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高濃度過酸化物をロケット燃料の単一推進剤として用いる

1934
  • Hellmuth Walter
High-Test Peroxide preparation in a laboratory for rocket propulsion applications.

(画像はイメージです)

High-Test Peroxide (HTP), a highly concentrated solution of H₂O₂ (typically 85-98%), is used as a monopropellant in rocketry. When passed over a 触媒, usually silver or platinum, it rapidly decomposes into a high-temperature mixture of steam and oxygen. This hot gas is then directed through a nozzle to generate thrust, powering rockets, torpedoes, and reaction control systems.

The use of HTP as a monopropellant was pioneered by the German engineer Hellmuth Walter in the 1930s. He developed the “Walter-Antrieb” (Walter drive) which was used in submarines and torpedoes during World War II. The principle is based on the highly exothermic catalytic decomposition of H₂O₂. A typical 触媒 pack consists of silver-plated nickel screens. As the liquid HTP flows through the pack, it decomposes almost instantaneously. The reaction [latex]2 H_2O_2(l) \rightarrow 2 H_2O(g) + O_2(g)[/latex] releases a significant amount of energy, heating the resulting steam and oxygen to over 600 °C (1112 °F). This rapid expansion of hot gas, when channeled through a rocket nozzle, produces significant thrust. The specific impulse of HTP as a monopropellant is around 150-160 seconds, which is modest compared to bipropellants but offers advantages in simplicity, storability, and lower toxicity compared to alternatives like hydrazine. The system requires only one tank and a simple valve and catalyst bed, making it reliable for applications like reaction control systems (RCS) for spacecraft attitude control. HTP can also be used as an oxidizer in bipropellant systems, where it is injected into a combustion chamber with a fuel like kerosene or ethanol, producing a higher specific impulse.

HTPの取り扱いには細心の注意が必要です。HTPは強力な酸化剤であり、多くの有機物と自然発火する可能性があります。汚染によって制御不能な分解が引き起こされ、圧力爆発、すなわち蒸気爆発(VE)と呼ばれる現象が発生する恐れがあります。こうした危険性にもかかわらず、その優れた性能と比較的シンプルな構造により、航空宇宙や海軍など様々なニッチな分野でHTPが利用されています。

UNESCO Nomenclature: 3301
航空学。宇宙航行学

タイプ

化学プロセス

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • 過酸化水素の発熱分解の発見
  • 開発 catalysis, particularly with precious metals
  • 熱エネルギーを運動エネルギーに変換するデ・ラバルノズルの発明
  • ニュートンの基本原理 第三法則 動き

アプリケーション

  • V-2ロケットタービン燃料 ポンプ
  • ブラックナイトロケット
  • ソユーズ宇宙船の姿勢制御スラスタ
  • ベルロケットベルト(ロケットパック)
  • イギリスのマーク12「ファンシー」のような魚雷の推進装置

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • 3d-printed catalyst beds with optimized geometries for improved decomposition efficiency
  • hybrid rocket engines using HTP as the oxidizer with a solid fuel grain like ABS plastic
  • “green” satellite propulsion systems replacing toxic hydrazine
  • jetpacks for personal flight with improved stability and endurance
  • compact power generation units for off-grid or emergency use (APUs)
  • underwater welding and cutting tools powered by the heat of HTP decomposition
  • high-speed subterranean drilling technologies using HTP to fracture rock
  • advanced fire-fighting equipment that uses HTP to generate high-pressure water mist
  • reusable launch vehicle systems employing HTP for main propulsion or attitude control
  • closed-cycle underwater propulsion that consumes its own exhaust products
関連キーワード:高濃度過酸化物、HTP、単一推進剤、ロケット、ヘルムート・ヴァルター、触媒、推力、蒸気、酸素、比推力。

歴史的背景

高濃度過酸化物をロケット燃料の単一推進剤として用いる

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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