Введение
Однокомпонентное ракетное топливо
Monopropellants are propellants consisting of chemicals that release energy through exothermic chemical decomposition. The molecular bond energy of the monopropellant is released usually through use of a catalyst. This can be contrasted with bipropellants that release energy through the chemical reaction between an oxidizer and a fuel. While stable under defined storage conditions, monopropellants decompose very rapidly under certain other conditions to produce a large volume of its own energetic (hot) gases for the performance of mechanical work. Although solid deflagrants such as nitrocellulose, the most commonly used propellant in firearms, could be thought of as monopropellants, the term is usually reserved for liquids in engineering literature.
Монопропелленты – это топливо, состоящее из химических веществ, высвобождающих энергию посредством экзотермического химического разложения. Энергия молекулярных связей монопропеллента высвобождается, как правило, с использованием катализатора. Это отличается от бипропеллентов, которые высвобождают энергию в результате химической реакции между окислителем и горючим. Хотя монопропелленты стабильны при определенных условиях хранения, при других определенных условиях они очень быстро разлагаются, производя большой объем собственных энергетических (горячих) газов для совершения механической работы. Хотя твердые дефлагранты, такие как нитроцеллюлоза, наиболее распространенное топливо в огнестрельном оружии, можно рассматривать как монопропелленты, этот термин обычно используется для жидкостей в технической литературе.
Monopropellants are propellants consisting of chemicals that release energy through exothermic chemical decomposition. The molecular bond energy of the monopropellant is released usually through use of a catalyst. This can be contrasted with bipropellants that release energy through the chemical reaction between an oxidizer and a fuel. While stable under defined storage conditions, monopropellants decompose very rapidly under certain other conditions to produce a large volume of its own energetic (hot) gases for the performance of mechanical work. Although solid deflagrants such as nitrocellulose, the most commonly used propellant in firearms, could be thought of as monopropellants, the term is usually reserved for liquids in engineering literature.
Применение
Наиболее распространенное применение монопропеллентов – в низкоимпульсных ракетных двигателях, таких как двигатели реактивного управления, где обычно используется гидразин, который, как правило, разлагается при контакте с иридиевым катализатором (гидразин предварительно нагревается для поддержания реакционного вещества в жидком состоянии). Это разложение производит желаемую струю горячего газа и, следовательно, тягу. Перекись водорода использовалась в качестве источника энергии для насосов топливных баков в ракетах, таких как немецкая V-2 времен Второй мировой войны и американская Redstone. Перекись водорода пропускается через платиновую каталитическую сетку, оксид этилена, перекись водорода (особенно в немецкой версии времен Второй мировой войны под названием T-Stoff) и нитрометан являются распространенными ракетными монопропеллентами. Как отмечалось, удельный импульс монопропеллентов ниже, чем у бипропеллентов, и его можно определить с помощью инструмента Air Force Chemical Equilibrium Specific Impulse Code. Оксид азота, как в чистом виде, так и в составе топливных смесей на его основе, является одним из новых монопропеллентов, находящихся в разработке. Оксид азота обладает преимуществами самопрессирования и относительно низкой токсичности, с удельным импульсом, занимающим промежуточное положение между перекисью водорода и гидразином. При разложении оксид азота выделяет кислород, и его можно смешивать с топливом для получения монопропеллентной смеси с удельным импульсом до 325 с, сопоставимым с гиперголическими бипропеллентами. В 2018 году был изобретен новый катализатор на основе драгоценных металлов для использования с оксидом азота – оксид родия на сферах оксида алюминия, который более стабилен при высоких температурах, чем чистый родий или иридий. Прямое сравнение физических свойств, характеристик, стоимости, условий хранения, токсичности, требований к хранению и мер предосторожности при случайном выбросе для перекиси водорода, нитрата гидроксиламиния (HAN), гидразина и различных монопропеллентов на основе холодного газа показывает, что гидразин обеспечивает наилучшие характеристики с точки зрения удельного импульса. Однако гидразин также является самым дорогим и токсичным. Кроме того, HAN и перекись водорода обладают наибольшей плотностью импульса (общий импульс на единицу объема).