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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
ロケット推進用途の実験室における高試験過酸化物の調製。.

(画像はイメージです)

高濃度過酸化水素(HTP)は、高濃度の過酸化水素(H₂O₂)溶液(通常85~98%)で、ロケットの推進剤として使用されます。通常、銀または白金などの触媒を通過すると、急速に分解して高温の蒸気と酸素の混合物になります。この高温ガスはノズルを通して噴射され、推力を発生させ、ロケット、魚雷、および姿勢制御システムの動力源となります。

HTPを単一推進剤として使用する技術は、1930年代にドイツのエンジニア、ヘルムート・ヴァルターによって開拓されました。彼は第二次世界大戦中に潜水艦や魚雷に使用された「ヴァルター推進装置」を開発しました。この原理は、H₂O₂の非常に発熱性の高い触媒分解に基づいています。典型的な触媒パックは、銀メッキされたニッケルスクリーンで構成されています。液体HTPがパックを通過すると、ほぼ瞬時に分解します。反応[latex]2 H_2O_2(l) rightarrow 2 H_2O(g) + O_2(g)[/latex]は大量のエネルギーを放出し、生成された蒸気と酸素を600℃(1112°F)以上に加熱します。この高温ガスの急速な膨張は、ロケットノズルを通して送られると、大きな推力を生み出します。 HTPを単一推進剤として使用した場合の比推力は約150~160秒で、二元推進剤に比べると控えめですが、ヒドラジンなどの代替品に比べて、構造がシンプルで保管しやすく、毒性も低いという利点があります。このシステムはタンク1つとシンプルなバルブ、触媒床のみで済むため、宇宙船の姿勢制御のための反応制御システム(RCS)などの用途にも信頼性があります。HTPは二元推進剤システムの酸化剤としても使用でき、灯油やエタノールなどの燃料とともに燃焼室に注入することで、より高い比推力を得ることができます。

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
  • 触媒、特に貴金属を用いた触媒の開発
  • 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
  • basic principles of newton’s third law of motion

アプリケーション

  • v-2 rocket turbine fuel pump
  • 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

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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。)

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