ALICE

Moin,

die NASA und die US Air Force starteten eine Testrakete, die dank neuer Aluminium-Nanopartikel nur noch Wasser als Reaktionspartner benötigt. Auch auf Mond und Mars ließe sich das Gemisch produzieren. Der neue Raketentreibstoff *ALICE* ist ein Gemisch von nAl und Wassereis (Al + Ice).


Bild: © 2009 Dr. Steven F. Son, Purdue University/Sterne und Weltraum

Der Testflug für die neuen Treibstoff aus Aluminium-Nanopartikeln und Wassereis (Al + Ice, kurz ALICE) fand mit einer meteorologischen Höhenrakete statt. Nach wenigen hundert Metern Aufstieg landete der Flugkörper sicher an einem Fallschirm. Der Start erfolgte in der Nähe der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana, wo Forscher den neuen Treibstoff entwickelten. Die US Air Force und die NASA beteiligten sich als Geldgeber.

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Jerry

Faszinierend. Wenn sie es jetzt auch schaffen, für den bei der Reaktion von Aluminium-Nanopartikeln und Wassereis entstehenden Wasserstoff noch eine zusätzliche Sauerstoffquelle zum Treibsatz hinzuzufügen, und das direkte Verbrennen des Wasserstoffs einen zusätzlichen Beitrag zum erzeugten Schub leisten kann, wird das eine wunderbare Sache.

Gruß   Thomas

Wie sieht bei diesem Treibstoff denn die Reaktionsgleichung aus?
Al + H₂O -> AlO + H₂?

Dann könnte ein zusätzlicher Oxidator für den Wasserstoff tatsächlich interessant sein. Das Problem dürfte aber darin bestehen, dass der Oxidator auch das Aluminium oxidieren würde, und damit die ursprüngliche Reaktion flöten geht.

Interessannt... welche Ausströmgeschwindigkeit hat den dieser Treibstoff? Und wie groß ist der spezifische Impuls?

@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al₂O₃, also:
2Al + 3H₂O -> Al₂O₃ + 3H₂

Das mit dem zusätzlichen Oxidator für den freien Wasserstoff steht ja auch schon im Artikel:

Bei den bisherigen Tests verbrannte der Wasserstoff ungenutzt in der Luft. Die beteiligten Forscher der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana wollen dem Gemisch in Zukunft Stoffe beigeben, die zusätzlichen Sauerstoff erzeugen, so dass auch der Wasserstoff verbrennt und weiteren Schub liefert. Nach ersten Berechnungen könnte die Schubleistung von ALICE dann deutlich über der von bekannten Festbrennstoffen liegen.

Mehr Leistung von Festbrennstoffen? Hey, da kann Orion auf Ares I ja doch noch ein bischen schwerer werden

Wenn man ALICE bis zu den ersten Starts der bemannten Ares 1 in den Boostern hat, dann könnte man ja auch das Missionsspektrum ändern (Damit werden auch die Booster der Ares V leistungsfähiger -> Altair kann mehr Nutzlast zum Mond bringen.)

Naja, das war eher ein Scherz ... bis sowas Einsatzbereit ist dauert es ewig.

Wie hält man das Eis da drin? Wenn das Wasser in gefrorener Form im Booster ist, dann müsste man sofort nach dem Befüllen zünden, und starten, sonst tropft das Wasser raus. Oder bekommen die Booster dann Kühlaggregate eingebaut. Das würde aber doch erhebliches Mehrgewicht bedeuten.

@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al₂O₃, also:
2Al + 3H₂O -> Al₂O₃ + 3H₂

Wie müste den die Formel aussehen wenn man die 3H² noch mit verbrennen möchte?

Zitat von: sf4ever am 27. August 2009, 15:43:30

@Crest:
Aluminiumoxid gibt es nur als Al₂O₃, also:
2Al + 3H₂O -> Al₂O₃ + 3H₂

Wie müste den die Formel aussehen wenn man die 3H² noch mit verbrennen möchte?

Naja das hängt wohl recht stark damit zusammen WAS man zum Oxidieren benutzt
Also:

2Al + 3H₂O + X -> Al₂O₃ + xH₂0 + X

Aber da ja auch nicht einfach das Al wegoxidiert werden soll ist es sicher nicht so einfach.

Macht das denn einen unterschied? Im Grunde ist es doch wichtig, daß AL und H vollständig Oxydiert sind. Woher das Oxyd jewels kommt, dürfte doch letztlich egal sein, solange alles kontroliert abläuft.
Am effektivsten ist es doch sicher, wenn neben AL2O3 und H2O möglichst wenig X übrig bleibt. Oder hab ich da gerade einen Denkfehler?

Jedes Al-Atom, das durch den zusätzlichen Oxidator oxidiert wird, steht nicht mehr für die Reaktion mit dem Wasser zur Verfügung. Reagiert das Wasser nicht, gibt es keinen Wasserstoff, und damit keinen zusätzlichen Schub. Ich habe dann im Gegenteil nutzloses Wasser als Ballast mitgeschleppt.

Ich kenne mich mit Triebwerkstechnik nicht genügend aus, daher ist das Folgende reine Spekulation: Das Aluminium wird im Innenraum der Stufe verbrannt. Dort entsteht auch das Wasserstoff. Um nur den Wasserstoff zu oxidieren, müsste man den Oxidator in der Düse zugeben und dort eine Art Nachverbrennung einleiten. Frage an die Spezialisten: Würde das etwas bringen?

@sf4ever: Danke für die Korrektur. ich hatte die Formel für Aluminiumoxid nicht mehr parat.

Um nur den Wasserstoff zu oxidieren, müsste man den Oxidator in der Düse zugeben und dort eine Art Nachverbrennung einleiten. Frage an die Spezialisten: Würde das etwas bringen?

Hätte dann den Vorteil das man den Schub in gewissen Rahmen auch direkt Steuern kann. 

Würde das dann nicht den Strahl sogar evt  abbremsen statt beschleunigen? Denn die Ernergie geht ja wieder in alle Richtungen, daru kann man auch bei einem Vasimr hinten keinen Nachbrenner (z.b. LO2) einsetzen...

Denke ich

Wenn ich falsch liege bitte korrigieren

Eine Nachverbrennung fände schon noch in einer Düse statt, nicht außerhalb, wie beim Flugzeug eben auch, bzw. zwischen Brennkammer und Düse wäre eine weitere Brennstufe/kammer.

Wobei bei einem Feststoffmotor die komplette Raketenstufe die Brennkammer ist, wie zum Beispiel bei den Shuttle-Boostern. Die Nachverbrennung müsste dann also in einer zusätzlichen Kammer vor der Austrittsdüse erfolgen.

Das meinte ich ja:

zwischen Brennkammer und Düse wäre eine weitere Brennstufe/kammer

Wieviel Prozent des Treibstoffes müste man denn dan mitnehmen - wieviel könnte man eben einsparen?

Bei Benzinautos nehmen wir ja nur ~ 20 % der Masse mit, der Rest ist bekanntlich freier Sauerstoff aus der Luft...

Bei Raketen schleppt man immer 100% Treibstoff und Oxidator mit. Das sind ja eben keine luftatmenden Triebwerke.

Eine solche Technik zur Verbrennung in der Düse wurde schon von Aerojet getestet. Das ganze nennt sich Thrust Augmented Nozzle oder kurz TAN. Dabei werden allerdings Treibstoff und Oxidator in der Düse eingespritzt und verbrannt. Ich denke aber, dass es auch möglich wäre nur den Oxidator zuzuführen und mit dem Wasserstoff zu verbrennen.

Bei Raketen schleppt man immer 100% Treibstoff und Oxidator mit. Das sind ja eben keine luftatmenden Triebwerke.

Ja, aber wenn ich das richtig verstanden haben sollte,
dann nimmt man das Wasser vom Mond. Ergo Masseeinsparungen beim Launch von der Erde

Es geht nicht um Wasser, sondern Aluminium, das einen guten Anteil der Mondkruste ausmacht:
http://de.wikipedia.org/wiki/Mond#Chemische_Zusammensetzung_der_Mondkruste
 
Lass uns erst mal Wasser auf dem Mond finden ... die Chancen stehen heute (nach den asiatischen Missionen) wieder schlechter als noch vor ein paar Jahren.

Am Äquator wird es schwer sein, Wasser zu finden, da geb ich dir recht.



Wo sind die asiatischen Sonden denn eingeschlagen?


Hab mal von 'durch Sonnenwind eingelagertem Wasserstoff' gehört... Bindet sich im Gestein, gewichtsmäßig zwar klein, aber man hat dafür ja eine große Fläche



Wie will man Alu-Nanopartikel am Mond erzeugen??
Allein das herausschmelzen von ziemlich reinem Aluminium dürfte sich als technisch nicht gerade einfach erweisen...
Und dann irgendwie lasern?

Im Artikel oben wird ja geschrieben, dass Wasser und Aluminium im Sonnensystem nicht gerade selten sind und so dieses Konzept für interplanetare Antriebe dienen könnte, die ihren Treibstoff vor Ort erzeugen.
Wenn ich schon Wasser "überall" habe, wäre es dann nicht die effizientere Treibstoffkombination Wasserstoff und Sauerstoff direkt zu nutzen? Diese kryogene Kombination hat den höchsten spez. Impuls bzgl. chemischer Antriebe. Durch "Vermengung" mit Aluminium erhält man einen Feststoffantrieb. Damit habe ich hohen Schub, aber wieder mal im Allgemeinen einen bescheidenen spez. Impuls. Für Manöver im Sonnensystem ist aber normalerweise der spez. Impuls wichtiger als Schubstärke. Die spielt bei "schnellen" Manövern (also mit kleinen Zeitfenstern) eine Rolle.