Физическая модель из Томска обещает революцию в космических полётах

Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) обосновали физическую модель, которая позволит разрабатывать новые гелеобразные топлива для аэрокосмической отрасли. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-29-00637), её результаты опубликованы в журнале Acta Astronautica (Q1, IF: 3.4).

Модель описывает широкий комплекс взаимосвязанных физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии компонентов самовоспламеняющихся топливных систем. Глубокое понимание этих процессов позволит создавать топлива с более высокими энергетическими, эксплуатационными и экологическими параметрами по сравнению с применяемыми сегодня.

Гиперголические топлива находят широкое применение — от космических и подводных газогенераторов до аварийных систем запуска и двигательных установок, где требуется мгновенное воспламенение без внешнего источника энергии.

Главная особенность таких топлив заключается в способности к самовоспламенению при контакте горючего с окислителем, что делает их крайне удобными, но одновременно предъявляет высокие требования к безопасности и управляемости процессов горения.

"В отличие от большинства исследований, сосредоточенных на химическом составе топлив и соотношении их компонентов, наша работа направлена на анализ изменений физических характеристик взаимодействующих элементов топливной системы, когда окислитель или горючее, либо оба компонента находятся в гелеобразном состоянии", — поясняет руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Ольга Высокоморная.

На первом этапе учёные разработали модель, описывающую последовательность процессов воспламенения на примере взаимодействия тетраметилэтилендиамина (горючее) и высококонцентрированной азотной кислоты (окислитель). В экспериментах учитывалась энергия капель топлива в момент столкновения, для чего варьировалась высота их сброса.

Лабораторные исследования позволили собрать значительный массив данных, который станет базой для прогнозирования характеристик аналогичных процессов в системах с гелеобразными компонентами.

"Полученные результаты отражают фундаментальные закономерности воспламенения гиперголических топлив. При переносе их на реальные энергоустановки необходимо тщательно проверять соблюдение законов сохранения при масштабировании параметров. Это критично для поддержания управляемого, безопасного и эффективного процесса горения", — подчёркивает Ольга Высокоморная.

Исследование рассчитано на 2025-2026 годы. В результате команда ТПУ планирует создать группу образцов перспективных самовоспламеняющихся топливных систем с гелеобразными компонентами. В проекте участвуют сотрудники Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы энергетики ТПУ.