Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) сделали значительный шаг в создании более эффективных и безопасных топлив для космоса и других высокотехнологичных отраслей. Ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы энергетики обосновали физическую модель, описывающую ключевые процессы в самовоспламеняющихся топливных системах.
Это понимание процессов взаимодействия горючего и окислителя в жидких составах станет основой для разработки новых гелеобразных топлив. Такие составы, как ожидается, превзойдут существующие по энергетическим показателям, удобству использования и экологичности.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты опубликованы в авторитетном международном журнале Acta Astronautica.
Самовоспламеняющиеся (гиперголические) топлива незаменимы там, где требуется мгновенное зажигание без внешнего источника тепла: в космических двигателях, подводных газогенераторах, системах аварийного пуска. Их главное свойство – способность воспламеняться при простом контакте компонентов, что удобно, но предъявляет высокие требования к безопасности и управляемости горения.
«В то время как существующие работы преимущественно анализируют химические составы топлив и соотношения их компонентов, наше исследование направлено на изучение изменений физических характеристик взаимодействующих элементов топливной системы, когда окислитель или горючее или оба компонента находятся в гелеобразном состоянии», — поясняет руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ольга Высокоморная.
На первом этапе ученые создали физическую модель, детально описывающую, как и в какой последовательности происходит воспламенение на примере системы «тетраметилэтилендиамин (горючее) — высококонцентрированная азотная кислота (окислитель)». В лабораторных экспериментах исследователи варьировали условия, например, высоту сброса капли топлива, чтобы учесть энергию столкновения компонентов.
Применение оригинальных методик и комплекса методов бесконтактной регистрации позволило собрать обширные данные. Эта информация станет основой для прогнозирования характеристик воспламенения в новых топливных системах с гелеобразными компонентами.
«Полученные результаты иллюстрируют фундаментальные закономерности процесса воспламенения гиперголических топлив. Их перенос на условия работы реальных энергоустановок требует тщательной проверки законов сохранения при масштабировании параметров самовоспламеняющихся систем. Это важно для поддержания управляемого, а значит безопасного и эффективного процесса горения», —подчеркивает Ольга Высокоморная.
Проект рассчитан на 2025-2026 годы. К его завершению ученые ТПУ планируют получить группу опытных образцов перспективных самовоспламеняющихся топливных систем с гелеобразными компонентами, открывающих новые возможности для аэрокосмической индустрии.
