Hypergolická pohonná látka - Hypergolic propellant

Hypergolické palivo hydrazin nakládání na POSEL vesmírná sonda. Obsluha má na sobě plnou Hazmat oblek kvůli nebezpečným materiálům.

A hypergolická pohonná látka kombinace použitá v a raketový motor je ten, jehož komponenty spontánně zapálit když přicházejí do vzájemného kontaktu.

Tyto dvě složky hnacího plynu obvykle sestávají z a palivo a okysličovadlo. Hlavní výhody hypergolických pohonných hmot spočívají v tom, že je lze skladovat jako kapaliny při pokojové teplotě a že motory, které jsou jimi poháněny, lze snadno a spolehlivě a opakovaně vznítit. I když se hypergolické pohonné látky běžně používají, je obtížné s nimi manipulovat kvůli jejich extrému toxicita a / nebo žíravost.

V současném použití výrazy „hypergol“ nebo „hypergolický pohon“ obvykle znamenají nejběžnější takovou kombinaci pohonných hmot, oxid dusný Plus hydrazin a / nebo jeho příbuzní monomethylhydrazin a nesymetrický dimethylhydrazin.

Dějiny

Výzkumník sovětských raketových motorů Valentin Glushko experimentoval s hypergolickým palivem již v roce 1931. Zpočátku se používal pro „chemické zapalování“ motorů, počínaje petrolej /kyselina dusičná motory s počáteční náplní fosforu rozpuštěného v sirouhlík.

Počínaje rokem 1935 prof. O. Lutz z Německý letecký institut experimentoval s více než 1000 samozápalnými hnacími plyny. Pomáhal Walter Company s rozvojem C-Stoff který se zapálil koncentrovaným peroxidem vodíku. Společnost BMW vyvinula motory spalující hypergolickou směs kyseliny dusičné s různými kombinacemi aminů, xylidinů a anilinů.[1]

Hypergolické pohonné hmoty byly v USA samostatně objeveny potřetí GALCIT a vědci Navy Annapolis v roce 1940. Vyvinuli motory poháněné anilinem a kyselinou dusičnou.[2] Robert Goddard, Reakční motory, a Curtiss-Wright pracoval na anilin / motory na bázi kyseliny dusičné na počátku 40. let pro malé rakety a vzlet s asistencíJATO ).[3]

První raketový motor s hypergolickým pohonem používaný pro lidský let, Walter 109-509A z let 1942–45.

V Německu od poloviny 30. let do konce druhá světová válka, raketová paliva byla obecně klasifikována jako monergoly, hypergoly, ne-hypergoly a lithergoly. Zakončení ergol je kombinací řecký ergon nebo pracovat a latinsky oleum nebo olej, později ovlivněn chemickou příponou -ol z alkohol.[Poznámka 1] Monergoly byly monopropellanty, zatímco nehypergolové ano bipropellanty což vyžadovalo externí zapálení a lithergoly byly hybridy pevná látka / kapalina. Hypergolické pohonné látky (nebo alespoň hypergolické vznícení) byly mnohem méně náchylné k těžké starty než elektrické nebo pyrotechnické zapalování. Terminologii „hypergole“ vytvořil Dr. Wolfgang Nöggerath z Technické univerzity v Brunswick, Německo.[4]

Jediným raketovým stíhačem, který kdy byl nasazen, byl Messerschmitt Me 163 B Komet. Komet měl HWK 109-509, raketový motor, který spotřebovával methanol / hydrazin jako palivo a vysoký testovací peroxid jako okysličovadlo. Hypergolický raketový motor měl výhodu rychlého stoupání a taktiky rychlého úderu za cenu, že byl velmi nestálý a schopný explodovat s jakýmkoli stupněm nepozornosti. Další navrhované bojové raketové stíhače jako Heinkel Julie a průzkumná letadla jako DFS 228 byly určeny k použití raketových motorů řady Walter 509, ale kromě Me 163 pouze Bachem Ba 349 Natter vertikální odpalovací letoun byl vždy letově testován s raketovým pohonným systémem Walter jako primárním udržovacím tahovým systémem pro vojenská letadla.

Nejdříve balistické střely jako je sovět R-7 který byl spuštěn Sputnik 1 a USA Atlas a Titan-1, použitý petrolej a kapalný kyslík. I když jsou upřednostňovány ve vesmírných odpalovacích zařízeních, potíže s ukládáním a kryogen jako kapalný kyslík v raketě, kterou bylo nutné udržovat připravenou odpalovat měsíce nebo roky, vedlo v USA k přechodu na hypergolické pohonné hmoty Titan II a ve většině sovětských ICBM, jako je R-36. Ale obtíže těchto korozivních a toxických materiálů, včetně úniků a výbuchů v silech Titan-II, vedly k jejich téměř univerzálnímu nahrazení tuhé palivo posilovače, nejprve v západní ponorky odpálené balistické střely a poté v pozemních amerických a sovětských ICBM.[5]

The Lunární modul Apollo, použitý v Přistání na Měsíci, používal hypergolická paliva v raketových motorech sestupu i výstupu.

Trend mezi západními agenturami vypouštějícími vesmír je daleko od velkých hypergolických raketových motorů a směrem k vodíkovým / kyslíkovým motorům s vyšším výkonem. Ariane 1 až 4, s jejich hypergolií první a druhá fáze (a volitelné hypergolické posilovače na Ariane 3 a 4) byly vyřazeny a nahrazeny Ariane 5, který využívá první stupeň poháněný kapalným vodíkem a kapalným kyslíkem. Titan II, III a IV s hypergolickou první a druhou fází byl také vyřazen. Hypergolické rakety jsou stále široce používány v horních fázích, kdy je vyžadováno více období vypalování a v provozu Spusťte únikové systémy.

Vlastnosti

Hypergolické tanky na pohonné hmoty Orbitální manévrovací systém raketoplánu Usilovat

Výhody

Hypergolicky poháněné raketové motory jsou obvykle jednoduché a spolehlivé, protože nepotřebují žádný zapalovací systém. Ačkoli větší hypergolické motory u některých nosných raket používají turbočerpadla, většina hypergolických motorů je napájena tlakem. Obvykle plyn hélium, je přiváděn do palivových nádrží pod tlakem pomocí série šek a pojistné ventily. Pohonné látky zase proudí regulačními ventily do spalovací komory; tam jejich okamžité kontaktní zapálení zabraňuje hromadění směsi nezreagovaných pohonných látek a následnému vznícení v potenciálně katastrofické tvrdý start.

Nejběžnější hypergolická paliva, hydrazin, monomethylhydrazin a nesymetrický dimethylhydrazin a okysličovadlo, oxid dusičitý, jsou všechny kapalné za běžných teplot a tlaků. Někdy se jim tedy říká skladovatelná kapalná paliva. Jsou vhodné pro použití v misích kosmických lodí trvajících mnoho let. The kryogenita z kapalný vodík a kapalný kyslík omezuje jejich praktické použití na kosmické nosné prostředky, kde je třeba je skladovat jen krátce.

Vzhledem k tomu, že hypergolické rakety nepotřebují zapalovací systém, mohou střílet libovolněkrát pouhým otevřením a zavřením ventilů hnacího plynu, dokud nejsou hnací plyny vyčerpány, a jsou proto jedinečně vhodné pro manévrování s kosmickými loděmi a dobře se hodí, i když ne tak výjimečně, jako horní stupně takových vesmírných odpalovačů jako Delta II a Ariane 5, který musí provést více než jedno vypálení. Restartovatelné nehypergolické raketové motory přesto existují, zejména kryogenní (kyslík / vodík) RL-10 na Kentaur a J-2 na Saturn V. The RP-1 / LOX Merlin na Falcon 9 lze také restartovat.

Nevýhody

Vzhledem k jejich hmotnosti jsou tradiční hypergolické pohonné látky méně energické než takové kombinace kryogenních pohonných hmot, jako je kapalný vodík / kapalný kyslík nebo kapalný metan / kapalný kyslík. Nosná raketa, která používá hypergolickou pohonnou látku, proto musí nést větší množství paliva než ta, která používá tato kryogenní paliva.

The žíravost, toxicita, a karcinogenita tradičních hypergoliků vyžaduje nákladná bezpečnostní opatření.[6][7]

Hypergolické kombinace

Běžný

Méně časté a zastaralé

Související technologie

Samozápalný látky, které se v přítomnosti vzduchu samovolně vznítí, se také někdy používají jako raketová paliva samotná nebo k zapálení jiných paliv. Například směs triethylboran a triethylaluminium (které jsou oba samostatně a ještě více společně pyroforické), byl použit pro spouštění motorů v SR-71 Blackbird a v F-1 motory na Saturn V raketa a používá se v Merlin motory na SpaceX Falcon 9 rakety.

Poznámky

  1. ^ "-ergol", Oxfordský anglický slovník

Reference

Citace
  1. ^ O. Lutz, History of German Guided Missiles Development, 1957
  2. ^ Sutton, George P., Historie raketových motorů na kapalná paliva
  3. ^ Papíry Roberta H. Goddarda
  4. ^ Botho, Stüwe (1998), Peenemünde West: Die Erprobungsstelle der Luftwaffe für geheime Fernlenkwaffen und deren Entwicklungsgeschichte, Peene Münde West: Weltbildverlag, s. 1 220, ISBN  9783828902947 (v němčině)
  5. ^ Clark (1972), str. 214
  6. ^ Shrnutí úniků a požárů souvisejících s hypergolickým pohonem NASA a USAF na Internetový archiv
  7. ^ „Nebezpečí toxických pohonných hmot“ na Youtube
  8. ^ Clark (1972), s. 45
  9. ^ „Hind: ISRO testuje motor Vikas“. 2014-03-23. Archivovány od originál dne 2014-03-23. Citováno 2019-07-29.
  10. ^ T.A. Heppenheimer, Vývoj raketoplánu, 1972–1981. Smithsonian Institution Press, 2002. ISBN  1-58834-009-0.
  11. ^ „Zpráva o startu vesmíru: datový list Ariane 5“.
  12. ^ „Aktualizace SpaceX - 10. prosince 2007“. SpaceX. 10. 12. 2007. Archivovány od originál 4. ledna 2011. Citováno 2010-02-03.
  13. ^ Brown, Charles D. (2003). Prvky konstrukce kosmické lodi. AIAA. str. 211. ISBN  978-1-56347-524-5.
  14. ^ „Vysoký test peroxidu“ (pdf). Citováno 11. července 2014.
  15. ^ Clark, John D. (1972). Zapalování! Neformální historie kapalných raketových pohonných hmot. Rutgers University Press. str. 214. ISBN  978-0-8135-0725-5.
Bibliografie
  • Clark, John (1972). Zapalování! Neformální historie kapalných raketových pohonných hmot. New Brunswick, New Jersey: Rutgers University Press. str. 14. ISBN  0-8135-0725-1.
  • Moderní inženýrství pro konstrukci raketových motorů na kapalná paliva, Huzel & Huang, hospoda AIAA, 1992. ISBN  1-56347-013-6.
  • Historie raketových motorů na kapalná paliva, G. Sutton, pub. AIAA 2005. ISBN  1-56347-649-5.

externí odkazy