Чем заправляют ракеты

ЧЕМ ЗАПРАВЛЯЮТ РАКЕТЫ?
Работа выполнена при финансовой поддержке
Министерства образования и науки РФ в рамках
ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России», грант 14.B37.21.0827
РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА (РТ) – это индивидуальные
вещества или смеси веществ, используемые в
ракетных двигателях различных конструкций для
получения тяги и ускорения ракеты посредством
энергии химической реакции горения.
жидкие
гелеобразные
твердые
гибридные
ЖИДКИЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ
ГОРЮЧЕЕ
+
ОКИСЛИТЕЛЬ
ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ЖИДКИЕ РК – соединения, в
присутствии катализатора и/или при нагревании
разлагающиеся с выделением большого количества
тепла и газообразных продуктов
- гидразин
[Fe2O3]
3N2H4
N2 + 4NH3 + Q
- пероксид водорода
t
2H2O2
2H2O + O2 + Q
- тринитроглицерин
t
4C3H5N3O9
12CO2 + 6N2 + O2 + 10H2O + Q
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ЖИДКИЕ
РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
горючее:
окислители:
- лигроино-керосиновые
и ккеросино-газойлевые
нефтяные фракции (Ткип =
150-315 оС)
- жидкий H2
- жидкий СH4
- этиловый спирт
- N2H4 и его производные
- NH3
- бороводороды BnHn+4, BnHn+6
- боргидриды Me(BH4)n, где Me –
Li, Be, Al
- жидкий O2
- H 2 O2
- конц. HNO3
- NO
- N 2 O4
- жидкий F2
- жидкий Cl2
- тетранитрометан С(NO2)4
- OF2
- СlF3
- NO3F
КРИТЕРИИ ПОДБОРА КОМПОНЕНТОВ ЖИДКИХ РТ
- плотность
H2 + O2 < NH3 + O2 < керосин + N2O4 < N2H4 + F2
- температура кипения
- криогенные (Ткип < 0 oC): H2, O2, NH3, N2H4, F2
- высококипящие (Ткип > 0 oC): H2NN(CH3)2, N2O4
- химическая агрессивность
O2 < HNO3 (конц.) < N2O4
- токсичность
H2 + F2
H2 + O2
HF – чрезвычайно токсичен
H2O - нетоксично
ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ЖИДКИЕ РТ
достоинства:
- простота конструкции двигателя
недостатки:
- невысокая эффективность
-токсичность
- пожароопасность
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ЖИДКИЕ РТ
достоинства:
- высокая эффективность
недостатки:
- токсичность
- пожароопасность
- сложность конструкции двигателя
ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
ГОМОГЕННЫЕ
ГЕТЕРОГЕННЫЕ
БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ
СМЕСЕВЫЕ
БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ (ПРЕССОВАННЫЕ) ТВЕРДЫЕ РТ –
твердые гомогенные растворы в нелетучем
растворителе.
НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗА
+
НИТРОГЛИЦЕРИН
СМЕСЕВЫЕ (ЛИТЫЕ) ТВЕРДЫЕ РТ - многокомпонентные
грубодисперсные смеси, состоящие из окислителя,
связующего-горючего и специальных добавок.
ОКИСЛИТЕЛИ:
- NH4ClO4
- KClO4
- NH4NO3
- KNO3
СВЯЗУЮЩЕЕ-ГОЮЧЕЕ:
- каучуки
- полиуретан
- полиэфирные смолы
- эпоксидные смолы
ДОБАВКИ:
- катализаторы горения
- пластификаторы
- порошки металлов
- отвердители
ГИБРИДНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА - топлива,
содержащие горючее в твердом состоянии (в
камере сгорания), а окислитель - в жидкой фазе
(в отдельной емкости) или наоборот.
горючее:
окислители:
-отвержденные
нефтепродукты
- N 2H4
-полимеры с добавками
порошка Al
- BeH2
- LiH
- HNO3
- N2O4
- H2O2
- FClO3
- ClF3
- О2
- F2
- OF2
ВеН2 - О2
BeH2 - F2
ВеН2 - Н2О2
ГЕЛЕОБРАЗНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА – однокомпонентные или двухкомпонентные жидкие РТ, загущенные специальными добавками до состояния консистентных жидкостей или упругих гелей.
горючее:
- N2H4
-углеводородное
горючее
- H2
- CH4
- NH3
окислители:
- F2
- O2
- N2O4
- NH4ClO4
- NH3
- С(NO2)4
- ClF3
загустители:
- соли высокомолекулярных
органических кислот
(стеараты и пальмитаты)
- синтетический каучук
- полиизобутилен
ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
достоинства:
-относительная простота
- нетоксичность
- низкая пожароопасность
недостатки:
- невысокая эффективность
ГЕЛЕОБРАЗНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
достоинства:
- высокая эффективность
недостатки:
- сложность конструкции двигателя
ГИБРИДНЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА
достоинства:
- более простоты, чем жидкие РТ
- эффективнее твердых РТ и не
уступают в этом жидким РТ
недостатки:
- пожароопасность
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ ДЛЯ ТВЕРДЫХ РТ