Ракетні палива

Ракетні палива — це речовини, що використовуються для створення тяги в ракетних двигунах. Вони поділяються на два основні типи: рідкі та твердотілі.

Класифікація рідких ракетних палив

Рідке ракетне паливо (РРП) — це речовина або суміш речовин, що забезпечують роботу ракетного двигуна завдяки реакції з окисником або самостійно. Вони мають високу енергетичну щільність і можуть бути зберігані у рідкому стані, забезпечуючи гнучкість у використанні. Розглянемо класифікацію РРП за різними критеріями.

1. За хімічним складом

1. Однокомпонентні:

   • Містять лише одну речовину, яка одночасно виконує функцію палива й окисника.
   • Приклади: гідразин (N₂H₄), перекис водню (H₂O₂ у високій концентрації).
   • Використовуються у двигунах з каталізаторами, які розкладають речовину з виділенням тепла та газів.

2. Багатокомпонентні:

   • Складаються з окремого палива та окисника.
   • Компоненти змішуються у камері згоряння, де відбувається реакція.
   • Приклади:
     • Паливо: гас (RP-1), гідразини (монометилгідразин, несиметричний диметилгідразин).
     • Окисник: рідкий кисень (LOX), тетраоксид азоту (N₂O₄).

2. За типом окисника

1. Окисники на основі кисню:

   • Рідкий кисень (LOX) — найпоширеніший окисник, застосовується в поєднанні з гасом або воднем.
   • Озон (O₃) — високоефективний, але небезпечний через сильну реактивність.

2. Галогенвмісні окисники:

   • Трифторид хлору (ClF₃), фторид азоту (NF₃).
   • Мають високу окиснювальну здатність, але токсичні й складні у зберіганні.

3. Азотовмісні окисники:

   • Тетраоксид азоту (N₂O₄), нітратна кислота (HNO₃).
   • Часто застосовуються у багатокомпонентних паливних системах.

3. За агрегатним станом

1. Кріогенні палива:

   • Підтримуються у рідкому стані при дуже низьких температурах.
   • Приклади: рідкий водень (LH₂), рідкий кисень (LOX).
   • Використовуються у потужних ракетах завдяки високій питомій імпульсності.

2. Некріогенні палива:

   • Зберігаються при кімнатній температурі.
   • Приклади: гас, гідразини, азотна кислота.

4. За токсичністю

1. Токсичні палива:

   • Гідразини, тетраоксид азоту.
   • Використовуються у військових і космічних програмах через зручність зберігання і запуску.

2. Нетоксичні палива:

   • Рідкий кисень, рідкий водень, гас.
   • Застосовуються переважно у цивільних програмах.

5. За взаємодією компонентів

1. Гіперголічні палива:

   • Паливо й окисник спонтанно взаємодіють при контакті без необхідності запалювання.
   • Приклади: гідразини з тетраоксидом азоту.
   • Переваги: простота запуску, надійність.
   • Недоліки: висока токсичність.

2. Негіперголічні палива:

   • Потребують зовнішнього джерела запалювання.
   • Приклади: гас із рідким киснем.

6. За джерелом походження

1. Синтетичні палива:

   • Отримуються шляхом хімічного синтезу.
   • Приклади: рідкий водень, гідразини.

2. Природні палива:

   • Продукти переробки природної сировини.
   • Приклади: гас, метан.

7. За застосуванням

1. Основні компоненти:

   • Використовуються для запуску й основного етапу польоту.
   • Приклади: гас (RP-1), рідкий кисень.

2. Коригувальні палива:

   • Застосовуються для орбітального маневрування та корекції траєкторії.
   • Приклади: монометилгідразин (MMH), тетраоксид азоту.

Популярні комбінації палива та окисника

1. Рідкий кисень + рідкий водень:

   • Найефективніша комбінація.
   • Використовується в космічних програмах (наприклад, у двигунах Space Shuttle).

2. Гас + рідкий кисень:

   • Використовується в перших ступенях ракет.
   • Поширене у військових і комерційних ракетах (наприклад, Falcon 9).

3. Гідразин + тетраоксид азоту:

   • Використовується у гіперголічних двигунах.

4. Метан + рідкий кисень:

   • Перспективна комбінація завдяки простоті зберігання метану.
   • Використовується в сучасних ракетах (наприклад, SpaceX Starship).

Класифікація рідких ракетних палив

Рідкі ракетні палива	Однокомпонетні	Мономолекулярні	Нітроефіри
			Нітропарафіни
			Ендотермічні сполуки
		Суміші
	Двохкомпонентні	Окислювачі	Кисневі
			Азотні
			Фторні
			Хлорні
		Пальне	Водневе
			Вуглеводневе
			Гідразинне
			Амінне
			Бороводневе
			З вмістом металів

Теплота згорання деяких ракетних пальних

Пальне	Теплота згорання, кДж/кг
Алюміній	31045
Рідкий аміак	17401
Анілін	34775
Аерозин-50	23316
Берилій	66426
Боргідрид берилію	70696
Водень	116090
Гідразин	16662
Диметилацетилен	44699
Несиметричний диметилгідразин (НДМГ)	29972
Диетиламін	38289
Ізопропіл – нітрат	17116
Керосин (гас)	42886
Літій	43042
Метилацетилен	45692
Метиловий спирт	19898
Монометил-гідразин	25436
Нітрометан	10536
Пентаборан	68229
Триетиламін	39990
Етиловий спирт	26817