РАКЕ́ТНЫЕ ТО́ПЛИВА

РАКЕ́ТНЫЕ ТО́ПЛИВА, ве­ще­ст­ва, яв­ляю­щие­ся ис­точ­ни­ком энер­гии и ра­бо­чим те­лом, соз­даю­щим ре­ак­тив­ную тя­гу в ра­кет­ных дви­га­те­лях, при­ме­няе­мых в кос­мо­нав­ти­ке, авиа­ции, во­ен­ной и др. от­рас­лях тех­ни­ки. Р. т. под­раз­де­ля­ют на жид­кие, ге­ле­об­раз­ные, твёр­дые, гиб­рид­ные и ядер­ные в за­ви­си­мо­сти от со­ста­ва, струк­ту­ры, свойств и на­зна­че­ния то­п­лива. Р. т. сго­ра­ют в ка­ме­ре сго­ра­ния дви­га­те­ля, об­ра­зуя про­дук­ты сго­ра­ния с темп-рой 3000–4500 °C, ис­те­каю­щие со ско­ро­стью 2500–4500 м/с и соз­даю­щие ре­ак­тив­ную си­лу. Энер­ге­тич. по­ка­за­те­ли и эф­фек­тив­ность Р. т. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся удель­ным им­пуль­сом Р_уд – от­но­ше­ни­ем тя­ги дви­га­те­ля к рас­хо­ду Р. т. в еди­ни­цу вре­ме­ни (кг/кг то­п­ли­ва в с).

Жид­кие Р. т. под­раз­де­ля­ют на од­но- и двух­ком­по­нент­ные. К од­но­ком­по­нент­ным от­но­сят­ся про­дук­ты, не ну­ж­даю­щие­ся для сго­ра­ния в по­да­че окис­ли­те­ля из­вне. Это со­еди­не­ния ти­па эти­лен­ок­си­да, пе­рок­си­да во­до­ро­да, ор­га­нич. нит­ра­ты (в т. ч. ме­тил- и этил­нит­рат, нит­ро­гли­це­рин), ко­то­рые в ка­ме­ре сго­ра­ния дви­га­те­ля под­вер­га­ют­ся пре­вра­ще­нию с вы­де­ле­ни­ем боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва те­п­ло­ты и га­зо­об­раз­ных про­дук­тов. Пе­рок­си­ды и нит­ро­ал­ка­ны об­ла­да­ют от­но­си­тель­но низ­ки­ми энер­ге­тич. по­ка­за­те­ля­ми (напр., для 100%-но­го Н₂О₂ те­п­ло­та сго­ра­ния рав­на 2,9 МДж/кг и Р_уд=145 с). Этот вид Р. т. при­ме­ня­ют в ка­че­ст­ве вспо­мо­гат. то­п­ли­ва для сис­тем управ­ле­ния и ори­ен­та­ции ле­тат. ап­па­ра­тов, при­во­дов тур­бо­на­со­сов дви­га­те­лей. Двух­ком­по­нент­ные Р. т. со­дер­жат го­рю­чее и окис­ли­тель. Го­рю­чи­ми яв­ля­ют­ся: лиг­рои­но-ке­ро­си­но­вые и ке­ро­си­но-га­зой­ле­вые неф­тя­ные фрак­ции (пре­де­лы вы­ки­па­ния 150–315 °C), жид­кие во­до­род, ме­тан, этан, про­пан, спир­ты (в т. ч. ме­ти­ло­вый, эти­ло­вый, фур­фу­ри­ло­вый), гид­ра­зин и его про­из­вод­ные (1,1-ди­ме­тил- и фе­нил­гид­ра­зи­ны), жид­кий ам­ми­ак, ани­лин, ме­тил-, ди­ме­тил- и три­ме­тил­ами­ны, бо­ро­во­до­ро­ды (ти­па де­ка­бо­ра­на, ди­бо­ра­на, пен­та­бо­ра­на), ме­талл­со­дер­жа­щие со­еди­не­ния (го­мо­ген­ные сис­те­мы) – три­эти­ла­лю­ми­ний, гид­ри­ды и бо­ро­гид­ри­ды ме­тал­лов (Аl, Li, Be), ге­те­ро­ген­ные сус­пен­зии ме­тал­лов в гид­ра­зи­не и уг­ле­во­до­ро­дах. В ка­че­ст­ве окис­ли­те­ля при­ме­ня­ют жид­кий ки­сло­род, пе­рок­сид во­до­ро­да, кон­цен­трир. азот­ную ки­сло­ту, мо­но- и ди­ок­сид азо­та, тет­ра­нит­ро­ме­тан, жид­кие фтор и хлор, OF₂, ClF₃, NO₃F. При по­да­че в ка­ме­ру сго­ра­ния дви­га­те­ля эти Р. т. мо­гут са­мо­вос­пла­ме­нять­ся (напр., азот­ная ки­сло­та с ани­ли­ном, N₂O₄ с гид­ра­зи­ном), не­ко­то­рые Р. т. не са­мо­вос­пла­ме­ня­ют­ся и тре­бу­ют по­да­чи энер­гии от вос­пла­ме­нит. уст­рой­ст­ва (напр., смесь О₂ с Н₂). При ис­поль­зо­ва­нии сус­пен­зий ме­тал­лов в го­рю­чем (напр., Be в жид­ком Н₂) мож­но по­вы­сить Р_уд. Макс. Р_уд име­ют жид­кие Р. т. (412 с для H₂ с OF₂, бо­лее 400 с для H₂ с F₂, 391с для Н₂ с О₂).

Ге­ле­об­раз­ные Р. т. – го­рю­чие ве­ще­ст­ва, за­гу­щён­ные со­ля­ми вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных ор­га­нич. ки­слот или спец. до­бав­ка­ми. Та­ки­ми го­рю­чи­ми яв­ля­ют­ся, напр., гид­ра­зин или уг­ле­во­до­ро­ды. По­вы­ше­ние Р_уд дос­ти­га­ет­ся до­бав­ле­ни­ем в сме­си го­рю­чих и окис­ли­те­лей по­рош­ков Аl или Be (напр., Р. т., в со­став ко­то­ро­го вхо­дят гид­ра­зин, Be).

Твёр­дые Р. т. под­раз­де­ля­ют на бал­ли­стит­ные (прес­со­ван­ные нит­ро­гли­це­ри­но­вые по­ро­ха) и сме­се­вые (лить­е­вые), ко­то­рые при­ме­ня­ют в ви­де ка­наль­ных ша­шек, го­ря­щих по внеш­ней ли­бо внутр. по­верх­но­сти за­ря­дов. Сме­се­вые то­п­ли­ва с Р_уд=200 с пред­став­ля­ют со­бой ге­те­ро­ген­ные сме­си, как пра­ви­ло, окис­ли­те­ля ти­па пер­хло­ра­та ам­мо­ния (60–70% по мас­се), го­рю­че­го-свя­зую­ще­го – разл. по­ли­ме­ров, кау­чу­ков – по­ли­бу­та­дие­но­во­го, нит­риль­но­го, бу­тил­кау­чу­ка (10–15%), пла­сти­фи­ка­то­ра (5–10%), по­рош­ков ме­тал­лов Al, Be, Mg или их гид­ри­дов (10–20%), от­вер­ди­те­ля (0,5–2,0%) и ка­та­ли­за­то­ров го­ре­ния (0,1–1,0%). Осн. пре­иму­ще­ст­ва твёр­дых Р. т. пе­ред жид­ки­ми – от­сут­ст­вие не­об­хо­ди­мо­сти пред­ва­рит. за­прав­ки дви­га­те­ля то­п­ли­вом пе­ред стар­том, за­пол­не­ние дви­га­те­ля то­п­ли­вом на за­во­де, по­сто­ян­ная го­тов­ность к за­пус­ку, от­но­сит. про­сто­та кон­ст­рук­ции и экс­плуа­та­ции дви­га­те­ля; осн. не­дос­та­ток – зна­чи­тель­но мень­шее те­п­ло­со­дер­жа­ние.

Гиб­рид­ные Р. т. – сис­те­мы, со­дер­жа­щие го­рю­чее в твёр­дом со­стоя­нии в ка­ме­ре сго­ра­ния, а окис­ли­тель – в жид­ком со­стоя­нии в отд. ём­ко­сти (или на­обо­рот). Напр., го­рю­чи­ми мо­гут слу­жить от­вер­ждён­ные неф­тя­ные уг­ле­во­до­ро­ды, гид­ра­зин, по­ли­ме­ры и их сме­си с по­рош­ка­ми Al, Be, BeH₂, LiH, окис­ли­те­ля­ми – HNO₃, N₂O₄, H₂O₂, FClO₃, ClF₃, О₂, F₂, OF₂. Макс. ве­ли­чи­ну Р_уд име­ют Р. т. со­ста­ва: 395 с для BeH₂ с F₂, 375 с для ВеН₂ с Н₂О₂, 371 с для ВеН₂ с О₂.

Ядер­ные Р. т. пред­на­зна­че­ны для ис­поль­зо­ва­ния в дви­га­те­лях кос­мич. ра­кет. В ядер­ном ре­ак­то­ре про­ис­хо­дит де­ле­ние атом­ных ядер ура­на с вы­де­ле­ни­ем те­п­ло­ты. Че­рез ре­ак­тор про­ка­чи­ва­ет­ся ра­бо­чее те­ло (спирт, во­да, ам­ми­ак, во­до­род), ко­то­рое при ис­те­че­нии из дви­га­те­ля со­зда­ёт ре­ак­тив­ную си­лу. Из-за силь­но­го ио­ни­зи­рую­ще­го из­лу­че­ния ядер­ные Р. т. не на­шли ши­ро­ко­го при­ме­не­ния.