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Nitrato de hidroxilamonio

El nitrato de hidroxilamonio o nitrato de hidroxilamina (HAN) es un compuesto inorgánico con la fórmula química [NH 3 OH] + [NO 3 ] − . Es una sal derivada de la hidroxilamina y el ácido nítrico . En su forma pura, es un sólido higroscópico incoloro . Tiene potencial para ser utilizado como propulsor de cohetes , ya sea como una solución en monopropulsores o bipropulsores. [1] Los propulsores basados ​​en nitrato de hidroxilamonio (HAN) son una solución viable y eficaz para futuras misiones basadas en propulsores ecológicos, ya que ofrecen un rendimiento un 50% mayor para un tanque de propulsor determinado en comparación con la hidracina utilizada comercialmente .

Propiedades

El compuesto es una sal con iones separados de hidroxiamonio y nitrato . [2] El nitrato de hidroxilamonio es inestable porque contiene tanto un agente reductor (catión hidroxilamonio) como un oxidante ( nitrato ), [3] siendo la situación análoga al nitrato de amonio . Generalmente se maneja como una solución acuosa. La solución es corrosiva y tóxica, y puede ser cancerígena. El HAN sólido es inestable, especialmente en presencia de trazas de hierro (III) .

Rutas preparatorias de laboratorio

  1. Reducción catalítica de óxidos nítricos
  2. Doble descomposición
  3. Electrólisis
  4. Hidrogenación del ácido nítrico
  5. Intercambio iónico mediante resinas
  6. Neutralización

Aplicaciones

El HAN tiene aplicaciones como componente de propulsores de cohetes , tanto en forma sólida como líquida. El HAN y la dinitramida de amonio (ADN), otro compuesto iónico energético, se investigaron como reemplazos menos tóxicos de la hidracina tóxica para cohetes monopropulsores donde solo se necesita un catalizador para provocar la descomposición. [4] El HAN y el ADN funcionarán como monopropulsores en solución de agua, así como cuando se disuelven con líquidos combustibles como el metanol .

El HAN es utilizado por el interceptor de fase de refuerzo Network Centric Airborne Defense Element que está desarrollando Raytheon. [5] Como oxidante de propulsor sólido, normalmente se une con polímero de azida de glicidilo (GAP), polibutadieno con terminación en hidroxilo (HTPB) o polibutadieno con terminación en carboxi (CTPB) y requiere precalentamiento a 200-300 °C para descomponerse. [ cita requerida ] Cuando se utiliza como monopropulsor, el catalizador es un metal noble, similar a los otros monopropulsores que utilizan plata , paladio o iridio . [ cita requerida ]

La HAN también permitió el desarrollo de propulsores sólidos que podían controlarse eléctricamente y encenderse y apagarse. [6] Desarrollados por DSSP para efectos especiales [7] y micropropulsores, estos fueron los primeros propulsores basados ​​en HAN en el espacio; y a bordo del Laboratorio de Investigación Naval SpinSat, lanzado en 2014. [8] [9]

Se utilizó en una mezcla de combustible/oxidante conocida como "AF-M315E" [1] en los motores de alto empuje de la Misión de Infusión de Propulsor Verde , [10] [11] [12] cuyo lanzamiento se esperaba inicialmente en 2015, y finalmente se lanzó y desplegó el 25 de junio de 2019. [13] El impulso específico de AF-M315E es de 257 s. [1] La solución acuosa de HAN se puede agregar con componentes de combustible como metanol, glicina , TEAN ( nitrato de trietanolamonio ) y aminas para formar monopropelentes de alto rendimiento para sistemas de propulsión espacial. [14]

En enero de 2018, la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC) lanzó una demostración de un propulsor basado en HAN a bordo de un microsatélite. [15]

El satélite de demostración de tecnología japonés Innovative Satellite Technology Demonstration-1 , lanzado en enero de 2019, contiene un propulsor de demostración que utiliza HAN y funcionó con éxito en órbita. [16] [17] [18]

El HAN se utiliza a veces en el reprocesamiento nuclear como agente reductor de iones de plutonio. [19]

Bibliografía

Referencias

  1. ^ abc Spores, Ronald A.; Masse, Robert; Kimbrel, Scott; McLean, Chris (15–17 de julio de 2013). "Sistema de propulsión GPIM AF-M315E" (PDF) . San José, California, EE. UU.: 49.ª conferencia y exposición conjunta de propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE. Archivado (PDF) desde el original el 28 de febrero de 2014.
  2. ^ Rheingold, AL; Cronin, JT; Brill, TB; Ross, FK (marzo de 1987). "Estructura del nitrato de hidroxilamonio (HAN) y el homólogo deuterio". Acta Crystallographica Sección C . 43 (3): 402–404. Código Bibliográfico :1987AcCrC..43..402R. doi :10.1107/S0108270187095593.
  3. ^ Pembridge, John R.; Stedman, Geoffrey (1979). "Cinética, mecanismo y estequiometría de la oxidación de la hidroxilamina por ácido nítrico". Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (11): 1657–1663. doi :10.1039/dt9790001657. ISSN  0300-9246.
  4. ^ Dominic Freudenmann; Helmut K. Ciezki (29 de julio de 2019). "Monopropelentes basados ​​en ADN y HAN: una minirevisión sobre compatibilidad y estabilidad química en medios acuosos". Propelentes, explosivos, pirotecnia . 44 (9). Wiley Online Library: 1084–1089. doi : 10.1002/prep.201900127 .
  5. ^ "Interceptor de fase de refuerzo". Notas de prensa . Raytheon. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2007.
  6. ^ Sawka, Wayne N.; McPherson, Michael (12 de julio de 2013), "Propulsores sólidos eléctricos: una tecnología de propulsión segura, desde micro hasta macro", 49.ª Conferencia conjunta sobre propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE , Conferencias conjuntas sobre propulsión, Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, doi : 10.2514/6.2013-4168, ISBN 978-1-62410-222-6
  7. ^ "Se anunciaron los ganadores de los premios LDI 2014". Live Design Online . 2014-11-23 . Consultado el 2019-06-19 .
  8. ^ Nicholas, Andrew; Finne, Ted; Gaylsh, Ivan; Mai, Anthony; Yen, Jim (septiembre de 2013). «SpinSat Mission Overview» (PDF) . Archivado (PDF) del original el 19 de junio de 2019.
  9. ^ "SpinSat - Misiones satelitales - Directorio eoPortal". directory.eoportal.org . Consultado el 19 de junio de 2019 .
  10. ^ "Acerca de la misión de infusión de propulsante verde (GPIM)". NASA . 2014. Archivado desde el original el 24 de abril de 2013.
  11. ^ "Misión de infusión de propulsante verde (GPIM)". Ball Aerospace. 2014. Archivado desde el original el 24 de abril de 2013.
  12. ^ Casey, Tina (19 de julio de 2013). "La NASA pone la mira en una misión de combustible ecológico de 45 millones de dólares". Clean Technica.
  13. ^ Sempsrott, Danielle (25 de junio de 2019). «Se despliega la misión de infusión de propulsor verde de la NASA». NASA . Consultado el 6 de junio de 2020 .
  14. ^ Wucherer, E.; Christofferson, Stacy; Reed, Brian (2000). Evaluación de monopropulsores HAN de alto rendimiento . 36.ª Conferencia conjunta sobre propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE. doi :10.2514/6.2000-3872.
  15. ^ 航天科技六院801所HAN 基无毒推进发动机研制攻关记 [Investigación y desarrollo de motores de propulsión no tóxicos basados ​​en HAN del Instituto 801 de la Sexta Academia de Ciencia y Tecnología Espaciales] (en chino (China)). Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China. 24 de mayo de 2019 . Consultado el 14 de mayo de 2020 .
  16. ^ "革新的衛星技術実証1号機 KIT DE PRENSA" [KOP DE PRENSA n.º 1 del vuelo de demostración de tecnología satelital innovadora] (PDF) . JAXA . Consultado el 15 de marzo de 2019 .
  17. ^ 小型実証衛星1号機 RAPIS-1 グリーンプロペラント推進系（GPRCS）世界初の軌道上 HAN系推進薬 実証！ [Pequeño satélite de demostración-1 RAPIS-1 Sistema de control de reacción de propulsor ecológico (GPRCS), el primero del mundo en -¡Demostración del sistema de propulsión HAN en órbita!] (En japonés). JAXÁ. 15 de marzo de 2019 . Consultado el 15 de marzo de 2019 .
  18. ^ Hori, Keiichi; Katsumi, Toshiyuki; Sawai, Shujiro; Azuma, Nobuyuki; Hatai, Keigo; Nakatsuka, Junichi (2019). "Propulsor verde basado en HAN, SHP163: su investigación y desarrollo y pruebas en el espacio". Propulsores, Explosivos, Pirotecnia . 44 (9): 1080–1083. doi : 10.1002/prep.201900237. ISSN  0721-3115.
  19. ^ McKibben, JM; Bercaw, JE (1 de enero de 1971). Nitrato de hidroxilamina como reductor de plutonio en el proceso de extracción por solvente PUREX (informe técnico). Du Pont de Nemours (EI) and Co., Aiken, SC Savannah River Lab. doi :10.2172/4065655. DP-1248.