高速赤外線は、より安全なハイパーゴリック推進薬を明らかにします

SpaceXのクルードラゴンカプセルが最初の乗組員の任務に続いて8月にフロリダ海岸から飛び散ったとき、中の2人の宇宙飛行士はすぐにカプセルを出ることができませんでした。外部の技術者は、車両のハイパーゴリックスラスターで使用される非常に有毒な燃料であるヒドラジンからの空気中の蒸気がないことを確認する必要がありました。現在、パデュー大学の燃焼研究者は、より安全で毒性の少ないハイパーゴリック推進薬を調査しており、可視および赤外線高速カメラの両方を含む新しい技術で爆発反応を研究しています。ハイパーゴリックは、互いに接触すると即座に発火する物質です。

「ハイパーゴリックは、アポロ時代以前までずっと使用されてきました」と、パデュー大学のアルフレッドJ.マカリスター機械工学教授であり、推進剤、爆発物、花火などのエネルギー物質の専門家であるスティーブンソンは述べています。 「室温で保存でき、混合するとすぐに発火するため、極低温燃料よりも用途が広く、信頼性が高くなります。」

ロケットでのそれらの使用は十分に文書化されていますが、現在のハイパーゴリック燃料はまた、人間が取り扱うのに危険であり、環境に悪いことで有名です。他のほとんどのハイパーゴリック燃料とは異なり、アンモニアボラン（NH3BH3）は固体材料であり、通常の大気条件で安定しています。その水素密度のために、それは水素のための固体貯蔵媒体として最初に開発されました。しかし、燃焼研究者は最近、ハイブリッド推進剤の一部として使用できるハイパーゴリック特性を発見しました。

「これを現実の世界で使用する前に、その挙動を支配する基本的な燃焼科学を理解する必要があります」と、機械工学のPurdue助教授であるChrisGoldensteinは述べています。 「私たちは、燃焼プロセスを特徴づけるために、可視画像と赤外線画像を組み合わせた新しいアプローチを使用しています。」

赤外線イメージングにより、研究者は燃焼プロセス全体を通して炎の化学組成を確認できます。 「すべての分子には固有のスペクトルフィンガープリントがあります」とGoldenstein氏は述べています。 「特定の波長の光を探すことで、特定の分子が空間のどこに分布しているかを特定し、燃焼プロセスがどの程度完了しているかを知ることができます。必要な波長の多くは肉眼では見えず、赤外線イメージングがそれらを見る唯一の方法です。」

反応はわずか数ミリ秒で発生するため、研究者は毎秒少なくとも2,000フレームをキャプチャできる特殊なカメラを使用しています。高速ビデオは、注目に値する急速に拡大するグリーンフラッシュを明らかにし、ハイパーゴリック物質の力を示しています。

「私たちは通常、非常に小さなサンプルから始めます」と博士号を取得したMichaelBaierは述べています。 ZucrowLabsで実験を行っているPurdue’s School of AeronauticsandAstronauticsの学生。 「私たちはアンモニアボランのほんの少しの粉末を使用し、その上には、マイクロリットルの酸化剤（この場合は発煙硝酸）の液滴を分配する注射器があります。それでも、それはかなりビッグバンになります。これらの数ミリ秒は、点火を特徴づけるために必要なすべてのデータを提供します。」

息子は次のように述べています。「赤外線画像のおかげで、BO2信号がたくさん見られました。これは私たちにとって驚きでした。これは、アンモニアボランが従来のホウ素燃料よりもさらに優れた完全燃焼を達成していることを示しています。」

アンモニアボランは、従来のヒドラジンベースのハイパーゴリックよりも毒性が低い可能性がありますが、すべてのエネルギー物質と同様に、使用するのは依然としてかなり危険です。しかし、Zucrow Labsは、1948年以来推進技術を研究しており、エネルギー物質を研究するための設備が整っている、学界で数少ない研究所の1つです。