Ученые Томского политеха разработали модель, которая поможет создавать новые виды гелеобразного топлива для аэрокосмической отрасли. Она описывает, что происходит, когда компоненты самовоспламеняющегося топлива взаимодействуют друг с другом. Если разобраться в этих процессах для жидких смесей, можно сделать топливо лучше — мощнее, удобнее в использовании и экологичнее.

Исследование поддержал Российский научный фонд, а результаты опубликовали в журнале Acta Astronautica.

Самовоспламеняющиеся топлива (гиперголики) применяют в космических двигателях, подводных системах и аварийных стартовых установках — там, где горючее должно загораться мгновенно, без внешнего нагрева. Их главный плюс — они вспыхивают сами при смешивании окислителя и горючего. Но это же делает их опасными: процесс должен быть полностью контролируемым.

Гиперголическое топливо — смесь горючего и окислителя, которая воспламеняется сама при их контакте, без искры или нагрева. Пример: гидразин и азотная кислота.

«Большинство исследований сосредоточены на химическом составе топлива, а мы изучаем, как меняются физические свойства, когда один или оба компонента — не жидкость, а гель, — объясняет Ольга Высокоморная, руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ.

Ученые начали с моделирования воспламенения на примере тетраметилэтилендиамина (горючее) и концентрированной азотной кислоты (окислитель). В лаборатории они сбрасывали капли топлива с разной высоты, чтобы понять, как энергия удара влияет на процесс.

Эксперименты дали много данных — теперь можно предсказывать, как будут вести себя гелиевые аналоги.

Мы выяснили фундаментальные закономерности, но для реальных двигателей нужно проверить, как эти процессы масштабируются. Иначе горение станет неуправляемым, — добавляет Высокоморная.

Грант рассчитан на 2025–2026 годы. В итоге ученые планируют создать несколько образцов гелевых топливных систем. В работе участвуют специалисты по энергетике и физике высокоэнергетических процессов ТПУ.

Польза исследования

• Безопасность — гелевые топлива менее текучи, чем жидкие, а значит, снижается риск утечек и случайного воспламенения.
• Эффективность — можно точнее дозировать компоненты и контролировать горение.
• Экология — если удастся заменить токсичные компоненты (например, гидразины), это сократит вредные выбросы.
• Гибкость — гели можно адаптировать под разные задачи, от малых спутников до аварийных систем.

Главный вопрос — как поведет себя гель в реальных условиях: при вибрациях, перепадах температур и длительном хранении. Лабораторные испытания часто идеализированы, а в космосе или под водой топливо столкнется с куда более жесткими нагрузками.

Ранее мы опубликовали 10 инноваций в аэрокосмической отрасли.