РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО

РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО, вещество или совокупность веществ, представляющих собой источник энергии и рабочего тела для ракетного двигателя (РД). Р. т. должно удовлетворять след. осн. требованиям: иметь высокий удельный импульс (тяга РД при расходе топлива 1 кг/сек; см. Реактивный двигатель), высокую плотность, требуемое агрегатное состояние компонентов в условиях эксплуатации, должно быть стабильным, безопасным в обращении, нетоксичным, совместимым с конструкционными материалами, иметь сырьевые ресурсы и др.

Известны Р. т. химические и нехимические: у первых необходимая для работы РД энергия выделяется в результате хим. реакций, а образующиеся при этом газообразные продукты служат рабочим телом, т. е. обеспечивают при расширении в сопле РД преобразование тепловой энергии хим. превращений в кинетич. энергию потока, истекающего из сопла РД; у вторых энергия внутриядерных превращений или электрич. энергия (напр., в ядерном или электрич. РД) передаётся спец. веществу, являющемуся только рабочим телом или его источником. Удельный импульс нехимических Р. т. зависит от термодинамич. свойств и допустимой рабочей темп-ры рабочего тела, затрат энергии на создание тяги. Принципиально же по удельному импульсу эти Р. т. могут значительно превосходить химические.

Большинство существующих РД работает на химических Р. т. Основная энергетич. характеристика (удельный импульс) определяется количеством выделившейся при реакции окисления, разложения или рекомбинации теплоты (теплотворностью Р. т.) и хим. составом продуктов реакции, от к-рого зависит полнота преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию потока (чем ниже мол. масса, тем выше удельный импульс).

По числу раздельно хранимых компонентов хим. Р. т. делятся на одно (унитарные), двух-, трёх- и многокомпонентные, по агрегатному состоянию компонентов - на жидкие, твёрдые, гибридные, псевдожидкие, желеобразные и в т. ч. тиксотропные, т. е. загущённые желеобразные, вязкость к-рых резко снижается при наличии градиента давления. Агрегатное состояние определяет конструкцию РД, его характеристики и область рационального применения. Наибольшее применение получили жидкие и твёрдые Р. т.

Все компоненты жидкого Р. т. в условиях эксплуатации находятся в баках ракеты и раздельно подаются (насосами или вытеснением сжатым газом) в камеру сгорания РД (см. также Газогенератор жидкостного ракетного двигателя). К жидким топливам предъявляются след. специфич. требования: возможно более широкий температурный интервал жидкого состояния, пригодность, по крайней мере, одного из компонентов для охлаждения жидкостного РД (термич. стабильность, высокие темп-pa кипения и теплоёмкость), возможность получения из основных компонентов (окислителя и горючего) генераторного газа высокой работоспособности, минимальная вязкость компонентов и малая зависимость её от темп-ры. Наиболее широко применяют двухкомпонентные жидкие Р. т., состоящие из окислителя и горючего (см. табл.). Для улучшения характеристик РД в состав таких Р. т. можно вводить различные присадки (как добавки в виде растворов, суспензий или как третий компонент): металлы, напр. Be и А1, а также В, и их гидриды для повышения удельного импульса, компоненты для получения генераторного газа (если для этого не пригодны основные компоненты), ингибиторы коррозии (см. Ингибиторы химические), стабилизаторы, активаторы воспламенения, вещества (депрессаторы), понижающие темп-ру замерзания, и т. п. Окислитель и горючее, вступающие при контакте в жидком состоянии в хим. реакцию и вызывающие воспламенение смеси, образуют самовоспламеняющиеся топлива. Применение таких топлив упрощает конструкцию РД и позволяет наиболее просто осуществлять многоразовые запуски. Ракетно-космическая техника базируется на использовании высокоэффективных жидких Р. т.

Основные характеристики некоторых возможных высокоэффективных двухкомпонентных жидких топлив при оптимальном соотношении компонентов (давление в камере сгорания 10 Мн/м², или 100 кгс/см², на срезе сопла 0,1 Мн/м², или 1 кгс/см²)

Окислитель

Горючее

Плотность топлива*, г/см³

Темп-ра в камере сгорания, К

Пустотный удельный импульс**, сек

Кислород жидкий

Водород жидкий

0,3155

3250

428

Керосин

1,036

3755

335

Диметилгидразин несимметричный

0,9915

3670

344

Гидразин

1,0715

3446

346

Аммиак жидкий

0,8393

3070

323

Четырёхокись азота

Керосин

1,269

3516

309

Диметилгидразин несимметричный

1,185

3469

318

Гидразин

1,228

3287

322

Фтор жидкий

Водород жидкий

0,621

4707

449

Гидразин

1,314

4775

402

* Расчётная величина - отношение суммарной массы компонентов ракетного топлива (окислителя и горючего) к их объёму. ** Удельный импульс РД при давлении окружающей среды, равном нулю.

Для вспомогательных жидкостных РД и получения генераторного газа, необходимого для привода турбонасосных агрегатов, можно применять однокомпонентные жидкие топлива (перекись водорода, гидразин), выделяющие энергию при разложении.

Твёрдые Р.т. представляют собой гомогенную смесь компонентов (баллиститные топлива - см. Баллиститы) или монолитную гетерогенную композицию, т. н. смесевые топлива. Последние могут состоять из органич. горючего-связующего (напр., каучука, полиуретана, полиэфирной или эпоксидной смолы), твёрдого окислителя (чаще всего перхлората аммония, а также перхлората калия, нитрата аммония и др.) и добавок различного назначения (напр., для повышения энер-гетич. характеристик - порошки Al, Mg, Be, В). Горючее-связующее способствует образованию монолитного топливного блока, определяет комплекс физико-химич. свойств топлива и способ формования заряда. Основные специфич. требования, предъявляемые к твёрдым Р. т.: равномерность распределения компонентов и, следовательно, постоянство физико-химич. и энергетич. свойств в блоке, устойчивость и закономерность горения в камере РД, а также комплекс физико-механич. свойств, обеспечивающих работоспособность двигателя в условиях перегрузок, переменной темп-ры, вибраций.

По удельному импульсу твёрдые Р. т. уступают жидким, т. к. из-за хим. несовместимости не всегда удаётся использовать в составе твёрдого Р. т. энергетически эффективные компоненты.

В гибридном Р. т. компоненты находятся в различных агрегатных состояниях (напр., жидкий окислитель + + твёрдое горючее, твёрдый окислитель + жидкое горючее). Все компоненты жидких и твёрдых Р. т. можно использовать как компоненты гибридных Р. т. По удельному импульсу эти топлива занимают промежуточное положение между жидкими и твёрдыми.

Лит.: Сарнер С., Химия ракетных топлив, пер. с англ., М., 1969; Термодинамические и теплоaизические свойства продуктов сгорания. Справочник, т. 1 - 8, под ред. акад. В. П. Глушко, М., 1971-74; Космонавтика, под ред. акад. В. П. Глушко, 2 изд., М., 1970 (Маленькая энциклопедия).