火箭推进系统中,液体火箭引擎常使用的一种液态推进剂是剧毒联氨,随着太空科技发展,每年约有12,000吨致癌推进剂释放到大气。加拿大麦基尔大学团队现在开发出燃烧效率相当,但更安全、更干净的液体火箭燃料,由金属有机框架(MOF)材料组成。
火箭喷射推进系统依照氧化剂的来源不同,可分为火箭发动机(Rocket motor)与吸气式发动机(air breathing engine)两种,火箭发动机的种类又包含:化学火箭、电力火箭、核能火箭、太阳能火箭等,而目前,运载火箭、太空飞行器、飞弹最常使用的动力推进引擎,是化学火箭中的液体火箭发动机。
液态火箭引擎的工作原理为燃料与氧化剂进入燃烧室燃烧后,产生大量极热气体,这些气体膨胀并从喷嘴喷出、不断加速,产生推力使火箭得以冲向外太空。如果在外太空航行,采用可以多次启动的液体火箭燃料最方便,只要简单的将燃料和氧化剂以可控速率送入燃烧室,火箭就能得到需要的推力,当然,也可以完全停止推进。
而液体火箭引擎最常见的推进剂,是常态下呈无色油状液体的联氨(hydrazine)与四氧化二氮组合。可惜,联氨毒性极高,刺激皮肤会造成严重灼伤、刺激眼睛恐造成失明,进入体内会引起恶心感、呕吐和中枢神经系统症状(如嗜睡、运动障碍、共济失调、麻木等),WHO国际癌症研究机构将之列为可能致癌物。
来自加拿大麦基尔大学与英国伯明翰大学的研究人员指出,就算保护措施做得再好,每年仍约有12,000 吨致癌推进剂被释放到大气中,因此有必要寻找替代燃料,现在,团队已经制造出可行的干净推进剂:使用乙炔或乙烯作为液态火箭引擎的氧化剂,可以诱发锌─钴─镉金属有机框架(MOF)材料自燃,团队目前总共创造了6 种MOF燃料。
新的替代燃料比目前使用的联氨燃料更安全、更干净,并且燃烧效率也快,虽然目前还处于实验室早期阶段,但麦基尔大学化学系教授Tomislav Friščić 说,这项技术有机会商业化。 新研究发布在《科学前缘》(Science Advances)期刊。