Содержание
Для ракеты «Ангара» будет создан водородный двигатель
Для ракеты «Ангара» будет создан водородный двигатель — Российская газета
Свежий номер
РГ-Неделя
Родина
Тематические приложения
Союз
Свежий номер
23.07.2020 10:07
Рубрика:
Общество
Наталия Ячменникова
«Роскосмос» принял решение о создании водородного двигателя для ракеты «Ангара», что позволит разработать носитель повышенной грузоподъемности, а в перспективе — ракету с многоразовыми ступенями. Об этом пишут РИА Новости со ссылкой на пресс-службу госкорпорации.
Михаил Джапаридзе/ТАСС
Ранее сообщалось, что такой двигатель разработан на уровне чертежей — он получил название РД-0150. Благодаря водородным двигателям «Ангара» должна поднимать на низкую околоземную орбиту 37 тонн полезного груза. А уже на базе «Ангары-А5В» планируется к разработке ракета с многоразовыми ступенями «Ангара-А5МВ».
О перспективах в области водородных технологий рассказал в интервью «РГ» в апреле прошлого года гендиректор НПО «Энергомаш» Игорь Арбузов:
— Это одно из наиболее перспективных направлений.
Мы уже создали целую линейку двигателей, работающих на компонентах кислород-водород. В частности, есть двигатель, который создавался для разгонного блока «Ангара-А5» — РД0146. Сегодня он прошел полный цикл испытаний. И мы надеемся, что в ближайшее время в проекте, который предполагает запуск РН «Ангара-А5» с космодрома «Восточный», это решение будет применено. Кроме того, ведем работы по созданию более мощного двигателя, работающего на паре кислород-водород, который, надеемся, найдет применение в ракетоносителе сверхтяжелого класса.
Поделиться:
Космос»Роскосмос»
09:10Кинократия
Актер из фильмов Вуди Аллена Дуглас МакГрат внезапно умер в Нью-Йорке
08:55Кинократия
Канал HBO закрыл сериал «Мир Дикого Запада»
08:07Общество
Врач объяснил, как сделать сосуды чистыми без диеты и лекарств
08:00Культура
Петербург, Ярославль, Пермь: три театральные премьеры ноября за пределами столицы
07:00Общество
Таинственный перстень Керенского: Политик-неудачник и его загадочная драгоценность
06:30Общество
Диагноз «рак»: как правильно наблюдаться онкобольным
06:00Общество
Зачем мужчины уходят в декретный отпуск
05:36Общество
Найдена еще одна причина роста жира на животе: Не поможет даже отказ от пива
05:06В мире
Обозреватель AT Уидбург обвинила Байдена в недееспособности и призвала его уйти в отставку
05:01Авто
Корреспондент «РГ» проверил на своем опыте, можно ли выгодно купить автомобиль в Беларуси
05:00Экономика
Поезд Деда Мороза отправился на Дальний Восток
05:00Экономика
Кто придет на место ушедших из России брендов
03:23Экономика
Эксперт Долгова: К Новому году взлетят цены на товары с ограниченным сроком годности
03:00Экономика
Эксперты дали пять советов, как быстрее продать квартиру
05.
11.2022Власть
Посол Антонов: Западу надо думать о переговорном решении, а не о накачивании Киева оружием
05.11.2022Авто
Составлен маршрут Москва — Роза Хутор для электромобилей с учетом расположения быстрых зарядок
Главное сегодня:
В России испытали форсированный двигатель разгонного блока для «Ангары-А5»
https://ria.ru/20211229/dvigatel-1766086785.html
В России испытали форсированный двигатель разгонного блока для «Ангары-А5»
В России испытали форсированный двигатель разгонного блока для «Ангары-А5» — РИА Новости, 30.12.2021
В России испытали форсированный двигатель разгонного блока для «Ангары-А5»
Предприятие «Роскосмоса» провело первое огневое испытание форсированного кислородно-водородного двигателя нового разгонного блока для ракеты «Ангара-А5». РИА Новости, 30.12.2021
2021-12-29T22:04
2021-12-29T22:04
2021-12-30T09:40
роскосмос
ангара (ракета)
космос — риа наука
испытательный пуск ракеты-носителя «ангары-а5»
россия
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/07e5/0c/1e/1766115241_0:410:1880:1468_1920x0_80_0_0_5cc5092b54c2c42459b6de630251731c.jpg
МОСКВА, 29 дек — РИА Новости. Предприятие «Роскосмоса» провело первое огневое испытание форсированного кислородно-водородного двигателя нового разгонного блока для ракеты «Ангара-А5».Включение двигателя, работа на заданных режимах, а также останов прошли по заложенной программе.»Благодаря возобновленному циклу изготовления жидкого водорода на собственной производственной базе и слаженным действиям стендовиков-испытателей, наше предприятие успешно продолжает наземную огневую отработку кислородно-водородного двигателя, который обеспечит повышение энергетических характеристик ракеты «Ангара-А5″, а также сможет найти применение в других перспективных проектах», — приводятся слова директора воронежского КБХА Сергея Ковалева.Как отметил главный конструктор предприятия Виктор Горохов, по сравнению с предыдущей версией кислородно-водородного двигателя для разгонного блока «Ангары-А5» новый экземпляр форсирован по тяге на 20 процентов.
Кислородно-водородный ракетный двигатель РД-0146Д1 тягой девять тонн представляет собой одну из версий линейки двигателей РД-0146 разработки КБХА. Это первые в России ракетные двигатели, выполненные по безгенераторной схеме, и первые в мире жидкостные ракетные двигатели, созданные по независимой двухвальной схеме подачи компонентов топлива с последовательной подачей газа на турбины.Пока провели три пуска ракеты «Ангара-А5», в двух из них испытали разгонный блок «Бриз-М», третий — с новым разгонным блоком типа ДМ.
https://ria.ru/20211228/kosmos-1765816921.html
https://ria.ru/20211227/raketa-1765738085.html
россия
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/0c/1e/1766115241_0:58:1880:1468_1920x0_80_0_0_1f1bc5509931a4c5d9b91bbb3ee5fee7.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
роскосмос, ангара (ракета), космос — риа наука, испытательный пуск ракеты-носителя «ангары-а5», россия
Роскосмос, Ангара (ракета), Космос — РИА Наука, Испытательный пуск ракеты-носителя «Ангары-А5», Россия
МОСКВА, 29 дек — РИА Новости.
Предприятие «Роскосмоса» провело первое огневое испытание форсированного кислородно-водородного двигателя нового разгонного блока для ракеты «Ангара-А5».
«Двадцать девятого декабря в испытательном комплексе Воронежского центра ракетного двигателестроения <…> успешно проведено огневое испытание кислородно-водородного ракетного двигателя РД-0146Д1», — сообщила пресс-служба госкорпорации.
Включение двигателя, работа на заданных режимах, а также останов прошли по заложенной программе.
«Благодаря возобновленному циклу изготовления жидкого водорода на собственной производственной базе и слаженным действиям стендовиков-испытателей, наше предприятие успешно продолжает наземную огневую отработку кислородно-водородного двигателя, который обеспечит повышение энергетических характеристик ракеты «Ангара-А5″, а также сможет найти применение в других перспективных проектах», — приводятся слова директора воронежского КБХА Сергея Ковалева.
Как отметил главный конструктор предприятия Виктор Горохов, по сравнению с предыдущей версией кислородно-водородного двигателя для разгонного блока «Ангары-А5» новый экземпляр форсирован по тяге на 20 процентов.
28 декабря 2021, 13:25
Российские ученые разработают новейшую систему стыковки в космосе
Кислородно-водородный ракетный двигатель РД-0146Д1 тягой девять тонн представляет собой одну из версий линейки двигателей РД-0146 разработки КБХА. Это первые в России ракетные двигатели, выполненные по безгенераторной схеме, и первые в мире жидкостные ракетные двигатели, созданные по независимой двухвальной схеме подачи компонентов топлива с последовательной подачей газа на турбины.
Пока провели три пуска ракеты «Ангара-А5», в двух из них испытали разгонный блок «Бриз-М», третий — с новым разгонным блоком типа ДМ.
27 декабря 2021, 22:15Новое оружие России
С Плесецка запустили ракету «Ангара-А5»
Будущее аэрокосмической отрасли будет питаться водородом?
По мере того, как мир движется к технологиям экологически чистой энергии, авиация становится особенно сложной областью применения.
Созданные человеком летательные аппараты должны создавать невероятную тягу, чтобы вырваться из тисков гравитации. Они также должны нести достаточное количество топлива, чтобы оставаться в воздухе в течение длительного времени через континенты и океаны. По большому счету, электрические батареи или солнечная энергия сами по себе не могут обеспечить ни мощность, ни долговечность, необходимые для аэрокосмической отрасли — водород обеспечивает и то, и другое.
Водородное топливо легкодоступно. Его можно эффективно производить в виде побочного продукта нефти или путем электролиза. В виде жидкости или газа под давлением его можно относительно легко транспортировать, и его можно быстро заправить, минуя длительное время зарядки, необходимое для современных аккумуляторов.
Водород сгорает чисто, не производя ничего, кроме чистой воды, поскольку атомы водорода связываются с кислородом. Если сам водород можно производить с использованием энергии из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, он потенциально представляет собой 100% экологически чистый энергетический цикл.
Двуокись углерода, окись углерода и другие вредные выхлопные газы могут уйти в прошлое.
Десятилетиями жидкий водород служил мощным ракетным топливом , а в последнее время применение водорода в аэрокосмической отрасли расширилось за счет включения топливных элементов и горючего . Может ли водородная энергетика стать будущим как для авиации, так и для космических полетов?
Жидкий водород (LH
2 ) Ракетное топливо.
Жидкий водород (LH 2 ) играет важную роль в освоении космоса со времен программы НАСА «Аполлон». Ракеты «Сатурн» использовали его для своих двигателей вторичной ступени. Позже космический челнок НАСА будет использовать его для питания своих трех основных ракетных двигателей.
Жидкое водородное топливо имеет много преимуществ, включая его низкую молекулярную массу и высокую выходную мощность при сгорании вместе с жидким кислородом. Жидкое топливо часто является популярным выбором для вторичных / верхних ступеней ракеты после того, как твердое ракетное топливо обеспечивает дополнительную тягу, необходимую для взлета.
Водород также обеспечивает жидкое топливо низкой плотности для навигационных двигателей на орбите.
Главный двигатель космического челнока работал на жидком водородном топливе. Обратите внимание, что водородное пламя почти невидимо по сравнению с ярким пламенем двух твердотопливных ракетных ускорителей по обеим сторонам.
Сегодня водород по-прежнему перспективен в качестве ракетного топлива как для правительственных, так и для частных систем запуска и транспортных средств. Ступенчатая ракета Atlas Centaur United Launch Alliance (ULA), ракеты Boeing Delta III и IV, а также двигатели Blue Origin BE-3 и BE-7 используют ракетное топливо LH 2 .
WHA Industry Connection : Многие из инженеров-основателей WHA начали свою карьеру в НАСА, и Главный химик ВАЗ доктор Гарольд Бисон работал в команде, разработавшей Стандарт НАСА для водорода и водородных систем.
Позднее это руководство было адаптировано в Руководство AIAA по безопасности водородных и водородных систем .
Водородные топливные элементы в аэрокосмической отрасли.
Чуть ближе к земле коммерческая промышленность и НАСА объединились для изучения преимуществ водорода не в качестве ракетного топлива, а в системе топливных элементов. Проекты Pathfinder и Helios были разработаны компанией AeroVironment, Inc. в рамках программы НАСА по исследованию окружающей среды самолетов и сенсорных технологий (ERAST).
Беспилотный летательный аппарат Helios использовал систему водородных топливных элементов, регенерируемых солнечной энергией.
В этих экспериментальных беспилотных транспортных средствах большой дальности используется гибридная система, в которой водородные топливные элементы пополняются за счет электроэнергии от солнечных батарей.
В течение дня солнечные батареи производят электричество, которое посредством электролиза разделяет воду на водород и кислород. Ночью топливные элементы вырабатывают электричество из хранящихся газов, и цикл продолжается. Эта уникальная комбинация обеспечивает теоретически неограниченную непрерывную работу днем и ночью.
Отраслевые связи WHA: инженеры WHA оказывали поддержку при разработке проектов Pathfinder и Helios. В этих проектах использовалось уникальное сочетание опыта WHA в области водородных и кислородных систем .
Двигатели внутреннего сгорания в авиации.
Топливные элементы могут быть пригодны для дальнемагистральных легких рейсов, но при чем тут другие самолеты? Несколько крупных коммерческих авиалайнеров присматриваются к водороду как к чистому альтернативному топливу для традиционных турбореактивных и турбовентиляторных двигателей.
Недавно, 21 сентября 2020 года, Airbus представила три концепции водородных самолетов, получивших название «ZEROe» для нулевого уровня выбросов.
Они планируют запустить первый самолет к 2035 году, что сделает его первым в мире коммерческим самолетом с нулевым уровнем выбросов.
«Я твердо верю, что использование водорода — как в синтетическом топливе, так и в качестве основного источника энергии для коммерческих самолетов — может значительно снизить воздействие авиации на климат».
Гийом Фори, генеральный директор Airbus.
Airbus планирует использовать водород в качестве топлива для трех новых концептов ZEROe. Изображение предоставлено Airbus.
Все три концепта ZEROe используют жидкое водородное топливо для питания модифицированных газотурбинных двигателей. В самой большой концепции водород турбовентиляторные двигатели обеспечивают подъем до 200 пассажиров на расстояние более 2000 миль. Меньший водородный турбовинтовой также находится в разработке, перевозя до 100 пассажиров с дальностью более 1000 миль.
Наконец, жирная 9Конструкция корпуса 0011 со смешанным крылом обеспечивает повышенную гибкость для хранения и распределения водорода, а также компоновку салона.
Проблемы использования водорода в аэрокосмической отрасли.
Прежде чем водород сможет найти широкое применение в качестве альтернативного топлива, аэрокосмическая промышленность должна преодолеть несколько основных препятствий на пути к внедрению.
- Экстремальные условия: Водород имеет относительно низкую плотность энергии, а это означает, что его необходимо хранить в больших количествах для любого практического применения в качестве топлива. Чтобы компенсировать это, современные транспортные приложения раздвигают границы технологий с более высокими давлениями и экстремальными криогенными температурами.
- Общественное мнение: Впервые водород использовался в авиации не как топливо, а как подъемный механизм в цеппелинах и дирижаблях еще в середине 1800-х годов.
Хотя водород больше не используется в коммерческих целях в этом качестве, исторические события, такие как инцидент с Гинденбургом, оставили след в отрасли, хотя водород не был основным источником топлива для этого события. - Инфраструктура: В аэропортах потребуются значительные изменения инфраструктуры для обеспечения транспортировки и заправки водородом. Обращение с водородом в таких больших масштабах сопряжено с дополнительными логистическими проблемами и опасностью пожара/взрыва.
Хотя водород больше не используется в коммерческих целях в этом качестве, исторические события, такие как инцидент с Гинденбургом, оставили след в отрасли, хотя водород не был основным источником топлива для этого события.WHA Industry Connection: WHA Mechanical and Forensic Engineer Dr. Dani Murphy brings a wealth of experience from NREL (National Renewable Energy Laboratory) where she was involved в исследованиях водородной инфраструктуры , включая проектирование и безопасность заправочных станций.
«Переход на водород как основной источник энергии для этих концептуальных самолетов потребует решительных действий со стороны всей авиационной экосистемы.
Вместе с поддержкой со стороны правительства и промышленных партнеров мы можем справиться с этой задачей, чтобы увеличить масштабы использования возобновляемых источников энергии и водорода для устойчивого будущего авиационной отрасли».
Гийом Фори, генеральный директор Airbus.
WHA поддерживает водородные технологии в аэрокосмической отрасли.
На протяжении десятилетий WHA работала с аэрокосмической промышленностью над решением проблем безопасности, связанных с водородом.
Наши ученые и инженеры хорошо знакомы с уникальными рисками, связанными с водородом и кислородом в аэрокосмической отрасли, поскольку они участвовали в создании множества глобальных стандартов, включая Стандарт НАСА для водорода и водородных систем.
Мы сотрудничаем как с государственными, так и с частными организациями, чтобы обеспечить анализ отказов, анализ опасностей и поддержку проектирования, специальные испытания и техническое обучение для водорода.
По мере роста водородной экономики растут и риски.
WHA гордится тем, что вместе с отраслевыми партнерами помогает обеспечить более безопасное и чистое будущее для всех.
Основы космического полета: ракетное топливо
| РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО |
- Жидкости
- Твердые вещества
- Гибриды
- Таблицы свойств
Топливо представляет собой химическую смесь, сжигаемую для создания тяги в ракетах и состоящую из горючего и окислителя. Топливо — это вещество, которое сгорает в сочетании с кислородом, образуя газ для движения. Окислитель представляет собой агент, который высвобождает кислород для соединения с топливом. Отношение окислителя к горючему называется соотношением смеси . Топливо классифицируют по состоянию — жидкое, твердое или гибридное.
Калибр для оценки эффективности ракетного топлива: удельный импульс , выраженный в секундах.
Удельный импульс показывает, сколько фунтов (или килограммов) тяги получается при расходе одного фунта (или килограмма) топлива за одну секунду. Удельный импульс характеризует тип топлива, однако его точное значение будет несколько варьироваться в зависимости от условий эксплуатации и конструкции ракетного двигателя.
Жидкие ракетные топлива
В жидкостной ракете топливо и окислитель хранятся в отдельных баках и подаются через систему труб, клапанов и турбонасосов в камеру сгорания, где они объединяются и сжигаются для создания тяги. Жидкостные двигатели более сложны, чем их твердотопливные аналоги, однако они имеют ряд преимуществ. Управляя потоком топлива в камеру сгорания, двигатель можно дросселировать, останавливать или перезапускать.
Хорошим жидким топливом является топливо с высоким удельным импульсом или, другими словами, с высокой скоростью выброса выхлопных газов. Это подразумевает высокую температуру сгорания и выхлопные газы с малым молекулярным весом.
Однако необходимо учитывать еще один важный фактор: плотность топлива. Использование топлива с низкой плотностью означает, что потребуются большие резервуары для хранения, что увеличивает массу ракеты-носителя. Температура хранения также важна. Топливо с низкой температурой хранения, т. е. криогенное, потребует теплоизоляции, что еще больше увеличит массу пусковой установки. Токсичность топлива также важна. Угрозы безопасности существуют при обращении, транспортировке и хранении высокотоксичных соединений. Кроме того, некоторые виды топлива очень агрессивны; однако были определены материалы, устойчивые к определенным видам топлива, для использования в ракетостроении.
Жидкое топливо, используемое в ракетной технике, можно разделить на три типа: нефть, криогены и гиперголы.
Нефтяное топливо – это топливо, очищенное от сырой нефти и представляющее собой смесь сложных углеводородов, т. е. органических соединений, содержащих только углерод и водород.
Нефть, используемая в качестве ракетного топлива, представляет собой разновидность керосина высокой степени очистки, называемого в США RP-1. Нефтяное топливо обычно используется в сочетании с жидким кислородом в качестве окислителя. Керосин дает удельный импульс значительно меньше, чем криогенное топливо, но в целом лучше, чем гиперголическое топливо.
Спецификации для RP-1 были впервые выпущены в Соединенных Штатах в 1957 году, когда была признана необходимость в ракетном топливе из нефтяного топлива с чистым сгоранием. Предыдущие эксперименты с топливом для реактивных двигателей привели к образованию смолистых отложений в каналах охлаждения двигателя и чрезмерному количеству сажи, кокса и других отложений в газогенераторе. Даже с учетом новых спецификаций двигатели, работающие на керосине, по-прежнему производят достаточное количество выхлопных газов, что ограничивает срок их службы.
Жидкий кислород и РП-1 используются в качестве топлива в разгонных блоках первой ступени ракет-носителей Атлас и Дельта II.
Он также приводил в действие первые ступени ракет Saturn 1B и Saturn V.
Криогенные пропелленты представляют собой сжиженные газы, хранящиеся при очень низких температурах, чаще всего жидкий водород (LH 2 ) в качестве топлива и жидкий кислород (LO 2 или LOX) в качестве окислителя. Водород остается жидким при температуре -253 o C (-423 o F), а кислород остается в жидком состоянии при температуре -183 o C (-297 o F).
Из-за низких температур криогенного топлива его трудно хранить в течение длительного периода времени. По этой причине они менее желательны для использования в военных ракетах, которые должны быть готовы к запуску в течение нескольких месяцев. Кроме того, жидкий водород имеет очень низкую плотность (0,071 г/мл) и поэтому требует хранения во много раз большего объема, чем другие виды топлива. Несмотря на эти недостатки, высокая эффективность жидкого кислорода/жидкого водорода делает эти проблемы достойными решения, когда время реакции и возможность хранения не слишком критичны.
Жидкий водород обеспечивает удельный импульс примерно на 30-40% выше, чем у большинства других ракетных топлив.
Жидкий кислород и жидкий водород используются в качестве топлива в высокоэффективных главных двигателях космического корабля «Шаттл». LOX/LH 2 также приводил в действие верхние ступени ракет Saturn V и Saturn 1B, а также разгонный блок Centaur, первой американской ракеты LOX/LH 2 (1962 г.).
Другим криогенным топливом с желательными свойствами для космических двигательных установок является жидкий метан (-162 o C). При сжигании с жидким кислородом метан обладает более высокими эксплуатационными характеристиками, чем современное топливо для хранения, но без увеличения объема, характерного для LOX/LH 9.0019 2 , что приводит к снижению общей массы транспортного средства по сравнению с обычным гиперголическим топливом. LOX/метан также является чистым горением и нетоксичен. Будущие миссии на Марс, скорее всего, будут использовать метановое топливо, потому что его можно частично производить из марсианских ресурсов на месте.
LOX/метан не имеет истории полетов и имеет очень ограниченную историю наземных испытаний.
Двигатели, работающие на жидком фторе (-188 o C), также были разработаны и успешно запускались. Фтор не только чрезвычайно токсичен; это суперокислитель, который реагирует, обычно бурно, почти со всем, кроме азота, более легких благородных газов и уже фторированных веществ. Несмотря на эти недостатки, фтор обеспечивает очень впечатляющие характеристики двигателя. Его также можно смешивать с жидким кислородом для улучшения характеристик двигателей, работающих на LOX; полученная смесь называется FLOX. Из-за высокой токсичности фтора большинство космических держав в значительной степени отказались от него.
Некоторые фторсодержащие соединения, такие как пентафторид хлора, также рассматривались для использования в качестве «окислителя» в дальнем космосе.
Гиперголический ракетное топливо – это топливо и окислитель, которые самовозгораются при контакте друг с другом и не требуют источника воспламенения.
Возможность легкого запуска и перезапуска гиперголов делает их идеальными для систем маневрирования космических кораблей. Кроме того, поскольку гиперголы остаются жидкими при нормальных температурах, они не создают проблем с хранением криогенных топлив. Гиперголы очень токсичны, и с ними нужно обращаться с особой осторожностью.
Гиперголические топлива обычно включают гидразин, монометилгидразин (MMH) и несимметричный диметилгидразин (UDMH). Гидразин дает наилучшие характеристики в качестве ракетного топлива, но он имеет высокую температуру замерзания и слишком нестабилен для использования в качестве хладагента. MMH более стабилен и обеспечивает наилучшую производительность, когда возникает проблема с точкой замерзания, например, в двигателях космических кораблей. НДМГ имеет самую низкую температуру замерзания и обладает достаточной термической стабильностью для использования в больших двигателях с регенеративным охлаждением. Следовательно, НДМГ часто используется в ракетах-носителях, хотя он наименее эффективен из производных гидразина.
Также широко используются смешанные топлива, такие как Aerozine 50 (или «50-50»), который представляет собой смесь 50% НДМГ и 50% гидразина. Aerozine 50 почти так же стабилен, как НДМГ, и обеспечивает лучшую производительность.
Окислителем обычно является четырехокись азота (NTO) или азотная кислота. В Соединенных Штатах чаще всего используется азотная кислота типа III-A, называемая ингибированной азотной кислотой с красным дымом (IRFNA), которая состоит из HNO 3 + 14% N 2 O 4 + 1,5- 2,5% H 2 O + 0,6% HF (добавлен в качестве ингибитора коррозии). Четырехокись азота менее агрессивна, чем азотная кислота, и обеспечивает лучшие характеристики, но имеет более высокую температуру замерзания. Следовательно, четырехокись азота обычно является предпочтительным окислителем, когда температура замерзания не является проблемой, однако точка замерзания может быть снижена путем введения оксида азота. Образующийся окислитель называется смешанным оксидом азота (СОН).
Номер, включенный в описание, например. MON-3 или MON-25 указывает процентное содержание оксида азота по массе. В то время как чистый четырехокись азота имеет температуру замерзания около -9 o C, температура замерзания MON-3 составляет -15 o C, а температура замерзания MON-25 составляет -55 o C.
Военные спецификации США для IRFNA были впервые опубликованы в 1954 году, а в 1955 году последовали спецификации UDMH.
Ракеты-носители семейства Titan и вторая ступень ракеты Delta II используют топливо NTO/Aerozine 50. NTO / MMH используется в системе орбитального маневрирования (OMS) и системе управления реакцией (RCS) орбитального корабля Space Shuttle. IRFNA/UDMH часто используется в тактических ракетах, таких как Lance (1972-91).
Гидразин также часто используется в качестве монотоплива в двигателях каталитического разложения . В этих двигателях жидкое топливо распадается на горячий газ в присутствии катализатора.
При разложении гидразина возникают температуры примерно до 1100 o C (2000 o F) и удельный импульс около 230 или 240 секунд. Гидразин разлагается либо на водород и азот, либо на аммиак и азот.
Также использовались другие виды топлива , некоторые из которых заслуживают упоминания:
Спирты обычно использовались в качестве топлива в первые годы развития ракетной техники. Немецкая ракета V-2, как и американская Redstone, сжигала LOX и этиловый спирт (этанол), разбавленный водой для снижения температуры камеры сгорания. Однако по мере разработки более эффективных видов топлива спирты вышли из употребления.
Перекись водорода когда-то привлекла значительное внимание как окислитель и использовалась в британской ракете Black Arrow. В высоких концентрациях перекись водорода называется высокоактивной перекисью (HTP). Производительность и плотность HTP близки к азотной кислоте, и она гораздо менее токсична и коррозионно-активна; однако он имеет плохую температуру замерзания и нестабилен.
Хотя HTP никогда не использовался в качестве окислителя в больших двухкомпонентных топливах, он нашел широкое применение в качестве монотоплива. В присутствии катализатора ПВТ разлагается на кислород и перегретый пар с удельным импульсом около 150 с.
Закись азота использовалась как в качестве окислителя, так и в качестве монотоплива. Это предпочтительный окислитель для многих конструкций гибридных ракет, который часто используется в любительской ракетной технике большой мощности. В присутствии катализатора закись азота экзотермически разлагается на азот и кислород с удельным импульсом около 170 с.
Твердое топливо
Твердотопливные двигатели — самые простые из всех конструкций ракет. Они состоят из корпуса, обычно стального, заполненного смесью твердых соединений (топлива и окислителя), которые сгорают с большой скоростью, выбрасывая горячие газы из сопла для создания тяги. При воспламенении твердое топливо сгорает от центра к краям корпуса. Форма центрального канала определяет скорость и характер горения, обеспечивая тем самым средства управления тягой.
В отличие от жидкостных двигателей, твердотопливные двигатели не могут быть остановлены. После воспламенения они будут гореть до тех пор, пока не будет израсходовано все топливо.
Существует два семейства твердых топлив: гомогенные и составные. Оба типа плотны, стабильны при обычных температурах и легко хранятся.
Гомогенные ракетные топлива бывают одноосновными или двухосновными. Простое базовое топливо состоит из одного соединения, обычно нитроцеллюлозы, которое обладает как окислительной, так и восстановительной способностью. Двухосновные пропелленты обычно состоят из нитроцеллюлозы и нитроглицерина, к которым добавляется пластификатор. Гомогенные топлива обычно не имеют удельных импульсов более 210 секунд при нормальных условиях. Их главное преимущество в том, что они не выделяют дыма и поэтому широко используются в тактическом оружии. Они также часто используются для выполнения вспомогательных функций, таких как сброс отработанных деталей или отделение одной ступени от другой.
Современные композитные ракетные топлива представляют собой гетерогенные порошки (смеси), в которых в качестве окислителя используется кристаллизованная или тонкоизмельченная минеральная соль, часто перхлорат аммония, составляющий от 60% до 90% массы ракетного топлива. Само топливо, как правило, алюминий. Топливо скрепляется полимерным связующим, обычно полиуретаном или полибутадиеном, которое также используется в качестве топлива. Иногда включают дополнительные соединения, такие как катализатор, помогающий увеличить скорость горения, или другие вещества, облегчающие производство пороха. Конечный продукт представляет собой резиноподобное вещество с консистенцией твердого резинового ластика.
Композитные ракетные топлива часто идентифицируют по типу используемого полимерного связующего. Двумя наиболее распространенными связующими являются акрилонитрил полибутадиен-акриловой кислоты (PBAN) и полибутадиен с концевой гидроксильной группой (HTPB). Составы PBAN дают несколько более высокие удельный импульс, плотность и скорость горения, чем эквивалентные составы с использованием HTPB.
Однако пропеллент PBAN сложнее смешивать и обрабатывать, и он требует повышенной температуры отверждения. Связующее HTPB прочнее и гибче, чем связующее PBAN. Составы как PBAN, так и HTPB позволяют получить пороха с превосходными характеристиками, хорошими механическими свойствами и потенциально длительным временем горения.
Твердотопливные двигатели имеют множество применений. Небольшие твердые частицы часто приводят в действие последнюю ступень ракеты-носителя или прикрепляются к полезной нагрузке, чтобы вывести ее на более высокие орбиты. Средние твердые тела, такие как вспомогательный модуль полезной нагрузки (PAM) и инерционная верхняя ступень (IUS), обеспечивают дополнительный импульс для вывода спутников на геостационарную орбиту или планетарные траектории.
Ракеты-носители «Титан», «Дельта» и «Спейс шаттл» используют накладные твердотопливные ракеты для обеспечения дополнительной тяги при старте. В Space Shuttle используются самые большие твердотопливные ракетные двигатели, когда-либо построенные и запущенные в космос.
Каждый ускоритель содержит 500 000 кг (1 100 000 фунтов) топлива и может производить до 14 680 000 ньютонов (3 300 000 фунтов) тяги.
Гибридное топливо
Гибридные ракетные двигатели представляют собой промежуточную группу между твердотопливными и жидкостными двигателями. Одно из веществ твердое, обычно горючее, а другое, обычно окислитель, жидкое. Жидкость впрыскивается в твердое тело, топливный резервуар которого также служит камерой сгорания. Основным преимуществом таких двигателей является то, что они имеют высокие характеристики, аналогичные твердотопливным, но сгорание можно замедлить, остановить или даже возобновить. Эту концепцию трудно использовать для различных больших тяг, и поэтому гибридные ракетные двигатели строятся редко.
Гибридный двигатель, работающий на закиси азота в качестве жидкого окислителя и каучуке HTPB в качестве твердого топлива, приводил в движение корабль SpaceShipOne , который выиграл Ansari X-Prize.
| PROPERTIES OF ROCKET PROPELLANTS | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Compound | Chemical Formula | Molecular Weight | Density | Melting Point | Boiling Point |
| Liquid Oxygen | O 2 | 32. 00 | 1.14 g/ml | -218.8 o C | -183.0 o C |
| Liquid Fluorine | F 2 | 38.00 | 1.50 g /ml | -219.6 o C | -188.1 o C |
| Nitrogen Tetroxide | N 2 O 4 | 92.01 | 1.45 g/ml | -9.3 o С | 21.15 o C |
| Nitric Acid | HNO 3 | 63.01 | 1.55 g/ml | -41.6 o C | 83 o C |
| Hydrogen Peroxide | H 2 O 2 | 34.02 | 1.44 g/ml | -0.4 o C | 150.2 o C |
| Nitrous Oxide | N 2 O | 44. 01 | 1.22 g/ml | -90.8 o C | -88.5 o C |
| Chlorine Pentafluoride | ClF 5 | 130.45 | 1.9 g/ml | -103 o C | -13.1 o C |
| Ammonium Perchlorate | NH 4 ClO 4 | 117.49 | 1.95 g/ml | 240 o C | N/A |
| Жидкий водород | H 2 | 2.016 | 0.071 g/ml | -259.3 o C | -252.9 o C |
| Liquid Methane | CH 4 | 16.04 | 0.423 g /ml | -182.5 o C | -161.6 o C |
| Ethyl Alcohol | C 2 H 5 OH | 46. 07 | 0.789 g/ml | -114.1 o С | 78.2 o C |
| n-Dodecane (Kerosene) | C 12 H 26 | 170.34 | 0.749 g/ml | -9.6 o C | 216.3 o C |
| RP-1 | C n H 1.953n | ≈175 | 0.820 g/ml | N/A | 177-274 o C |
| Hydrazine | Н 2 Н 4 | 32.05 | 1.004 g/ml | 1.4 o C | 113.5 o C |
| Methyl Hydrazine | CH 3 NHNH 2 | 46.07 | 0.866 g/ml | -52.4 o C | 87.5 o C |
| Dimethyl Hydrazine | (CH 3 ) 2 NNH 2 | 60. 10 | 0.791 g/ml | -58 o С | 63.9 o C |
| Aluminum | Al | 26.98 | 2.70 g/ml | 660.4 o C | 2467 o C |
| Polybutadiene | (C 4 H 6 ) n | ≈3000 | ≈0,93 г/мл | н/д | н/д |
9019
ЗАМЕТКИ:
| Ракета. | Гиперголический | Соотношение смеси | Удельный импульс (с, уровень моря) | Импульс плотности (кг-с/л, с.л.) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Жидкий кислород | Жидкий водород | No | 5.00 | 381 | 124 | ||||
| Liquid Methane | No | 2.77 | 299 | 235 | |||||
| Ethanol + 25% water | No | 1.29 | 269 | 264 | |||||
| Kerosene | No | 2. 29 | 289 | 294 | |||||
| Hydrazine | No | 0.74 | 303 | 321 | |||||
| MMH | No | 1.15 | 300 | 298 | |||||
| UDMH | No | 1.38 | 297 | 286 | |||||
| 50-50 | No | 1.06 | 300 | 300 | |||||
| Жидкий фтор | Жидкий водород | Да | 6,00 | 400 | 155 | ||||
| Гидразин | Да | 1,82 | 338 | 432 | |||||
| ФЛОКС-70 | Керосин | Да | 3,80 | 320 | 385 | ||||
| Тетроксид азота | Kerosene | No | 3.53 | 267 | 330 | ||||
| Hydrazine | Yes | 1. 08 | 286 | 342 | |||||
| MMH | Yes | 1.73 | 280 | 325 | |||||
| UDMH | Yes | 2.10 | 277 | 316 | |||||
| 50-50 | Yes | 1.59 | 280 | 326 | |||||
| Red-Fuming Nitric Кислота (14% N 2 O 4 ) | Керосин | Нет | 4.42 | 256 | 335 | ||||
| Гидразин | Да | 276 | 341 | ||||||
| MMH | Yes | 2.13 | 269 | 328 | |||||
| UDMH | Yes | 2.60 | 266 | 321 | |||||
| 50-50 | Yes | 1,94 | 270 | 329 | |||||
| Перекись водорода (концентрация 85%) | Керосин | Нет | 7,84 | 258 | 324 | ||||
| Гидразин | Да | 2,15 | 269 | 328 | |||||
| Закись азота1 | HTPB (твердый) | № | 6. 48 | 248 | 290 | ||||
| Хлор пятифтористый | Гидразин | Да | 2.12 | 297 | 439 | ||||
| Перхлорат аммония (твердый) | Алюминий + HTPB (а) | No | 2.12 | 277 | 474 | ||||
| Aluminum + PBAN (b) | No | 2.33 | 277 | 476 | |||||
ЗАМЕТКИ: |
| SELECTED ROCKETS AND THEIR PROPELLANTS | ||||
|---|---|---|---|---|
| Rocket | Stage | Engines | Propellant | Specific Impulse |
| Atlas/Centaur (1962) | 0 1 2 | Rocketdyne YLR89- NA7 (x2) Rocketdyne YLR105-NA7 P&W RL-10A-3-3 (x2) | LOX/RP-1 LOX/RP-1 LOX/Lh3 | 259s sl / 292S VAC 220S SL / 309S VAC 444S VAUUM |
| TITAN II (1964) | 1 2 | AEROJET LR-87-AJ-5 (X2) AEROJEJ-IHJ-IHJEJ-IHJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEJEH /Аэрозин 50 NTO /Aerozine 50 | 259S SL /285S VAC 312S VAUM | |
| Saturn V (1967) | 1 2 3 | 1 2 3 | . | |