Сага о ракетных топливах

в 17:54, , рубрики: космонавтика, ракетные топлива, ракетостроение, транспорт будущего, физика, химия, Читальный зал

image

Тема флэймоопастна, тем более:«… и нет ничего нового под солнцем» (Экклизиаст 1:9).
Однако попробую.
Классификация химических топлив для ракетных двигателей (общепринятая):
image

Часть №1- топлива для ЖРД или жидкие ракетные топлива.

Глоссарий

ЖРД(РД)-жидкостный ракетный двигатель.
ХРТ-химическое ракетное топливо.
ЖРТ-жидкие ракетные топлива.
ТНА-турбонасосный агрегат.
КС- камера сгорания.
Удельный импульс (Iуд).
Реактивная тяга (Р или Fр).
КМ-конструкционные материалы.
О-окислитель.
Г-горючее.
Ракетное топливо (ТК, что бы не путать с РТ, см.ниже)-вещество, подвергающееся химическим, ядерным или термоэлектрическим реакциям в ракетном двигателе, для создания его тяги.
Рабочее тело (РТ)-вещество, с которым происходят различные физико-химические преобразования внутри РД, составляющие его рабочий процесс.
Химическое топливо (классификация).
Стехиометрическое соотношение компонентов топлива (Km0)(подробнее-кликнуть)-отношение массы окислителя к массе горючего при стехиометрических реакциях.
Состав топлива-горючая и негорючая части (в общем случае).
Виды топлив(в общем случае).

image

Начну вещать с Km0. Это соотношение очень важно для РД: топливо может гореть по-разному в РД (это не обычное горение дров в камине, где в качестве окислителя выступает кислород воздуха). Горение топлива в камере ракетного двигателя – это, в первую очередь, химическая реакция окисления с выделением тепла. А протекание химических реакций существенно зависит от того, сколько веществ (их соотношение) вступает в реакцию.
Как засыпаться на защите курсового проекта, экзамена или сдаче зачёта.

Значение Km0 зависит от валентности, которую могут проявлять химические элементы в теоретической форме уравнения химической реакции. Пример для ЖРТ: АТ+НДМГ.

Важный параметр-коэффициент избытка окислителя (обозн. греческой "α" с индексом «ок.») и массовое соотношение компонентов Kм.
Kм=(dmок./dt)/(dmг../dt), т.е. отношение массового расхода окислителя к массовому расходу горючего. Он специфичен для каждого топлива. В идеальном случае представляет собой стехиометрическое соотношение окислителя и горючего, т.е. показывает сколько кг окислителя нужно для окисления 1 кг горючего. Однако реальные значения отличаются от идеальных. Соотношение реального Kм к идеальному и есть коэффициент избытка окислителя.
Как правило αок.<=1. И вот почему. Зависимости Tk( αок.) и Iуд.( αок.) нелинейны и для многих топлив последняя имеет максимум при αок. не при стехиометрическом соотношении компонентов, т.е макс. значения Iуд. получаются при некотором снижении количества окислителя по отношению к стехиометрическому.

Требования к ЖРТ:
1. Требования с точки зрения термогазодинамики.
2. Конструкторские.
3. Эксплуатационные.

Эти требования классический пример «Лебедь рак и щука», которые тянут в разные стороны:

*С точки зрения термогазодинамики ЖРД, для получения макс. Iуд необходимо, что бы: молекулярная масса продуктов сгорания была минимальной, максимальным было удельное теплосодержание.

*С точки зрения конструктора топливо должно:
иметь максимальную плотность, особенно на первых ступенях. Это требование очевидно не согласуется со стремлением к минимальной молекулярной массе.
image
*С точки зрения эксплуатации:
— топливо должно быть химически стабильным;
— желательно, что бы хранение и заправка топлива не вызывали особых проблем;
image

— минимальная взрывоопасность топлива;
image
— минимальная токсичность как самого топлива, так и продуктов сгорания;
— минимальная стоимость и освоенная технология производства.

Ещё влезают сюда дополнительные требования, из-за которых следует искать КОНСЕНСУСЫ и КОМПРОМИСЫ:
— хотя бы один компонент должен иметь хорошие свойства как охладителя. Это необходимо из-за того, что надо же чем то охлаждать КС.
image

— желательно, что бы один из компонентов топлива был хорошим рабочим телом для турбины ТНА;
image

— большое значение имеет давление насыщенных паров (это грубо говоря давление при котором жидкость начинает кипеть при данной температуре). Этот параметр сильно влияет на разработку насосов и вес баков.
image

— минимальная агрессивность к КМ ЖРД. В противном случае приходится принимать специальные меры для защиты конструкции от топлива.
image

--самовоспламеняемость компонентов иногда нужна, иногда вредна. Бывает ещё, что и взрываются.

*
С точки зрения эксплуатации:
— топливо должно быть химически стабильным;
— желательно, что бы хранение и заправка топлива не вызывали особых проблем;
image

— минимальная взрывоопасность топлива;
— минимальная токсичность как самого топлива, так и продуктов сгорания;
image

— минимальная стоимость и освоенная технология производства.

Как видно требований много и зачастую они противоречив.
Очень большое значение для ЖРД РН имеет плотность топлива. Если объяснять на пальцах, то для первых ступеней выгоднее использовать топливо пусть и с меньшим Iуд, но с большей плотностью. Это объясняется тем фактом, что расход ЖРД первой ступени выше, чем последующих (массу надо поднимать большую).
image

Поэтому приоритетной становится задача снижения объемов, а значит и массы баков 1-й ступени. Поэтому на 1-х ступенях практически всегда используют керосин (Saturn V, РН «Энергия»), который хоть и уступает тому же водороду по удельному импульсу, но значительно превосходит его по плотности. На более высоких ступенях на первое место выходит Iуд.

Классификация ЖРТ-чаще всего по давлению насыщенных паров или температуре тройной точки, а проще говоря температуре кипения при нормальном давлении.

— высококипящие компоненты ЖРТ. Это вещества, у которых при максимальной эксплуатационной температуре в баках давление насыщенных паров значительно ниже допустимого уровня давления в баках по прочности. Например керосин, НДМГ, азотная кислота. Их можно хранить не прибегая к особым ухищрениям по охлаждению баков. Это долгохранимые ТК.
— низкокипящие компоненты ЖРТ. У них давление насыщенных паров близко к максимально допустимому в баках по условиям прочности. Хранить их в герметичных баках без принятия специальных мер по охлаждению и возврату конденсата нельзя. Примеры таких компонентов — аммиак, пропан, тетраоксид азота.
— криогенные компоненты ЖРТ. У них температура критической точки значительно ниже эксплутационной. Т.е. температура кипения весьма и весьма низкая. Хранить их в герметичных баках нельзя. Как правило это жидкие газы-кислород и особенно водород. При заправке необходимо принимать специальные меры по предварительному захолаживание топливных магистралей. Часто для уменьшения потерь приходится покрывать магистрали теплоизоляцией.
Например РД-0120 (водород-кислород):
image

Видно, что ЖРД снаружи (арматура) полностью залит теплоизоляционным материалом.

По взаимодействию компонентов при контакте различают самовоспламеняющиеся(СТК), ограниченно-самовоспламеняющиеся (ОСТК) и несамовоспламеняющиеся ТК (НТК).

СТК: если при контакте окислителя и топлива в жидком состоянии они воспламеняются (во всем диапазоне эксплуатационных давлений и температур).
Это свойство хорошо с точки зрения упрощения системы поджига, но очень плохо когда компоненты могут подтечь где-нибудь в другом месте, а не в форсуночной головке.
пример: АТ+НДМГ.
ОСТК: для самовоспламенния которых нужно принимать специальные меры.
Несамовоспламеняющиеся топлива требуют поджига-«классические» пары керосин+кислород и водород+кислород.
НТК: всё ясно без слов.Требуется либо катализатор, либо постоянный поджиг (или температура и/или давление и т.д.), либо третий компонент. Идеальны для «протечек» и транспортировки.

По количеству компонентов ЖРТ разделяют на 1 компонентные топлива и 2-х компонентные (иногда бывает еще и 3-й вспомогательный компонент). Трёх компонентные ХРТ в разработке. Как правило такие ЖРД наз многотопливными, но пока их не так уж и много.

В качестве однокомпонентных топлив используют вещества, которые разлагаются в КС или газогенераторе, в большинстве случаев каталитически. Они обладают умеренным Iуд. и больше всего используются либо в ЖРД малой тяги (ДУ ориентации и т.д.) либо для привода ТНА.
image

Walter HWK 109-507: преимущества в простоте конструкции ЖРД. Яркий пример такого топлива-перекись водорода.

Двухкомпонентные топлива состоят из окислителя и горючего.
image

ЖРД Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: двухкомпонентный ЖРД (H2O2+керосин).

Окислители.

Кислород.

Химическая формула — О2 (американское обозначение LOX).
Молекулярный вес — 32.
Плотность — 1140 кг/м^3
Температура кипения — 90,16 К

Самый простой и давно используемый окислитель. Имеет приемлемую плотность. Используется практически со всеми горючим, при этом удельный импульс удовлетворяет большинство потребителей:

LOX-керосин: 2930 м/с
LOX-НДМГ: 3040 м/с
LOX-H2: 3840 м/с

Очень низкая коррозионная активность. Производство давно освоено, стоимость небольшая — менее $0,1 (по моему дешевле литра молока в разы).
Недостатки:
Криогенный-необходимо захолаживание и постоянная дозаправка для компенсации потерь перед стартом.
image

На фото: створки защитных устройств заправочного автостыка керосина (ЗУ-2), за 2 минуты до окончания циклограммы при выполнении операции ЗАКРЫТЬ ЗУ из-за обледенения не полностью закрылись. Одновременно из-за обледенения не прошел сигнал о съезде ТУА с пусковой установки. Пуск проведен на следующий день.

Трудно использовать в качестве охладителя.
image

Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте.

В перспективе рассматривается использования переохлажденного кислорода либо кислорода в шугообразной форме, т.е. взвеси твердого кислорода в жидком. Это необходимо для увеличения плотности.
image

Пример Р-9А: в качестве окислителя в ракете впервые было решено использовать переохлажденный жидкий кислород, что позволило уменьшить общее время подготовки ракеты к пуску и повысить степень ее боеготовности.

Озон-O3
image

Молекулярный вес — 48.
Плотность — 1700 кг/м^3
Температура кипения — 161,66 К

Одно время фигурировал как перспективный. Имеет более высокую плотность, температуру кипения и удельный импульс, чем O2. Но нестоек-может взорваться, более химически активен, т.е. агрессивен, токсичен.

Азотные окислители
Азотная кислота

HNO3
Молекулярный вес — 63,016
Плотность — 1510 кг/м^3
Температура кипения — 359 К

Относится к долгохранимым компонентам. Довольно распространена на военных ЖРД. Исторически тоже начала использоваться как один из первых окислителей.
Освоена в производстве и дешева.
Удельные импульсы:

HNO3-НДМГ: 2795 м/с
HNO3-керосин: 2310 м/с

Недостатки: терпимая «гадость». Коррозионною активна. Удельный импульс недостаточно высок. В настоящее время в чистом виде почти не используется.

Азотный тетраоксид

N2O4
Молекулярный вес — 92,016
Плотность — 1450 кг/м^3
Температура кипения — 294,36 К

Пришел на смену азотной кислоте в военных двигателях. Обладает саомовоспламеняемостью с гидразином, НДМГ. Низкокипящий компонент, но может долго хранится при принятии особых мер.
Удельные импульсы:

N2O4-НДМГ: 2800 м/с
N2O4-керосин: 2710 м/с
N2O4-гидразин: 2860 м/с

Недостатки: такая же гадость, как и HNO3, но со своими причудами. Может разлагаться на окись азота. Токсичен. Низкий удельный импульс. Часто использовали и используют окислитель АК-NN. Это смесь азотной кислоты и азотного тетраоксида (Ее еще иногда наз. «красной дымящейся азотной кислотой»). Цифры обозначают процентное кол-во N2O4.
В целом можно сказать, что в основном эти окислители используются в ЖРД военного назначения и ЖРД КА в силу своей долгохранимости (это весьма важный фактор в этом случае) и самовоспламеняемости. Характерные горючие-НДМГ и гидразин.

Фтор-F2

Молекулярный вес — 38
Плотность — 1510 кг/м^3
Температура кипения — 85,16 К

Это прекрасный окислитель с точки зрения химии. Его можно даже использовать
для окисления кислорода или воды. Расчеты показывают, что максимальный теоретический Iуд можно получить на паре F2-Be (бериллий)-порядка 6000 м/с!
Но…
Чрезвычайно коррозионною активен, токсичен, склонен к взрывам при контакте с окисляющимися материалами. Криогенен. Любой продукт сгорания также имеет почти те же «грехи»: жутко коррозионны и токсичны.
Для пары F2-H2 Iуд=4020 м/с!
Но представьте себе что останется от стартовой после запуска? Лужа?
Н2+F=H2F2-фтороводород.
Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. А использованию его в ЖРД КА невозможно из-за сложностей хранения. Одно время к фтору относились как к перспективному веществу, но и в ХХI веке нет ни одного известного серийного фторного ЖРД. Уж больно неприятный он в обращении.
image

То же относится и к остальным жидким галогенам, например к хлору.
image

Фтороводородный ЖРД тягой 25 т для оснащения обеих ступеней ракетного ускорителя АКС «Спираль» предполагалось разработать в ОКБ-456 В.П.Глушко на базе отработанного ЖРД тягой 10 т на фтороаммиачном (F2+NH3) топливе.

Перекись водорода-H2O2.

Молекулярный вес — 34,016
Плотность — 1440 кг/м^3
Температура разложения — 423 К

Перекись водорода для роскошных волос и еще 14 секретов применения.
image

И его используют (но редко) в качестве окислителя. Причина: на 1 молекулу кислорода образуется две молекулы воды+имеет низкий импульс. Нестоек, склонен к разложению, что при используемой концентрации (95%) приводит фактически к взрыву. Однако благодаря этому свойству активно используется как однокомпонентное топливо на КА (например на ИСЗ AST-1) или в качестве вспомогательного топлива для привода ТНА.
image

По большому счёту на этом список более-менее реальных окислителей исчерпывается.
Акцентирую внимание на HCl. Хлорная кислота (которая из-за Iуд сама по себе бесперспективна), при этом представляет интерес в качестве добавки к окислителям, гарантирующей надёжность самовоспламенения топлива.
Можно их классифицировать и так:
image

В отличие от них горючих гораздо больше.

Горючие

В отличие от окислителей их можно разбить на несколько групп.

Углеводородные горючие.
Низкомолекулярные углеводороды.
Водород.
Гидразиновые топлива («вонючки»).

Группа углеводородов.
Керосин

Условная формула C7,2107H13,2936
Молекулярный вес — 100 (усл.)
Плотность — 834,7 кг/м^3
Температура кипения — 423-588 К

Керосин является на самом деле смесью из различных углеводородов, поэтому появляются страшные дроби (в хим формуле) и «размазанная» температура кипения.
Удобное высококипящее горючее. Используется давно и успешно в советских двигателях и в авиации.Именно на нем до сих пор летают «Союзы». Малотоксичен (пить настоятельно не рекомендую), стабилен. И всё же керосин излишне токсичен.
А ведь находятся люди, которые им что только ни лечат! Минздрав против!

Он так же требует осторожности в обращении: авария пассажирского самолёта
Существенные плюсы: сравнительно недорог, освоен в производстве.

Пара керосин-кислород идеальна для первой ступени.
Ее удельный импульс на земле 3283 м/с, пустотный 3475 м/с.
Недостатки. Относительно малая плотность. Именно с целью повышения плотности были разработаны синтин (СССР) и RJ-5 (США).
Синтез синтина
Имеет склонность к отложению смолистых осадков в магистралях и тракте охлаждения, что в последнем случае не лучшим образом сказывается на охлаждении. Удельный импульс мог бы быть и повыше. Керосиновые двигатели наиболее освоены в СССР.

Надо отметить, что в последнее время более корректным названием для горючих на основе керосина становится УВГ-«углеводородное горючее», т.к. от керосина, который жгли наши бабушки в лампах он ушел весьма далеко.
Нафтил-как пример.
image

Низкомолекулярные углеводороды
Метан-CH4

Молекулярный вес — 16,043
Плотность — 420 кг/м^3
Температура кипения — 112 К

Рассматривается как перспективное топливо, в особенности в последнее время, как альтернатива керосину и водороду.
Недорог, распространен, устойчив, малотоксичен. По сравнению с водородом имеет более высокую температуру кипения, а удельный импульс в паре с кислородом выше, чем у керосина: ок. 3234 м/с на земле и ок. 3500 м/с в пустоте.
Неплохой охладитель.
Недостатки. Низкая плотность (вдвое ниже чем у керосина). При некоторых режимах горения может разлагаться с выделением углерода в твердой фазе, что может привести к падению импульса из-за двухфазности течения и резкому ухудшению режима охлаждения в камере из-за отложения сажи на стенках КС. Вероятно это наиболее перспективное горючее. В последнее время идут активные НИОКР в области его применения (наряду с пропаном и природным газом) даже в направлении модификации уже сущ. ЖРД (в частности такие работы были проведены над РД-0120).
Или-Raptor:
image

К этой же группе можно отнести пропан и природный газ. Основные их характеристики как горючих близки (за исключением большей плотности и более высокой
температуры кипения), как и проблемы их использования.

Особняком среди горючих стоит --Водород-H2 (LH2-американское обозначение).
Про: углерод, алюминий, берилий, магний, марганец-отдельная тема.

Молекулярный вес — 2,016
Плотность — 71 кг/м^3
Температура кипения — 20,46 К

Использование пары LOX-LH2 предложено еще Циолковским.

С точки зрения термодинамики идеальное рабочее тело как для самого ЖРД, так и для турбины ТНА. Отличный охладитель, при чем как в жидком, так и в газообразном состоянии. Последний факт позволяет не особо бояться кипения водорода в тракте охлаждения и использовать газифицированный таким образом водород для привода турбины.
Такая схема реализована в Aerojet Rocketdyne RL-10-просто шикарный (с инженерной точки зрения) движок:
image

Наш аналог (даже лучше, т.к. моложе): РД-0146 (Д, ДМ)—безгазогенераторный жидкостный ракетный двигатель, разработанный Конструкторским бюро химавтоматики в Воронеже.
image
Особенно эффективен с сопловым насадком из материала «Граурис».

Высокий удельный импульс-в паре с кислородом 3840 м/с. (Из реально используемых это самый высокий показатель). Эти факторы обуславливают пристальный интерес к этому горючему. Экологически чист в паре с экологически чистыми окислителями. Распространен, практически неограниченные запасы. Освоен в производстве. Нетоксичен.
Однако есть очень много ложек дегтя в этой бочке мёда.
1. Чрезвычайно низкая плотность. Все видели огромные водородные баки Энергии и Шаттла. Из-за низкой плотности применим на верхних ступенях РН. Кроме того низкая плотность ставит непростую задачу для насосов — как правило насосы водорода многоступенчатые для того что бы обеспечить нужный массовый расход и при этом не кавитировать.
image
По этой же причине приходится ставить т.н. бустерные насосы сразу за заборным устройством в баках дабы облегчить жизнь основному ТНА. Насосы водорода для оптимальных режимов требуют также очень высокой частоты вращения.
image

2. Низкая температура. Перед заправкой необходимо проводить многочасовое захолаживание баков и всего тракта. Я, кстати, видел результаты цифрового моделирования подачи водорода в «теплый» бак. Весьма мучительное занятие — он то начинает заполнять, то испаряется и выталкивает все обратно. Также низкая температура кипения затрудняет хранение.
3. Жидкий водород обладает некоторыми свойствами газа-жидкость сжимаема. Это накладывает дополнительные трудности в проектировании магистралей, циклограммы работы, и особенно насосов.
4. Из-за своего малого молекулярного веса очень проницаем. Это означает, что герметизировать полости с водородом довольно трудно. Ну что, скажете вы, неразъемные соединения можно загерметизировать. Но дело даже не в соединениях трубопроводов. Проблема в том, что на ТНА все щели не замажешь герметиком — там применяются неконтактные уплотнения, особенно на высокооборотных ТНА. И тут эта проблема в купе с огнеопасностью смеси с кислородом встает довольно остро.
5. Большинство металлов имеют свойство поглощать водород — т.н. процесс наводораживания. При этом металл охрупчается, т.е. его св-ва как КМ ухудшаются (а тут еще и низкая температура). Поэтому зачастую поверхности, контактирующие с водородом защищают покрытием, как правило серебром. Это естественно не лучшим образом сказывается на технологичности и стоимости двигателя.
6. Пожароопастность и взрывоопасность. No comments
.
image

Т.о. водород и привлекателен, и неприятен.
Первый закон диалектики: «Единство и борьба противоположностей» /Georg Wilhelm Friedrich Hegel/
Конструкторам хочется выжать из него все-использовать и как рабочее тело турбины, и как охладитель, поэтому как правило конструкции водородников получаются довольно монстроидальными (позже сравню простоту РД-253 и «сумасшедший дом» в лице SSME). Наиболее освоены водородные двигатели в США.
Мы на 3-4 месте сейчас, после Европы, Японии и Китая.

Гидразиновые топлива («вонючки»)

Гидразин-N2H4

Молекулярный вес — 32,048
Плотность — 1010 кг/м^3
Температура кипения — 386,66 К

Довольно распространенное топливо.
Долгохраним, и в этом его главное достоинство. Широко используется в ДУ КА и МБР, т.е. там, где долгохранимость имеет критическое значение. Имеет неплохой импульс с высококипящими окислителями-с азотным тетраоксидом 2860 м/с. Освоен в производстве.
Недостатки: токсичен. Вонюч. Пары гидразина при адиабатном сжатии взрываются.Склонен к разложению, что однако позволяет его использовать как монотопливо для ЖРДМТ. В силу освоенности производства более распространен в США.

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)-H2N-N(CH3)2

Молекулярный вес — 60,102
Плотность — 785 кг/м^3
Температура кипения — 336 К

Широко используется на военных двигателях в следствие своей долгохранимости. Имеет более высокий импульс по сравнению с гидразином — с N2O4 3115 м/с на земле и 3291 м/с пустотный. Самовоспламенятся с азотными окислителями. Освоен в производстве в СССР.
Любимое топливо В.П.Глушко. Не любимое топливо моего ОЗК.
image
Могу написать целую статью про его гадкие свойства (на основе эксплуатации ЗРК С-200).
Используется как правило с азотными окислителями в ЖРД МБР и КА.
Недостатки: крайне токсичен.Такая же «вонючка». На порядок дороже керосина.
image

Гидразин чрезвычайно ядовит

Плотность и удельный импульс с основными окислителями ниже керосина с теми же окислителями.
Для повышения плотности часто используют в смеси с гидразином-т.н. аэрозин-50, где 50-это процентное соотношение НДМГ.В силу освоенности производства более распространен в СССР.

По поводу гидразиновых топлив.
«Забыты» монометилгидразин, метилгидразин и пр. Они не так распространены.
Главное достоинство горючих группы гидразина-долгохранимость при использовании высококипящих окислителей. Работать с ними очень неприятно-токсичны горючие, агрессивные окислители, токсичны продукты сгорания. На профессиональном жаргоне эти топлива называют «вонючими» или «вонючками».
Можно с высокой степенью уверенности сказать, что если на РН стоят «вонючие» двигатели, то «до замужества» она была боевой ракетой (МБР).
image
image

В последнее время в связи с переходом военных на использование РДТТ, как более удобных в эксплуатации, значение этих топлив снизилось. Их «экологическая» ниша в космонавтике сужается до использования в ДУ КА, где долгохранимость является одним из важных требований.

Итог: рассмотрены основные используемые топлива.
Наиболее распространенными парами на настоящий момент являются:
1. Керосин (УВГ)-кислород.
2. Водород-кислород.
3. N2O4 — НДМГ (гидразин, аэрозин).
4. Кислород — НДМГ (гидразин, аэрозин).

Каковы перспективы дальнейшего развития в этой области?
Вероятно выгоднее доводить ЖРД на уже освоенных топливах, чем начинать НИОКР в области новых топлив, особенно сильно экзотических, как например фтор или пентаборан (сильно токсичен, самовоспламеняется на воздухе и пр.
Повышением конструктивного совершенства можно пока добиться неплохих, а главное быстрых результатов. Например керосин-кислородные движки:
РД-107 Iуд.з= 2450 м/с, а у РД-170 Iуд.з= 3028 м/с.
Это при одинаковом топливе! Улучшение импульса на 600 м/с добились за счет более совершенной схемы и конструкции. Есть еще резервы у химии!
Использование же многих экзотических топлив сопряжено со многими сложными, а иногда и нерешаемыми проблемами. Например как в 60-х, так и в 80-х, да и сейчас фтор остается в качестве «перспективных» окислителей (так сказать «в вечных женихах»).
Т.е. на протяжении 30 лет к нему не подступится, в первую очередь из-за токсичности продуктов сгорания.
Активно начинают «щупать» прежде всего метан. Ведь особых эксплуатационных трудностей он не вызывает, позволяет неплохо поднять давление в камере (до 30 мПа по нек-м источникам) и получить хорошие характеристики. То же самое можно сказать в отношении пропана и природного газа. Еще одним интересным направлением в сторону усовершенствования топлив является металлизация горючих: в горючее добавляются частицы металла-алюминия, бериллия и т.п. Проблемы в данном случае следующие: подача такого топлива, его распыл и двухфазность течения продуктов сгорания. Дальше теории и возможно экспериментов дело пока похоже не пошло.
Использование эффекта свободных радикалов- хорошая персепектива.
Детонационное горение- возможность для рывка.
Кроме использования новых топлив усовершенствуют уже распространенные в направлении повышения плотности. Для криогенных топлив пробуют использования шуги, т.е. взвеси твердых частиц компонента в жидкой фазе.

Другой метод-переохлаждение криогенных компонентов, использование их при температуре значительно ниже Ткип. Это позволяет повысить их плотность. Я знаю, что с кислородом в СССР это неплохо получается. Керосин тоже активно стараются улучшить в сторону повышения плотности и стабильности-синтин и RJ-5 тому пример.

Послесловие: вообще все ракетные ТК (кроме НТК), а так же попытка изготовить их в домашних условиях- очень опасны. Предлагаю внимательно ознакомиться:
26-летний Крис Монгер, отец двоих детей, решил приготовить в домашних условиях ракетное топливо по инструкции, подсмотренной на YouTube. Смесь, которую он готовил на плите в кастрюле, ожидаемо взорвалась. В итоге мужик получил огромное количество ожогов и провел в больнице пять дней.
image

Все домашние (гаражные) манипуляции с такими химическими компонентами чрезвычайно опасны и к местам их разлива без ОЗК и противогаза-ЛУЧШЕ не подходить:
image
Звонить в МЧС. Всё профессионально подберут.

Источники:

Качур П. И., Глушко А. В. «Валентин Глушко. Конструктор ракетных двигателей и космических систем», 2008.
М.С.Шехтер. «Топлива и рабочие тела ракетных двигателей», Машиностроение" 1976
На основе работы Факас С.С.«Основы ЖРД. Раздел-рабочие тела», 2001 (www.members.tripod.com)
«Виды топлива и их характеристика.Топливо горючие вещества, используемые для получения тепла. Состав топлива Горючая часть — углерод С — водород Н — сера.» — презентация Оксана Касеева
Филипп Терехов lozga (www.geektimes.ru)
www.abm-website-assets.s3.amazonaws.com
www.free-inform.ru
www.epizodsspace.airbase.ru
www.polkovnik2000.narod.ru
www.avia-simply.ru
www.arms-expo.ru
www.npoenergomash.ru
www.buran.ru
www.fsmedia.imgix.net
www.wikimedia.org
www.youtu.be
www.cdn.tvc.ru
www.commi.narod.ru
www.dezinfo.net
www.nasa.gov
www.novosti-n.org
www.prirodasibiri.ru
www.radikal.ru
www.kosmos-x.net.ru

Автор: AntoBro

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля