1. Актуальность исследования каталитических свойств теплозащитных покрытий связана с разработкой перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов, для которых разрабатываются новые материалы, обеспечивающие тепловую защиту при температурах поверхности около 2000 K. При гиперзвуковом обтекании гетерогенные каталитические процессы определяют более половины потока тепла к поверхности тела. До настоящего времени гетерогенные каталитические процессы на теплозащитных покрытиях космических аппаратов остаются недостаточно изученными как в теоретическом, так и в экспериментальном плане [1-2]. Лучше понять механизм гетерогенных каталитических процессов, проанализировать их элементарные стадии и оценить влияние пространственной структуры поверхностного слоя на каталитические явления позволили новые подходы, основанные на квантовой механике и молекулярной динамике [3-5]. Их использование стало возможным в связи с развитием современной суперкомпьютерной техники. В работе анализируются и проводятся новые результаты исследований, посвященных указанной проблеме.

2. Водород является высокоэффективным и экологически чистым энергоносителем. Эффективным способом хранения водорода является хранение его в адсорбированном состоянии углеродными нанотрубками, которые химически стабильны, имеют большую площадь поверхности, незначительную массу и сравнительно недороги.

В работе разработан эффективный метод прямого численного моделирования и проведено молекулярно-динамическое моделирование процессов физической адсорбции водорода в массиве углеродных нанотрубок при температурах 80?300К. Найдена оптимальная геометрия пучка для адсорбции [6,7].

Обнаружено, что внутри массива водород группируется слоями, которые могут пересекаться, накладываться друг на друга. Расчеты показали, что относительное массовое содержание водорода растет с увеличением расстояния между трубками g и выходит на значение для массива из далеко расположенных трубок (Рис.4). Плотность водорода в системе имеет максимум при . В этой точке при p=50атм плотность примерно в 2.4 выше, чем при хранении водорода в газообразном состоянии при той же температуре и давлении. Таким образом, при заданном объеме хранилища масса запасенного водорода будет в 2.4 раза больше, чем при хранении без использования наноструктур при тех же условиях.

Расчеты также показали, что при комнатной температуре величины относительного массового содержание и плотности водорода ниже, чем соответствующие значения для водорода в газообразном состоянии при тех же условиях.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект N 08-01-00230 a). Расчеты проводились на СКИФ-МГУ "Чебышёв".

[1] Ковалев В.Л. Гетерогенные каталитические процессы в аэротермодинамике // М.: Физматлит, 2002. 224 c.
[2] Ковалев В.Л., Крупнов А.А. Влияние образования оксида азота в гетерогенных каталитических реакциях на тепловые потоки к поверхности многоразовых космических аппаратов //Вестник Московского университета. Сер. 1. Математика. Механика. N 1, c. 31-36 (2004).
[3] Ковалев В.Л., Погосбекян М.Ю. Моделирование гетерогенной рекомбинации атомов на теплозащитных покрытиях космических аппаратов методами молекулярной динамики // Известия РАН. МЖГ, № 4, с. 176-183 (2007).
[4] Ковалев В.Л., Крупнов А.А., Погосбекян М.Ю., Суханов Л.П. Моделирование гетерогенной рекомбинации атомов кислорода на поверхности Al2O3 методами квантовой механики и молекулярной динамики// Международный форум по нанотехнологиям, 3-5 декабря 2008, Москва, Россия. //Сборник тезисов докладов научно-технологических секций, т. 2, с. 229-230 (2008).
[5] Ковалев В.Л., Погосбекян М.Ю. Анализ каталитических свойств теплозащитных покрытий ? - кристаболита и SIC// Вестн. Моск. Ун-та. Сер.1, Математика. Механика. № 2, с. 44-49 (2009).
[6] Ковалев В.Л., Якунчиков А.Н. Прямое численное моделирование адсорбции водорода углеродными наноструктурами. Международный форум по нанотехнологиям, 3-5 декабря 2008, Москва, Россия.
[7] Ковалев В.Л., Якунчиков А.Н. Моделирование адсорбции водорода в углеродных нанотрубках. // Известия РАН. МЖГ. 2009. № 3. С. 160-164.