Bardziej ekologiczne stałe paliwa rakietowe?
Można z łatwością przytoczyć argumenty przemawiające za zastosowaniem paliw stałych w technice napędów kosmicznych: są one po prostu najbardziej ekonomicznym, konkurencyjnym i niezawodnym rozwiązaniem. Zawierają jednak związek, który cieszy się coraz gorszą sławą: nadchloran amonu (AP). Oprócz negatywnego wpływu na środowisko naturalne – w szczególności powoduje on niszczenie warstwy ozonowej i powstawanie kwaśnych deszczy – AP przyczynia się również do zaburzeń pracy tarczycy. Aż 270 ton stężonego kwasu chlorowodorowego trafia do atmosfery podczas każdego startu rakiety Ariane 5. Mówi się, że ma to znikomy wpływ na środowisko w skali globalnej, ale to samo można powiedzieć o każdym zanieczyszczającym przemyśle, a zatem argument ten nie jest dobrym przykładem odpowiedzialnego podejścia do ochrony środowiska. Fakt, że obecność nadchloranu amonu stwierdzono również w europejskich warzywach, z pewnością rodzi pewne pytania. Niestety istnieje bardzo niewiele alternatyw dla AP. Inne utleniacze, takie jak dinitroamid amonu (ADN) i utleniacz azotan amonu (AN), są bardziej ekologiczne, ale nie mogą same w sobie zastąpić AP. „Nadchloran ma wiele korzystnych właściwości. Ma wysoką gęstość, spala się w odpowiedni sposób i jest stosunkowo bezpieczny w obsłudze. ADN ma bardzo wysoką wydajność, ale spala się zbyt szybko, aby można go było zastosować w dużym silniku rakietowym, podczas gdy AN spala się zbyt wolno i ma bardzo niską wydajność”, mówi dr Niklas Wingborg, wicedyrektor ds. badań w Szwedzkiej Agencji Badań Obronnych i koordynator projektu GRAIL. Pomysłem, który legł u podstaw projektu GRAIL, było wykorzystanie połączenia ADN i AN w nadziei, że znalezienie odpowiedniej mieszaniny doprowadzi do powstania ekologicznego utleniacza o właściwościach podobnych do nadchloranu amonu. Niestety, właściwości łącznie spalanych ADN i AN okazały się bardzo słabe, ale zespół postanowił obrać inną ścieżkę badawczą. „Próbowaliśmy rozwiązać ten problem przy pomocy różnych dodatków, ale bez powodzenia”, wspomina dr Wingborg. „Ustaliliśmy również, że ADN jest bardziej wybuchowy, niż się spodziewaliśmy, dlatego nie byliśmy w stanie wykorzystać go w paliwie w takiej ilości, w jakiej planowaliśmy. W rezultacie postanowiliśmy opracować paliwo bardziej ekologiczne zamiast w pełni ekologicznego. Zmieszaliśmy ADN i AP w celu uzyskania paliwa o wyższej wydajności i o 25% bardziej ekologicznego niż obecne paliwa na bazie AP”. Czy oznacza to, że wytworzenie prawdziwie ekologicznego paliwa stałego jest niemożliwe? Wydaje się, że na razie tak. Jak zauważa dr Wingborg, opracowanie całkowicie ekologicznego paliwa wymagałoby zapanowania nad właściwościami spalania ADN i AN, do czego potrzebne są dalsze badania. Wydaje się, że w najbliższej przyszłości ekologiczny napęd rakietowy będzie możliwy jedynie w oparciu o paliwa płynne. Jednocześnie jednak niektóre paliwa ciekłe, hydrazyna i jej pochodne, są ekstremalnie toksyczne. Dr Wingborg chciałby poświęcić nowy projekt zmniejszeniu toksyczności tych paliw ciekłych. W międzyczasie bardziej ekologiczne paliwo stałe GRAIL może stać się atrakcyjne dla przemysłu obronnego, gdzie można by je wykorzystać do przyszłych technologii napędu pocisków rakietowych. „Gdyby udało nam się zrealizować pierwotne założenia, zalecalibyśmy stosowanie nowego zielonego paliwa stałego w przyszłych rakietach nośnych. Jednak w projekcie GRAIL nie byliśmy w stanie stworzyć takiego paliwa, więc zalecałbym, aby w rakietach cywilnych nadal korzystać z paliwa stałego. Jeśli ze względu na kwestie zdrowotne, środowiskowe lub opinię publiczną nadchloran zostanie uznany za niedopuszczalny, wówczas radziłbym przejście na paliwa ciekłe”, podsumowuje dr Wingborg.
Słowa kluczowe
GRAIL, paliwo rakietowe, ADN, AN, nadchloran, rakieta nośna