Ракетное топливо:
- обеспечивает отрыв массы от стартового ствола;
- реактивную тягу для движения ракеты в заданном направлении;
- ускорение.
Однако все это жидкое ракетное топливо превращаются из газа в жидкость только при криогенных температурах, поэтому обращаться с ними несложно.
Для полета космической ракеты за пределами гравитационного поля Земли требуется огромное количество энергии.
Поскольку космическая ракета обычно имеет размер 20-этажного дома, для отправки такого огромного объекта в космос требуется огромное количество газообразного топлива, поэтому нет другого пути, кроме как сжижать его для уменьшения размеров бака.
В качестве топлива для ракет можно использовать керосин и окислитель - жидкий кислород.
Керосин можно хранить при комнатной температуре, поэтому с ним легко обращаться и он недорог.
Жидкое ракетное топливо из сжиженного водорода и метана - сним очень трудно обращаться как с криогенным веществом, но это топливо имеет преимущество в виде высокой удельной тяги.
Использование водорода в качестве ракетного топлива выгодно по нескольким причинам:
- самый легкодоступный элемент на Земле, а его запасы почти неограничены;
- водород можно легко получить простым электролизом воды;
- это также чистый источник энергии, свободный от загрязняющих веществ после сгорания. После сгорания остается вода;
- с развитием науки и техники постепенно преодолеваются различные сложные технические проблемы.
- в США и Японии предпочитают использовать жидкий водород;
- И. Маск рекомендует сжиженный метан:
- он поведал об этом в плане полетов на Марс SpaceX,
- в планах использовать ресурсы, которыми изобилует Марс, для производства метанового газа, его сжижения и использования в качестве ракетного топлива,
- он уже разработал двигатель и провел испытания горения;
- в РФ используют керосин и нафтил.
Отличие ракетного топлива от автомобильного в том, что автомобили используют обычный воздух, смешанный с кислородом, для сжигания топлива, а ракеты используют только кислород в качестве окислителя.
По агрегатному состоянию вещества топливо делят на:- жидкое - все компоненты (горючее и окислитель)находятся в жидком состоянии:
- окислителем может быть жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота с 15–20 % окислов азота, четырехокись азота, тетранитрометан, фтор и его смеси с жидким кислородом,
- горючим - керосин, водород, гидразин (азотно-водородное соединение N2H4), бензин, парафины и ароматические соединения, окись углерода, циклогексан и циклопропан, этилен, окись пропилена или этилена, ацетилен с водородом,
- закачиваются в камеру сгорания по отдельности и позже смешиваются,
- в зависимости от типа участвующих в реакции окисления компонентов такое топливо может быть:
- самовоспламеняющимся ракетным топливом,
- несамовоспламеняющимся ракетным топливом. Для химического зажигания основного топлива используют пусковое топливо;
- твердое - смесь веществ, способных гореть без доступа к ним кислорода. Их делят на 2 типа:
- двухосновные (иначе их называют гомогенными), представляет собой твердый раствор. Чаще всего нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Исторически в состав смесевого твердого топлива входил порох, но теперь в нем содержатся перохлорат аммония, мелкодисперсный сферический порошок алюминия или магния и органический полимер.
- смесевые;
- гибридное (смешанное) - состоит из компонентов в разном агрегатном состоянии:
- могут сочетаться твердый окислитель и жидкое горючее или наоборот.
- однокомпонентное - при сгорании не нуждается в подаче окислителя извне,
- двухкомпонентное - состоит из горючего и окислителя.
- Химическое ракетное топливо - в результате химической реакции окисления, разложения или рекомбинации образует высокотемпературные продукты (рабочее тело), создающие реактивную тягу при их истечении из РД;
- Ядерное ракетное топливо — вещество (или совокупность веществ), используемое в реакторах ядерных ракетных двигателей для осуществления ядерной цепной реакции деления (в перспективе синтеза и, может быть, аннигиляции).
Твердое ракетное топливо
Твёрдое топливо - это смесь горючего и окислителя. Окислитель - перхлорат аммония, представляющий собой соль хлорной кислоты и аммиака. Горючее - металлические порошки, например, алюминий.Топливо и окислитель упакованы в металлический корпус. Наполнитель - жесткий резиновый материал. При сгорании твердого топлива кислород из перхлората аммония соединяется с алюминием, выделяется огромное количество энергии, температура достигает более 2760 °C, создается тяга, которая поднимает ракету со стартовой площадки.
Твёрдое топливо плотное и быстро сгорает, быстро создавая тягу. Может храниться длительное время без ухудшения свойств и разрушения, что является распространённой проблемой жидкого топлива.
Жидкое топливо обеспечивает большую тягу и мощность, но требует более сложной технологии и дополнительного веса.
Ракеты на твердом топливе проще и безопаснее в эксплуатации, более живучи, чем жидкотопливные ракеты. Но и твердотопливные упаковки должны изготавливаться при тщательном контроле качества, поскольку трещины или пустоты при заливке наполнителя могут привести к отказу.
Твердое топливо любят военные ракетчики, поскольку в случае кризиса заправленную твердым топливом ракету можно быстрее запустить. Жидкотопливную ракету нужно перед запуском заправить. Для жидкотопливных ракет еще в 20 веке придумана технология ампулизации, обеспечивающая длительное содержание ракеты с жидкостным реактивным двигателем (ЖРД) в полной боевой готовности. Это в какой - то степени уменьшает разницу между ракетами твердотопливными и жидкотопливными. Ракеты с этими видами топлива скорее дополняют друга друга: твердотопливные ракеты обеспечивают быструю реакцию в случае кризиса, а жидкостные - гарантируют мощный ответ.
МБР можно отключить с помощью портов ограничения тяги, но вряд ли военспецы пользуются такой возможностью.
Кстати, твёрдое топливо иногда используется в ускорителях, но такие ракеты и так имеют жидкостную основную ступень.
