Войти
Гиперголический топливный гидразин загружается на космический зонд MESSENGER. Дежурный одет в полный защитный костюм из-за опасного материала. Самовоспламеняющееся пропеллент комбинация используется в ракетном двигателе является одним, компоненты которого спонтанно воспламеняться, когда они вступают в контакт друг с другом.
Два компонента ракетного топлива обычно состоят из топлива и окислителя. Основными преимуществами гиперголических ракетных топлив является то, что они могут храниться в жидком виде при комнатной температуре и что двигатели, работающие от них, легко надежно и многократно воспламеняются. С обычными гиперголическими пропеллентами трудно обращаться из-за их чрезвычайной токсичности и / или коррозионной активности.
В современном использовании термины «гипергол» или «гиперголовый пропеллент» обычно означают наиболее распространенную такую комбинацию пропеллентов, тетроксид диазота плюс гидразин и / или его родственники монометилгидразин (MMH) и несимметричный диметилгидразин.
В 1935 году Хельмут Вальтер обнаружил, что гидразингидрат является гиперголичным с высокой концентрацией перекиси водорода 80-83 процентов. Вероятно, он был первым, кто обнаружил это явление и принялся за разработку топлива. Профессор Отто Лутц помог компании Walter в разработке C-Stoff, который содержал 30 процентов гидразингидрата, 57 процентов метанола и 13 процентов воды и самовоспламенялся от перекиси водорода высокой концентрации. BMW разработала двигатели, сжигающие гиперголичную смесь азотной кислоты с различными комбинациями аминов, ксилидинов и анилинов.
Гиперголическое топливо было независимо открыто во второй раз в США исследователями GALCIT и Navy Annapolis в 1940 году. Они разработали двигатели, работающие на анилине и красной дымящей азотной кислоте (RFNA). Роберт Годдард, Reaction Motors и Curtiss-Wright в начале 1940-х годов работали над анилиновыми и азотно-кислотными двигателями для небольших ракет и реактивных двигателей для взлета ( JATO ). Результатом проекта стал успешный взлет с помощью вспомогательного оборудования для нескольких двигателей Martin PBM и PBY. бомбардировщики, но проект не понравился из-за токсичных свойств как топлива, так и окислителя, а также из-за высокой точки замерзания аналина. Вторая проблема была решена путем добавления к аналину небольших количеств фурфурилового спирта.
Ранний гиперголовый ракетный двигатель Walter 109-509A 1942–1945 годов. В Германии с середины 1930-х годов через второй мировой войны, ракетных топлив были широко классифицированы как monergols, hypergols, NON-hypergols и lithergols. Окончание ergol представляет собой комбинацию греческого слова ergon или работа и латинского oleum или масла, на которое позже повлиял химический суффикс -ol от алкоголя. Monergols были однокомпонентные топлива, в то время как не-hypergols были bipropellants, которые требуют внешнего зажигания, и были lithergols твердое вещество / жидкость гибридов. Самовоспламеняющееся ракетного топливо (или, по крайней мере самовоспламеняющееся воспламенение) было гораздо менее подвержена твердыми запуски, чем электрическое или пиротехническое зажигание. Терминология «гипергол» была введена доктором Вольфгангом Нёггератом из Технического университета Брауншвейга, Германия.
Единственным когда-либо развернутым истребителем с ракетным двигателем был Messerschmitt Me 163 B Komet. У Комета был HWK 109-509, ракетный двигатель, который потреблял метанол / гидразин в качестве топлива и перекись с высоким содержанием перекиси в качестве окислителя. Гиперголический ракетный двигатель обладал преимуществом быстрого набора высоты и тактики быстрого попадания за счет того, что он был очень нестабильным и мог взорваться при любой степени невнимательности. Другие предлагаемые боевые ракетные истребители, такие как Heinkel Julia и разведывательные самолеты, такие как DFS 228, должны были использовать ракетные двигатели серии Walter 509, но помимо Me 163, только одноразовый истребитель вертикального запуска Bachem Ba 349 Natter когда-либо проходил летные испытания с Ракетная силовая установка Walter в качестве основной системы тяги для самолетов военного назначения.
Самые ранние баллистические ракеты, такие как советская Р-7, запускавшая Спутник-1, а также американские « Атлас» и « Титан-1», использовали керосин и жидкий кислород. Хотя они предпочитаются в космических пусковых установках, трудности с хранением криогенного вещества, такого как жидкий кислород, в ракете, которую нужно было держать в готовности к запуску в течение нескольких месяцев или лет, привели к переходу на гиперголическое топливо в США Titan II и в большинстве советских стран. МБР типа Р-36. Но трудности, связанные с такими коррозионными и токсичными материалами, включая утечки и взрывы в шахтах Титан-II, привели к их почти повсеместной замене твердотопливными ускорителями, сначала в западных баллистических ракетах подводных лодок, а затем в американских и советских межконтинентальных баллистических ракетах наземного базирования..
Лунный модуль « Аполлон», использовавшийся при посадке на Луну, использовал гиперголическое топливо как в спускаемых, так и в восходящих ракетных двигателях.
Среди западных космических агентств наблюдается тенденция отхода от больших гиперголических ракетных двигателей к водородно-кислородным двигателям с более высокими характеристиками. Ariane 1-4 с их гиперголичными первой и второй ступенями (и дополнительными гиперголическими ускорителями на Ariane 3 и 4) были сняты с производства и заменены Ariane 5, в котором первая ступень работает на жидком водороде и жидком кислороде. Titan II, III и IV с их гиперголичными первой и второй ступенями также были сняты с производства. Гиперголовые порохы по-прежнему широко используются в верхних ступенях, когда требуется несколько периодов выжигания на берегу, а также в системах эвакуации при запуске.
Баки с гиперголическим топливом орбитальной системы маневрирования космического корабля " Индевор" Ракетные двигатели, работающие на гиперголическом топливе, обычно просты и надежны, поскольку им не нужна система зажигания. Хотя более крупные гиперголовые двигатели в некоторых ракетах-носителях используют турбонасосы, большинство гиперголовых двигателей работают под давлением. Газ, обычно гелий, подается в топливные баки под давлением через ряд обратных и предохранительных клапанов. Топливо, в свою очередь, проходит через регулирующие клапаны в камеру сгорания; там их мгновенное контактное зажигание предотвращает накопление смеси непрореагировавших порохов и последующее возгорание при потенциально катастрофическом жестком запуске.
Наиболее распространенные виды топлива с гиперголизом, гидразин, монометилгидразин и несимметричный диметилгидразин, а также окислитель, четырехокись азота, являются жидкими при обычных температурах и давлениях. Поэтому их иногда называют хранимым жидким топливом. Они подходят для использования в многолетних космических полетах. Cryogenity из жидкого водорода и жидкого кислорода ограничивает их практическое применение для космических ракет - носителей, где они должны быть сохранены только кратко.
Поскольку гиперголические ракеты не нуждаются в системе зажигания, они могут запускать любое количество раз, просто открывая и закрывая топливные клапаны до тех пор, пока топливо не будет исчерпано, и поэтому они уникально подходят для маневрирования космического корабля и хорошо подходят, хотя и не однозначно, в качестве разгонных ступеней. таких космических ракет-носителей, как Delta II и Ariane 5, которые должны выполнить более одного выстрела. Перезапускаемые несамовоспламеняющихся ракетные двигатели, тем не менее существуют, в частности, криогенная (кислород / водород) RL-10 на Centaur и J-2 на Сатурн V. RP-1 / LOX Merlin на Соколе 9 также может быть перезапущен.
По сравнению с их массой традиционные гипергольные пропелленты менее энергетичны, чем такие криогенные комбинации пропеллентов, как жидкий водород / жидкий кислород или жидкий метан / жидкий кислород. Следовательно, ракета-носитель, использующая гиперголическое топливо, должна нести большую массу топлива, чем та, которая использует это криогенное топливо.
Коррозионная, токсичность и канцерогенность традиционных hypergolics требуют дорогостоящих мер предосторожности.
Общие гиперголические комбинации пропеллентов включают:
К менее распространенным и устаревшим гиперголическим порохам относятся:
Пирофорные вещества, которые самопроизвольно воспламеняются в присутствии воздуха, также иногда сами используются в качестве ракетного топлива или для воспламенения других видов топлива. Например, смесь триэтилборана и триэтилалюминия (которые по отдельности и даже в большей степени вместе пирофорны) использовалась для запуска двигателей в SR-71 Blackbird и в двигателях F-1 на ракете Saturn V и используется в Merlin. двигатели на ракетах SpaceX Falcon 9.
