Metal organic frameworks as hypergolic additives for rocket propulsion

金属有机骨架作为火箭推进的自燃添加剂

• 批准号: 567039-2021
• 负责人: Robert, Etienne
• 金额: $ 1.46万
• 依托单位: École Polytechnique de Montréal
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Alliance Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=721562
• 关键词: Metal; organic; frameworks; hypergolic; additives

A new space race is currently underway, motivated by two emerging sectors: space tourism and the launching of small satellites. This second sector is now a burgeoning market as progress in sensing and electronic technologies have enabled a plethora of small companies to develop compact and light satellites for telecommunication, agriculture monitoring and natural disaster relief applications. For such small satellites, hybrid orbital launchers could be a very attractive option. In a hybrid rocket engine, the fuel is solid and the oxidizer is liquid or gaseous. The present project aims to develop novel fuel formulations for hybrid rockets that lower the cost and environmental impact of launches. The approach investigated is based on the use of a high regression rate fuel matrix such as paraffin, in which additives are used to modify energetic and rheological properties. Among others, polymers will be used to control the viscosity of the melted fuel and Metal-Organic Frameworks (MOFs) to enable hypergolicity, the ability of the fuel to ignite spontaneously upon contact with the oxidizer. The proposed research is essential to allow hybrid rocket engines to compete in terms of propulsive performance with more complex liquid-fueled engines used in large scale orbital launchers. Such small-scale orbital launchers based on hybrid and hypergolic engines have the potential to be much simpler mechanically, decreasing costs and risks associated with launching payloads to space and better meeting the needs of small-scale satellite operators in terms of orbit flexibility. These technologies enable the development of Canadian orbital launching systems, such as those of our industrial partners, starting at the small scale. As a result, access to space will become possible locally for Canadian companies developing small satellites, allowing them to get their payloads to orbit quicker, cheaper and with more flexibility compared to ride-sharing.#(cr)#(lf)Le projet permettra l'étude de nouveaux carburants et additifs pouvant être utilisés dans les moteurs de fusées hybrides. De nouvelles formulations de carburants à base de paraffine, de polymères et de metal-organic frameworks (MOFs) permettront de réduire l'utilisation de composés toxiques utilisés dans l'industrie ainsi que d'augmenter les performances de ces moteurs.Démocratiser l'accès à l'espace est présentement l'objectif de nombreuses compagnies, motivées par deux secteurs émergeants : le tourisme spatial et le lancement de petits satellites. Pour ce deuxième secteur, un marché important existe pour de petits lanceurs orbitaux, pour lesquels la technologie de propulsion hybride est prometteuse. Dans un moteur de fusée hybride, le combustible est solide et le comburant est liquide ou gazeux. Le présent projet vise le développement de combustibles pour fusées hybrides permettant de diminuer le coût et l'impact environnemental des lancements. L'approche préconisée est d'utiliser une matrice de carburant à haut taux de régression telle que la paraffine et d'en modifier les propriétés rhéologiques et énergétiques à l'aide d'additifs. Entre autres, des polymères seront étudiés pour contrôler la viscosité du combustible fondu et des Metal-Organic Frameworks (MOFs) pour lui conférer la propriété d'hypergolicité, l'allumage spontané au contact de l'oxydant. La recherche proposée est essentielle pour permettre aux moteurs hybrides d'avoir des performances propulsives comparables aux complexes moteurs à propulsion liquide utilisés dans les lanceurs de grande taille. Des lanceurs orbitaux basés sur ces technologies ont le potentiel d'être plus simples mécaniquement, donc moins coûteux et plus versatiles pour répondre aux besoins des opérateurs de satellites de petite taille.

目前，一场新的太空竞赛正在兴起，其推动力是两个新兴领域：太空旅游和小型卫星发射，随着传感和电子技术的进步，众多小公司能够开发紧凑型和轻型卫星，第二个领域现已成为一个新兴市场。对于电信、农业监测和自然灾害救援应用的卫星来说，混合轨道发射器可能是一个非常有吸引力的选择，在混合火箭发动机中，燃料是固体，氧化剂是液体或气体。发展小说降低发射成本和环境影响的混合火箭燃料配方 该方法基于使用石蜡等高回归率燃料基质进行研究，其中使用添加剂来改变聚合物的能量和流变特性。将用于控制熔融燃料和金属有机框架（MOF）的粘度，以实现自燃性，即燃料在与氧化剂接触时自燃的能力。对于让混合火箭发动机在推进性能方面与大型轨道发射器中使用的更复杂的液体燃料发动机竞争至关重要，这种基于混合和自燃发动机的小型轨道发射器有可能在机械上更加简单，从而降低成本。这些技术使加拿大轨道发射系统（例如我们的工业合作伙伴的轨道发射系统）从小规模开始发展。结果，访问对于开发小型卫星的加拿大公司来说，本地太空将成为可能，与拼车相比，它们能够更快、更便宜、更灵活地将有效载荷送入轨道。#(cr)#(lf)Le projet permettra l'étude de nouveaux carburants这些添加剂可用于混合动力汽车的新配方，以石蜡为基础的增碳剂。金属有机框架（MOF） 金属有机框架（MOF）公司，两个新兴领域的动机：空间旅游和小卫星的发展。增碳剂矩阵的预使用方法与石蜡等的回归问题修饰符 les proprietés rhéologiques et énergétiques à l'aide d'additifs。 l'allumage spontané au contact de l'oxydant. d'être plus simples mécaniquement，donc moins coûteux et plus Versatiles pour répondre aux besoins des opérateurs de petite taille.