Ракетное топливо

Ракетное топливо – вещества, используемые в ракетных двигателях для получения тяги и ускорения ракеты посредством энергии химической реакции (горения). Узнайте больше о различных видах ракетного топлива и их применении.

Ракетное топливо – вещества, используемые в ракетных двигателях различных конструкций для получения тяги и ускорения ракеты посредством энергии химической реакции (горения).

Не следует путать ракетное топливо с рабочим телом нехимических ракетных двигателей, например ядерных или электрических.

Понятие

Ракетное топливо – одно или более высокоэнергетических веществ питания ракетного двигателя для создания им тяги. С развитием ракетной техники идет развитие новых видов ракетных двигателей, например, ядерных ракетных двигателей. Ракетное топливо может быть химическим (жидким и твёрдым), ядерным, термоядерным.

Химические ракетные топлива

Химические ракетные топлива представляют собой жидкие и твёрдые компоненты, которые обеспечивают химическую реакцию горения для создания тяги в ракетных двигателях.

Жидкое химическое ракетное топливо

Жидкое химическое ракетное топливо состоит из двух компонентов: окислителя и горючего. Они находятся в ракете в жидком состоянии в разных баках. Смешивание компонентов происходит в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя, обычно с помощью форсунок. Давление компонентов топлива создается за счет работы турбонасосной или вытеснительной системы. Кроме того, компоненты топлива используются для охлаждения сопла жидкостного ракетного двигателя.

Жидкие ракетные топлива делятся на высококипящие, то есть находящиеся в жидком состоянии при температуре выше 298К (24,85 °C), и низкокипящие, которые для хранения и использования нужно охлаждать ниже 298К. Низкокипящие топлива, хотя бы один из компонентов которого должен находиться при температуре ниже 120К (−153,15 °C) называются криогенными.

Твёрдое ракетное топливо

Твёрдое ракетное топливо состоит из окислителя и горючего, но они находятся в виде смеси твёрдых веществ. Твёрдые ракетные топлива широко используются в ракетостроении.

Окислители для жидких видов топлива

Окислители для жидких видов топлива служат для окисления горючего в жидких ракетных двигателях. Они играют важную роль в химической реакции горения и определяют удельный импульс двигателя.

Свободные радикалы

Свободные радикалы – это один из типов химических ракетных топлив, где окислитель и горючее являются одним и тем же веществом. В таких топливах происходит самоокисление-самовосстановление с участием катализаторов или фазовый переход вещества.

Ядерные топлива

Ядерные топлива – это вид ракетного топлива, где энергия получается из ядерных реакций, таких как деление ядер или синтез новых ядерных элементов. Ядерные ракетные двигатели позволяют достичь очень высокой тяги и имеют потенциал для использования в космических исследованиях и полетах.

Топливо космических ракет и аппаратов

Топливо космических ракет и аппаратов включает жидкий кислород в качестве окислителя, жидкий водород в качестве топлива и жидкий метан. Однако все эти жидкие компоненты ракетного топлива превращаются из газа в жидкость только при криогенных температурах, поэтому обращаться с ними требует специальных условий и технологий.

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.

Использование водорода в качестве ракетного топлива выгодно по нескольким причинам. Во-первых, водород обладает высокой удельной тягой, что означает, что он обеспечивает большую силу тяги при меньших объемах топлива. Во-вторых, водород можно получить из различных источников, включая воду, и его использование не вызывает углеродных выбросов или загрязнений.

Вывод

Ракетное топливо играет ключевую роль в достижении космических полетов и исследований. Отличие ракетного топлива от автомобильного заключается в том, что ракеты используют только кислород в качестве окислителя, в то время как автомобили используют обычный воздух, смешанный с кислородом.

Различные виды ракетного топлива, включая химические, ядерные и космические топлива, обеспечивают разные уровни энергетической эффективности и применяются в зависимости от конкретных потребностей и задач.

Что нам скажет Википедия?

Ракетное топливо — вещества, используемые в ракетных двигателях различных конструкций для получения тяги и ускорения ракеты посредством энергии химической реакции (горения).

Не следует путать ракетное топливо с рабочим телом нехимических ракетных двигателей, например ядерных или электрических.

Ракетное топливо — одно или более высокоэнергетических веществ питания ракетного двигателя для создания им тяги. С развитием ракетной техники идет развитие новых видов ракетных двигателей, например, ядерных ракетных двигателей. Ракетное топливо может быть химическим (жидким и твёрдым), ядерным, термоядерным.

Жидкое химическое ракетное топливо состоит из двух компонентов: окислителя и горючего, которые находятся в ракете в жидком состоянии в разных баках. Смешивание их происходит в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя, обычно с помощью форсунок. Давление компонентов топлива создается за счет работы турбонасосной или вытеснительной системы, в работе которых также могут участвовать компоненты топливной пары. Кроме того, компоненты топлива используются для охлаждения сопла жидкостного ракетного двигателя. Жидкие ракетные топлива делятся на высококипящие, то есть находящиеся в жидком состоянии при температуре выше 298К (24,85 °C), и низкокипящие, которые для хранения и использования нужно охлаждать ниже 298К. Низкокипящие топлива, хотя бы один из компонентов которого должен находиться при температуре ниже 120К (−153,15 °C) называются криогенными.

Твёрдое ракетное топливо тоже состоит из окислителя и горючего, но они находятся в виде смеси твёрдых веществ.

Ракетное топливо в достаточно условной мере может быть разделено на различные группы; в качестве основных групп обычно рассматриваются следующие:

Химические ракетные топлива: это жидкие и твёрдые компоненты, которые обеспечивают химическую реакцию горения для создания тяги в ракетных двигателях.

Окислители для жидких видов топлива: это вещества, которые служат для окисления горючего в жидких ракетных двигателях.

Свободные радикалы: это один из типов химических ракетных топлив, где окислитель и горючее являются одним и тем же веществом, и происходит самоокисление-самовосстановление с участием катализаторов или фазовый переход вещества.

Ядерные топлива: это вид ракетного топлива, где энергия получается из ядерных реакций, таких как деление ядер или синтез новых ядерных элементов.

Вывод космических аппаратов за пределы земной атмосферы и разгон до орбитальных скоростей требует огромных энергозатрат. Используемые в настоящее время топлива и конструкционные материалы ракет обеспечивают соотношение масс на старте и на орбите не лучше 24:1. Поэтому масса космической ракеты на старте составляет сотни и даже тысячи тонн. Отрыв такой массы от стартового стола требует превосходящей реактивной тяги двигателей. Поэтому основное требование к топливу первой ступени ракет — возможность создания значительной тяги при приемлемых габаритах двигателя и запасах топлива. Тяга прямо пропорциональна удельному импульсу и массовому расходу топлива, то есть топлива с высоким удельным импульсом требуется меньше для вывода той же нагрузки на орбиту.

На одном конце этого выбора находится топливная пара жидкий водород+жидкий кислород с наивысшим удельным импульсом и низкой плотностью. На другом конце находится твёрдое топливо на основе перхлората аммония с низким удельным импульсом, но высокой плотностью.

В настоящее время ведутся работы по внедрению перспективного криогенного топлива жидкий метан + жидкий кислород. Очень дешёвое топливо, по остальным характеристикам занимает промежуточное положение между топливными парами керосин + жидкий кислород и жидкий водород + жидкий кислород. Используется в: BE-4 (РН Vulcan, New Glenn), Raptor (SpaceX Starship) и др.