

Jednak AF-M513 ma też sporo wad – przede wszystkim nie tylko jest on dość kwasowy, ale dodatkowo potrafi być jednocześnie reduktorem i utleniaczem dla wielu metali, co powoduje że zbiorniki tego paliwa muszą być pokrywane warstwą specjalnego inhibitora – to znacznie trudniejsze niż w przypadku hydrazyny (która jest reduktorem) czy tetratlenku diazotu (który jest utleniaczem). To opóźniło wprowadzenie tego paliwa do użytku jako że potrzebne były długoterminowe testy odporności różnych inhibitorów – w przypadku satelity geostacjonarnego zbiornik musi wytrzymać kilkanaście lat.  Nie tylko zbiornik – także wszelkie zawory, uszczelki itp. muszą być odporne na to paliwo. Część testów już zakończono, inne nadal trwają – paliwo jest jak na razie dopuszczone wyłącznie do misji trwających nie więcej niż 3-4 lata. 
Drugą wadą jest jego gęstość – AF-M513 jest bardzo gęsty co wymaga większych ciśnień w układzie zasilania paliwem. Następnym problemem są katalizatory – AF-M513 wymaga wysokiej temperatury katalizatora do dekompozycji. Stworzenie katalizatorów, które wytrzymywały by długotrwały wpływ wysokiej temperatury zajęło trochę czasu. Wysoka temperatura ma także wpływ na resztę silnika – materiały z których jest on zrobiony muszą ją wytrzymać. Do tego dużo cieplejszy silnik promieniuje więcej energii – wymagana jest lepsza izolacja termiczna między silnikiem a resztą satelity. 
Jednak wygląda na to że wszystkie te problemy albo rozwiązano albo są one bliskie rozwiązania, jako że Aerojet Rockedyne wyprodukował prototypowy system napędowy dla CubeSatów. Mieści się on w 1U (zakładając że satelita będzie miał rozmiar 3U) i ma cztery silniczki o ciągu 1 newtona i jeden o ciągu 22 newtonów. Tak jak napisałem powyżej test tego systemu planowany jest już w tym roku na jesieni. Miejmy nadzieję że przejdzie on pomyślnie a AF-M513 docelowo zastąpi hydrazynę we wszystkich satelitach. Ciekawe czy SpaceX też kiedyś nie przerobi swoich SuperDraco z hydrazyny na AF-M513?
P.S. Ciekawe czy X-37B przypadkiem nie testuje tego paliwa?
admin Opublikowane przez: