Ракетне паливо

Ракетне паливо, речовина або сукупність речовин, що є джерелом енергії і робочого тіла для ракетного двигуна (РД). Р. т. повинно задовольняти наступним основним вимогам: мати високий питомий імпульс (тяга РД при витраті палива 1 кг / сік ; див. Реактивний двигун ), високу щільність, необхідний агрегатний стан компонентів в умовах експлуатації, має бути стабільним, безпечним в обігу, нетоксичним, сумісним з конструкційними матеріалами, мати сировинні ресурси і ін.

  Відомі Р. т. хімічні і нехімічні: в перших необхідна для роботи РД енергія виділяється в результаті хімічних реакцій, а газоподібні продукти, що утворюються при цьому, служать робочим тілом, тобто забезпечують при розширенні в соплі РД перетворення теплової енергії хімічних перетворень на кінетичну енергію потоку, що витікає з сопла РД; в других енергія внутрішньоядерних перетворень або електрична енергія (наприклад, в ядерному або електричному РД) передається спеціальній речовині, що є лише робочим тілом або його джерелом. Питомий імпульс нехімічних Р. т. залежить від термодинамічних властивостей і допустимої робочої температури робочого тіла, витрат енергії на створення тяги. Принципово ж по питомому імпульсу ці Р. т. можуть значно перевершувати хімічні.

  Більшість існуючих РД працюють на хімічних Р. т. Основна енергетична характеристика (питомий імпульс) визначається кількістю що виділилася при реакції окислення, розкладання або рекомбінації теплоти (теплотворенням Р. т.) і хімічним складом продуктів реакції, від якого залежить повнота перетворення теплової енергії в кінетичну енергію потоку (чим нижче молекулярна маса, тим вище питомий імпульс).

  По числу компонентів, що окремо зберігаються, хімічні Р. т. діляться на одно-(унітарні), двух-, трьох- і багатокомпонентні, по агрегатному стану компонентів — на рідких, твердих, гібридних, псевдорідких, желеподібних і у тому числі тиксотропні, тобто загущені желеподібні, в'язкість яких різко знижується за наявності градієнта тиску. Агрегатне стан визначає конструкцію РД, його характеристики і сферу раціонального застосування. Найбільше вживання отримали рідкі і тверді Р. т.

  Всі компоненти рідкого Р. т. в умовах експлуатації знаходяться в баках ракети і окремо подаються (насосами або витісненням стислим газом) в камеру згорання РД (див. також Газогенератор рідинного ракетного двигуна). До рідких палив пред'являються наступні специфічні вимоги: можливо ширший температурний інтервал рідкого стану, придатність, принаймні, одного з компонентів для охолоджування рідинного РД (термічна стабільність, високі температура кипіння і теплоємність), можливість здобуття з основних компонентів (окислювача і пального) генераторного газу високої працездатності, мінімальна в'язкість компонентів і мала залежність її від температури. Найширше застосовують двокомпонентні рідкі Р. т., такі, що складаються з окислювача і пального (див. таблиці.). Для поліпшення характеристик РД до складу таких Р. т. можна вводити різні присадки (як добавки у вигляді розчинів, суспензій або як третій компонент): метали, наприклад Ве і Al, а також В, і їх гідриди для підвищення питомого імпульсу, компоненти для здобуття генераторного газу (якщо для цього не придатні основні компоненти), інгібітори корозії (див. Інгібітори хімічні ), стабілізатори, активатори займання, речовини (депрессатори), що знижують температуру замерзання, і т.п. Окислювач і пальне, вступаючі при контакті в рідкому стані в хімічну реакцію і що викликають займання суміші, утворюють самозаймисті палива. Вживання таких палив спрощує конструкцію РД і дозволяє найпростіше здійснювати багаторазові запуски. Ракетно-космічна техніка базується на використанні високоефективних рідких Р. т.

  Для допоміжних рідинних РД і здобуття генераторного газу, необхідного для приводу турбонасосних агрегатів, можна застосовувати однокомпонентні рідкі палива (перекис водню, гідразин), що виділяють енергію при розкладанні.

  Тверді Р. т. є гомогенною сумішшю компонентів (баллістітниє палива — див.(дивися) Баллістіти ) ілі монолітну гетерогенну композицію, т.з. сумішеві палива. Останні можуть складатися з органічного горючо-єднального (наприклад, каучуку, поліуретану, поліефірной або епоксидної смоли), твердого окислювача (частіше за весь перхлората амонія, а також перхлората калія, нітрату амонія і ін.) і добавок різного призначення (наприклад, для підвищення енергетичних характеристик — порошки Al, Mg, Ве У). Горючо-єднальне сприяє утворенню монолітного паливного блоку, визначає комплекс физико-хімічних властивостей палива і спосіб формування заряду. Основні специфічні вимоги, що пред'являються до твердих Р. т.: рівномірність розподілу компонентів і, отже, постійність физико-хімічних і енергетичних властивостей в блоці, стійкість і закономірність горіння в камері РД, а також комплекс фізіко-механічніх властивостей, що забезпечують працездатність двигуна в умовах перевантажень, змінної температури, вібрацій.

  По питомому імпульсу тверді Р. т. поступаються рідким, т.к. із-за хімічної несумісності не завжди удається використовувати у складі твердого Р. т. енергетично ефективні компоненти.

  Основні характеристики деяких можливих високоефективних двокомпонентних рідких палив при оптимальному співвідношенні компонентів (тиск в камері згорання 10 Мн / м-коду ² , або 100 кгс / см ² , на зрізі сопла 0,1 Мн / м-коду ² , або 1 кгс / см ² )

* Розрахункова величина — відношення сумарної маси компонентів ракетного палива (окислювача і пального) до їх об'єму. ** Питомий імпульс РД при тиску довкілля, рівному нулю.

  В гібридному Р. т. компоненти знаходяться в різних агрегатних станах (наприклад, рідкий окислювач + тверде пальне, твердий окислювач + рідке пальне). Всі компоненти рідких і твердих Р. т. можна використовувати як компоненти гібридних Р. т. По питомому імпульсу ці палива займають проміжне положення між рідкими і твердими.

  Літ.: Сарнер С., Хімія ракетних палив, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1969; Термодинамічні і теплофізичні властивості продуктів згорання. Довідник, т. 1—8, під ред. академік Ст П. Глушко, М., 1971—74; Космонавтика, під ред. академік Ст П. Глушко, 2 видавництва, М., 1970 (Маленька енциклопедія).