Топливо

Семен Смолин

Криогенные компоненты ЖРТ.

Собственно говоря, это подкласс низкокипящих компонентов. Т.е. вещества, имеющие температуру кипения ниже 120К. К криогенным компонентам относятся сжиженные газы: кислород, водород, фтор и др. Для уменьшения потерь на испарение и увеличения плотности возможно применение криогенного компонента в шугообразном состоянии, в виде смеси твердой и жидкой фаз этого компонента.

Требуются специальные меры при транспортировке, заправке (захолаживание баков и магистралей, теплоизоляция арматуры ЖРД и т.д.) и сливе.

Температура их критической точки значительно ниже эксплуатационной. Хранение в герметичных баках РН невозможно или сильно затруднено. Типичные представители кислород и водород в жидком фазовом состоянии.
Далее буду использовать американскую манеру их обозначения LOX и LН2 соответственно.Или так ЖК и ЖВ.
Наш "красавчик" РД-0120 (водород-кислород):

Видно, что он снаружи (арматура, магистрали) полностью залит теплоизоляционным материалом.

По мнению некоторых экспертов, технология производства РД-0120 к настоящему времени в РФ полностью утрачена. Однако на основе его технологий на том же предприятии создается кислородно-водородный двигатель РД-0146.

Когда компоненты РТ встречаются в КС ЖРД (по "умному" вступают в реакцию), их следует разделять на:

самовоспламеняющиеся (СТК), ограниченно-самовоспламеняющиеся (ОСТК) и несамовоспламеняющиеся ТК (НТК).

СТК: при контакте окислителя и топлива в жидком состоянии воспламеняются (во всем диапазоне эксплуатационных давлений и температур).
Это значительно упрощает систему поджига РД, однако если компоненты встретятся вне камеры сгорания (протечки, аварии) - то будет пожар, или большой "бабах". Тушение затруднено.

Пример:N204 (азотный тетраксид) + ММГ (монометилгидразин), N204 + N2Н4 (гидразин), N2О4+ НДМГ и все топлива на основе фтора.

ОСТК: здесь для воспламенения необходимо принимать специальные меры. Несамовоспламеняющиеся топлива требуют систему поджига.

Пример: керосин+LOX или LH2+LOX.

НТК: здесь комментарии думаю излишни. Требуется либо катализатор, либо постоянный поджиг (или температура и/или давление и т.д.), либо третий компонент.

Идеальны для транспортировки, хранения и "протечкоустойчивы".
Еще вариант разделения-по уровню энергетических характеристик ЖРТ:

*низкоэнергетические (с относительно низким удельным импульсом - однокомпонентные и др.);
*среднеэнергетические (со средним удельным импульсом—(02ж)+керосин , N204 + ММГ и др.);
*высокоэнергетические (с высоким удельным импульсом: (02)ж+ (Н2)Ж, (F2) ж+(Н2)ж и др.).

По токсичности и коррозионной активности компонентов различают ЖРТ:

*на нетоксичных и некоррозионно-активных компонентах топлива - (02)ж, углеводородные горючие и др.;
*на токсичных и коррозионно-активных компонентах топлива - ММГ, НДМГ и особенно (F2)ж.

По числу используемых компонентов топлива различают одно-, двух- и трехкомпонентные ДУ.
В однокомпонентных ДУ, в которых наиболее часто используют вытеснительную подачу.

В качестве однокомпонентного топлива на начальном этапе разработки вспомогательных однокомпонентных ДУ для ИСЗ, КА и КК использовалась высококонцентрированная (80 ... 95 %) перекись водорода.

В настоящее время такие вспомогательные двигательные установки применяют лишь в системах ориентации ступеней некоторых японских РН.

У остальных вспомогательных однокомпонентных ДУ перекись водорода "вытеснена" гидразином, при этом обеспечено увеличение удельного импульса примерно на 30%.

Широкому применению гидразина в ЖРД в значительной степени способствовало создание высоконадежных катализаторов с большим ресурсом, в частности катализатора "Шелл-405".

Наиболее широко человечество использует двухкомпонентные ТК, обладающие более высокими энергетическими характеристиками по сравнению с однокомпонентными. Но двухкомпонентные ЖРД сложнее по конструкции, чем однокомпонентные. Из-за наличия баков окислителя и горючего, более сложной системы трубопроводов и необходимости обеспечения требуемого соотношения компонентов топлива (коэффициента Кmо). В ДУ ИСЗ, КК и КА часто применяют не один, а несколько баков окислителя и горючего, что дополнительно усложняет систему трубопроводов двухкомпонентной ДУ.

Трёх компонентные РТ в разработке. Это настоящая экзотика.
Патент РФ на трёх-компонентный ЖРД .
Схема этого ЖРД .

Такие ЖРД можно классифицировать как многотопливные.
ЖРД на трехкомпонентном топливе (фтор+водород+литий) разрабатывался в ОКБ-456 .

Двухкомпонентные топлива состоят из окислителя и горючего.
ЖРД Bristol Siddeley BSSt.1 Stentor: двухкомпонентный ЖРД (H2O2+керосин)

Окислители

Кислород
Химическая формула-О2 (дикислород, американское обозначение Oxygen-OX).

В ЖРД применяется жидкий, а не газообразный кислород-Liquid oxygen (LOX-кратко и всё понятно).
Молекулярная масса (для молекулы)-32г/моль. Для любителей точности: атомная масса (молярная масса)=15,99903;
Плотность=1,141 г/см
Температура кипения=90,188K (182,96°C)

С точки зрения химии, идеальный окислитель. Он использовался в первых баллистических ракетах ФАУ, ее американских и советских копиях. Но его температура кипения не устраивала военных. Требуемый диапазон рабочих температур от –55°C до +55°C (большое время подготовки к старту, малое время нахождения на боевом дежурстве).

Очень низкая коррозионная активность. Производство давно освоено, стоимость небольшая: менее $0,1 (по-моему, дешевле литра молока в разы).
Недостатки:

Криогенный - необходимо захолаживание и постоянная дозаправка для компенсации потерь перед стартом. Еще и может нагадить другим ТК (керосину):

На фото: створки защитных устройств заправочного автостыка керосина (ЗУ-2), за 2 минуты до окончания циклограммы при выполнении операции ЗАКРЫТЬ ЗУ из-за обледенения не полностью закрылись. Одновременно из-за обледенения не прошел сигнал о съезде ТУА с пусковой установки. Пуск проведен на следующий день.

Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте.

Затруднено использование в качестве охладителя КС и сопла ЖРД.

GTJ

Топливо

Останні статті

Коментарі