На данный момент химические ракетные двигатели используются на всех ракетах и разгонных блоках, большинстве двигателей ориентации(РСУ) и на многих спутниках/научных аппаратах, так что я решил начать рассказ о типах двигателей с данной темы.
Что такое химический ракетный двигатель?
Химический двигатель - это двигатель, роль рабочего тела (газ который и создаёт тягу выходя из сопла) в котором выполняют продукты химической реакции горения или разложения (для однокомпонентного топлива)
Твёрдотопливные двигатели
Твёрдое топливо человек начал использовать раньше других видов. Ещё во втором веке в Китае использовали стрелы с простейшими двигателями из пороха и бумаги, что позволило увеличить дальность полёта со 100 до 300 метров.
Такое раннее использование этого вида топлива объясняется простотой конструкции самих двигателей. ТТРД (твёрдотопливный ракетный двигатель) состоит лишь из корпуса, который будет и баком для топлива, и камерой сгорания, и сопла для выхода газов.
Простота конструкции приводит ещё к двум особенностям ТТРД - малой ценой и высокой надёжностью, что сделало его незаменимым в системах аварийного спасения экипажа.
Казалось бы, такие хорошие двигатели, почему бы не ставить из везде? Но тут не всё так просто. Такие двигатели имеют малый удельный импульс, большинство из них нельзя отключить в случае неполадок, они не дросселируются (невозможно изменить тягу двигателя). Также из-за неравномерного сгорания топлива тяга растёт почти до конца, а потом резко падает, что приводит к 2 недостаткам. Во-первых из-за роста тяги и уменьшения массы топлива растут перегрузки, во-вторых ступень с ТТРД приходится сбрасывать раньше времени, не когда кончится топливо, а когда тяга станет меньше веса ступени.
Жидкостные ракетные двигатели
ЖРД незаменимы в наше время для запусков в космос. В чём же причина этой незаменимости? На данный момент это единственные двигатели способные создать тягу для отрыва ракеты от земли, в то же время сохраняя возможность управления этой самой тягой, вплоть до отключения самого двигателя. Достоинства жидкого топлива на этом не заканчиваются, такие топливные пары эффективнее твёрдого топлива
Ещё один существенный плюс жидкостных двигателей - возможность наличия в камере сгорания давления в разы больше чем в баках с топливом за счёт использования турбонасосов(об этом подробнее можно узнать из этой отличной статьи) что повышает эффективность.
Но не стоит забывать о недостатках таких двигателей. Во-первых ступени с ЖРД дороже и сложнее чем с ТТРД. Во-вторых чем сложнее механизм, тем выше вероятность поломки, что снижает их надёжность. В-третьих в невесомости топливо беспорядочно летает в баке, из-за чего необходимо применять сторонние средства для осаждения компонентов топлива.
Однокомпонентные ЖРД
Отдельно стоит отметить однокомпонентные двигатели, это всё те же ЖРД, но в них топливо из одного компонента попадая на катализатор, разлагается на несколько веществ с выделением тепла, что заменяет реакцию горения. В качестве примера возьмём двигатель на перекиси водорода. Попадая на катализатор она раскладывается на воду и чистый кислород(2H202=2H2O+02) с большой температурой, что позволяет использовать его как рабочее тело. Такие двигатели находят своё применение в двигателях ориентации или на спутниках.
Гибридные ракетные двигатели
ГРД - компромисс между ТТРД и ЖРД, в гибридном двигателе один из компонентов жидкий или газообразный, а другой твёрдый. Рассмотрим преимущества этого двигателя.
Во-первых он позволяет регулировать тягу и имеет больший удельный импульс на фоне ТТРД, во-вторых он дешевле, проще и компактнее ЖРД.
Из недостатков можно отметить невозможность установки на крупные ракеты из-за размеров и склонность двигателя к "жёсткому старту", когда в камере сгорания накопилось много окислителя, и при зажигании двигатель даёт за короткое время большой импульс тяги.