推进剂技术仍然是现代推进系统中的核心挑战。人们对多功能、可控推进剂越来越感兴趣，这类推进剂通过定制配方和功能性添加剂实现了变推力能力，适用于导弹机动、轨道转移、巡航推进和太空推进等场景[[1], [2], [3]]。
目前报道的可控推进技术概念包括电控推进[4,5]、光驱动推进[[6], [7], [8]]、霍尔效应推进器[9,10]以及场发射电推进（FEEP）[11,12]。作为航天器和现代热武器的主要能源，推进剂系统仍然面临着高能量密度与精确、可扩展推力控制之间的基本权衡，这限制了其进一步发展[13]。现有的可控推进系统依赖于外部电源和笨重的支持设备，主要应用于推力较低且对成本要求较高的太空应用。为了扩大实际应用范围，本研究探索了利用紧凑型被动永磁体产生的磁场来调节推进剂燃烧，通过改变推进剂中响应颗粒的行为来实现这一目标。这种方法能够在对现有硬件进行最小改动的情况下实现高效、低占用的燃烧控制。
几十年来，人们一直在研究磁场对燃烧现象的影响。关于磁场对推进剂燃烧影响的研究可以追溯到20世纪70年代。尽管尝试了多种将磁场应用于不同推进剂配方的方法，但观察到的效果通常很小，仅略高于测量不确定性[14,15]。后来关于磁场对燃烧影响的研究主要集中在等离子体-磁场相互作用上，例如，研究人员[16,17]发现非均匀磁场会将氧气导向较弱区域，从而增强燃烧；而均匀磁场则会改变火焰等离子体动力学，在磁场附近促进燃烧，在远离磁场的地方抑制燃烧。近年来，人们重新关注了磁场在推进剂燃烧中的作用。研究人员[[18], [19], [20]]发现施加的磁场可以调节质量-燃烧速率和产物流动，并可能增加近表面压力和反应物种浓度，尽管这些结果主要是理论上的。后续实验表明，在向羟基封端的聚丁二烯（HTPB）中加入磁响应流体并施加恒定磁场后，燃烧室压力增加了25–60%，同时燃烧得到了显著增强。他们的分析将这种增强归因于磁场诱导的氧气向燃烧表面的重新分布以及铝颗粒聚集的减少。
尽管先前的研究表明磁场可以影响燃烧，但对其机制及其对推进剂燃烧影响的系统研究仍然很少。深入理解这种耦合对于推进可控燃烧和开发变推力推进技术至关重要。同时，磁性颗粒在外部场下的行为也成为了一个活跃的研究领域。这类颗粒的运动和相互作用特性已经应用于多种场景，包括靶向药物输送[[21], [22], [23]]、溶液中的微尺度混合[24,25]，以及基于磁性载体的特定物质分离和纯化[26,27]。对于某种磁性材料而言，其颗粒间的相互作用强烈依赖于所施加的磁场。研究表明，在某些条件下，均匀磁场可以诱导磁性偶极子之间的强烈相互作用。这些相互作用受到磁场特性、周围介质和偶极子本身的共同影响。因此，即使在含有非磁性颗粒的系统中，偶极子也可能沿着磁场方向自组装[28]。
在推进剂系统的背景下，磁性颗粒的行为类似于磁流变流体（MRF）中的颗粒，其中磁场的应用通过场诱导的颗粒相互作用改变了流体的物理性质。王等人[30]使用工业X射线计算机断层扫描技术研究了MRF的内部微观结构，发现随着磁场强度的增加，磁性颗粒的链状排列变得更加明显。在相同的磁场条件下，较高的颗粒体积分数也会增强链状结构的形成。他们的观察表明，在12 mT的磁场强度和30%的颗粒体积分数下，颗粒链长度超过了10 mm，足以跨越容器直径并形成密集的簇状结构，且随着磁场强度的增加而进一步压缩。值得注意的是，对于高颗粒浓度的MRF，颗粒链长度随磁场强度的增加而显著增加。这种自组装行为改变了MRF的物理和微观结构特性，表明类似的效应也可能发生在含有磁性颗粒的推进剂中。因此，提出的磁场辅助控制推进剂燃烧的研究在物理上合理且在实验上是可行的。
在这项工作中，通过添加磁性功能铁基纳米球（MFIS）颗粒，开发了一种对磁场响应的基于硝基甲烷（NM）的凝胶推进剂，并使用专门的恒定磁场测试系统评估了在不同磁场配置和颗粒负载下的燃烧情况。实验表明，MFIS颗粒在燃烧过程中会受到磁牵引作用，并在燃烧表面附近聚集，从而改变局部热量和质量传递，实现磁场依赖的燃烧控制。在N52永磁体中心通孔产生的磁场作用下，推进剂的燃烧速率从1.072 mm/s降低到0.521 mm/s（减少了51.4%，n = -2.058），表明磁场可以根据方向和强度强烈抑制燃烧。这些结果为磁场辅助燃烧调节提供了新的见解，并为变推力推进技术指出了实用途径。
