В ракетных двигателях используется особый вид топлива, отличающийся от обычного горючего для автомобилей. В первую очередь удельная теплота его сгорания должна быть не ниже 43 МДж/кг, что необходимо для получения тяги и ускорения ракеты за счет энергии химической реакции горения.
Важно не путать ракетное топливо и рабочее тело. Последнее представляет собой вещество, с помощью которого осуществляется рабочий процесс ракетного двигателя, т. е. конечные продукты сгорания топлива. Потенциальная и тепловая энергия рабочего тела переходят в кинетическую, чем и обеспечивается необходимая тяга.
Из статьи вы узнаете, что такое ракетное топливо, из чего оно состоит и каковы его особенности.
Какие виды ракетного топлива существуют
Под ракетным топливом понимают реакционную массу, которая выбрасывается из двигателя ракеты с целью создания высокой тяги. Она должна быть очень большой, чтобы обеспечить отрыв массы от стартового ствола и движения агрегата в заданном направлении.
По основной классификации ракетное топливо делится на виды в зависимости от агрегатного состояния. Оно определяет конструкцию двигателя, его характеристики и возможности применения. Так, в ракетах могут использоваться:
- Жидкое ракетное топливо. Бывает криогенным с температурой кипения компонентов ниже 0 °C и высококипящим. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) обладают более высоким удельным импульсом, чем твердотопливные: их можно дросселировать, останавливать и перезапускать. Жидкое топливо хранят в разных баках, откуда его подают в двигатель. Смешивание происходит уже в камере сгорания, обычно посредством форсунок.
- Твердое ракетное топливо. В составе твердый раствор, различные химические соединения и пластифицированная смесь. Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) проще в хранении и обращении, подходят для случаев, когда нужна большая тяга при низкой стоимости агрегата. Горючее размещается в камере сгорания двигателя в виде зарядов.
- Гибридное ракетное топливо. Состоит из компонентов в разном агрегатном состоянии, на сегодня находится на стадии исследования. Могут сочетаться твердый окислитель и жидкое горючее или наоборот. В гибридных ракетных двигателях (ГРД) чаще используют твердое топливо и жидкий окислитель, позволяющий дросселировать и перезапускать агрегат. По удельному импульсу гибридное топливо находится между жидким и твердым.
Каждый вид топлива разделяется еще на несколько типов. Жидкое бывает основным (для получения всей или основной доли тяги), пусковым (используется при запуске) и вспомогательным (может служить рабочим телом турбины, рулевых сопел и других агрегатов, которые не создают основную долю тяги двигателя).
Твердое ракетное топливо делится на 2 класса:
- Двухосновное (гомогенное). В составе только горючие и окислительные элементы. Первой основой выступает нитроцеллюлоза, получаемая при обработке целлюлозы, а второй – нитроглицерин или диэтиленгликольдинитрат, играющие роль растворителя для нитроцеллюлозы.
- Смесевое (гетерогенное). Монолитная композиция, состоящая из органического горючего-связующего вроде полиуретана, каучука, эпоксидной или полиэфирной смолы, твердого окислителя (нитрата аммония, перхлората калия или аммония) и добавок. Смесевое топливо одно из самых дорогих и экологически грязных по продуктам сгорания. Главный плюс – легкость получения значительной тяги.
Химические и нехимические
Жидкие, твердые и гибридные – это химические виды ракетного топлива, но существуют еще нехимические, у которых энергия внутриядерных превращений или электрическая энергия (в ядерных или химических ракетных двигателях) передается специальному веществу, являющемуся рабочим телом. Удельный импульс нехимических ракетных топлив бывает даже больше, чем химических. Но последние в ракетах используют чаще.
По количеству компонентов
Кроме агрегатного состояния, ракетное топливо классифицируют по компонентам, точнее по их количеству раздельно хранимых составляющих. По этому критерию выделяют одно- (унитарное), двух-, трех- и многокомпонентные виды. Особенно распространено двухкомпонентное жидкое ракетное топливо, состоящее из окислителя и горючего. Работающие на нем двигатели имеют более простую конструкцию и допускают многоразовые запуски.
По содержанию присадок
Для улучшения и придания особых свойств в состав ракетного топлива могут добавляться присадки:
- металлы Be и Al;
- компоненты для получения генераторного газа;
- ингибиторы коррозии;
- активаторы воспламенения;
- стабилизаторы;
- депрессаторы, понижающие температуру замерзания.
В заключение
На сегодня в ракетах чаще всего используют топлива на основе керосина и жидкого кислорода, несимметричного диметилгидразина и тетраоксида азота, жидкого водорода и жидкого кислорода. В западном ракетостроении распространено смесевое твердое топливо на основе перхлората аммония, требующее высокой культуры производства. Сейчас активно ведутся разработки перспективного криогенного горючего из жидкого метана и кислорода, поскольку оно самое дешевое и по характеристикам не уступает тем, что используются сегодня.
__________
Материал создан при поддержке компании «Ойл Ресурс Групп» с целью предоставления полезной информации о нефти и нефтепродуктах.
=====================================================
