وقود الصواريخ السائل

الموسوعة الحرة

تستخدم الصواريخ الكيميائية ذات الدفع النوعي الأعلى الوقود السائل ( صواريخ الوقود السائل ). ويمكن أن تتكون من مادة كيميائية واحدة ( وقود أحادي ) أو مزيج من مادتين كيميائيتين، تسمى الوقود الثنائي . ويمكن تقسيم الوقود الثنائي إلى فئتين؛ الوقود شديد الاشتعال ، الذي يشتعل عندما يتلامس الوقود والمؤكسد ، والوقود غير شديد الاشتعال الذي يتطلب مصدر اشتعال. [1]

تم اختبار حوالي 170 نوعًا مختلفًا من الوقود السائل ، باستثناء التغييرات الطفيفة على نوع معين من الوقود مثل إضافات الوقود أو مثبطات التآكل أو المثبتات. وفي الولايات المتحدة وحدها، تم اختبار ما لا يقل عن 25 تركيبة مختلفة من الوقود. [2]

هناك العديد من العوامل التي تدخل في اختيار الوقود لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. وتشمل العوامل الأساسية سهولة التشغيل والتكلفة والمخاطر/البيئة والأداء. [ بحاجة لمصدر ]

تاريخ

التطور في أوائل القرن العشرين

روبرت هـ. جودارد في 16 مارس 1926، يحمل إطار إطلاق أول صاروخ يعمل بالوقود السائل

اقترح كونستانتين تسيولكوفسكي استخدام الوقود السائل في عام 1903، في مقالته "استكشاف الفضاء الخارجي بواسطة أجهزة الصواريخ". [3] [4]

في 16 مارس 1926، استخدم روبرت جودارد الأكسجين السائل ( LOX ) والبنزين كوقود صاروخي لأول إطلاق ناجح جزئيًا لصاروخ يعمل بالوقود السائل . كلا الوقودين متوفران بسهولة ورخيصان وعاليا الطاقة. الأكسجين هو مادة مبردة معتدلة حيث لا يتحول الهواء إلى سائل عند مواجهة خزان الأكسجين السائل، لذلك من الممكن تخزين LOX لفترة وجيزة في صاروخ دون عزل مفرط. [ بحاجة لتوضيح ]

فريدريش ساندر وفني أوبل راك أوغست بيكر وموظف أوبل كارل تريبر (من اليمين إلى اليسار) مع النموذج الأولي لطائرة صاروخية تعمل بالوقود السائل في أوبل رينباهن في روزلسهايم

في ألمانيا، أصبح المهندسون والعلماء مفتونين بالدفع السائل، فقاموا ببناء واختبار الصواريخ في أواخر عشرينيات القرن العشرين داخل Opel RAK في روسلسهايم. وفقًا لرواية ماكس فاليير ، أطلق مصمم صاروخ Opel RAK فريدريش فيلهلم ساندر صاروخين يعملان بالوقود السائل في Opel Rennbahn في روسلسهايم في 10 أبريل و12 أبريل 1929. كان صاروخا Opel RAK أول صاروخين أوروبيين، وبعد جودارد كانا ثاني صاروخين يعملان بالوقود السائل، في التاريخ. [ بحاجة لتوضيح ]

فترة الحرب العالمية الثانية

كان لدى ألمانيا نشاط كبير في تطوير الصواريخ قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية ، سواء بالنسبة للصاروخ الاستراتيجي V-2 أو الصواريخ الأخرى. استخدم الصاروخ V-2 محركًا يعمل بالوقود السائل الكحولي/LOX، مع بيروكسيد الهيدروجين لتشغيل مضخات الوقود. [5] : 9  تم خلط الكحول بالماء لتبريد المحرك. طورت كل من ألمانيا والولايات المتحدة محركات صاروخية تعمل بالوقود السائل قابلة لإعادة الاستخدام والتي تستخدم مؤكسد سائل قابل للتخزين بكثافة أكبر بكثير من LOX ووقود سائل يشتعل تلقائيًا عند ملامسته للمؤكسد عالي الكثافة.

الشركة المصنعة الرئيسية لمحركات الصواريخ الألمانية للاستخدام العسكري، شركة HWK ، [6] صنعت سلسلة محركات الصواريخ التي تحمل الرقم RLM - 109-500 ، واستخدمت إما بيروكسيد الهيدروجين كوقود أحادي لتلبية احتياجات الإقلاع بمساعدة الدفع الصاروخي من شركة Starthilfe ؛ [7] أو كشكل من أشكال الدفع لقنابل الانزلاق الجوي البحري الموجهة بواسطة MCLOS ؛ [8] واستخدمت في تركيبة وقود ثنائي من نفس المؤكسد مع خليط وقود من هيدرات الهيدرازين وكحول الميثيل لأنظمة محركات الصواريخ المخصصة لأغراض دفع الطائرات القتالية المأهولة. [9]

كانت تصاميم المحركات الأمريكية تعمل بالوقود ثنائي الدفع من حمض النيتريك كمؤكسد والأنيلين كوقود . تم استخدام كلا المحركين لتشغيل الطائرات، في حالة تصميمات محركات سلسلة Walter 509 الألمانية، تم استخدام محرك Me 163 Komet الاعتراضي، ووحدات RATO من كلا البلدين (كما هو الحال مع نظام Starthilfe لسلاح الجو الألماني) للمساعدة في إقلاع الطائرات، والتي شكلت الغرض الأساسي في حالة تكنولوجيا محرك الصواريخ الذي يعمل بالوقود السائل في الولايات المتحدة - والتي كان الكثير منها من عقل ضابط البحرية الأمريكية روبرت ترواكس . [10]

خمسينيات وستينيات القرن العشرين

خلال الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، كان هناك نشاط كبير من قبل كيميائيي الوقود لإيجاد وقود سائل وصلب عالي الطاقة أكثر ملاءمة للأغراض العسكرية. تحتاج الصواريخ الاستراتيجية الكبيرة إلى الجلوس في صوامع أرضية أو غواصات لسنوات عديدة، وقادرة على الإطلاق في أي لحظة. الوقود الذي يتطلب التبريد المستمر، والذي يتسبب في نمو بطانيات سميكة من الجليد على صواريخهم، لم يكن عمليًا. نظرًا لأن الجيش كان على استعداد للتعامل مع المواد الخطرة واستخدامها، فقد تم تخمير عدد كبير من المواد الكيميائية الخطرة في دفعات كبيرة، وانتهى الأمر بمعظمها إلى اعتبارها غير مناسبة للأنظمة التشغيلية. في حالة حمض النيتريك ، فإن الحمض نفسه ( HNO3)
3) كان غير مستقر، وتآكل معظم المعادن، مما يجعل من الصعب تخزينه. إضافة كمية متواضعة من رباعي أكسيد النيتروجين ، N
2ا
4لقد تحول الخليط إلى اللون الأحمر وظلت تركيبته كما هي، ولكن المشكلة تكمن في أن حمض النيتريك يتسبب في تآكل الحاويات التي يوضع فيها، مما يؤدي إلى إطلاق غازات يمكن أن تؤدي إلى تراكم الضغط في هذه العملية. وكان الاختراق هو إضافة القليل من فلوريد الهيدروجين (HF)، والذي يشكل فلوريد معدني ذاتي الغلق على الجزء الداخلي من جدران الخزان والذي يمنع حمض النيتريك المدخن الأحمر. وهذا جعل "IRFNA" قابلاً للتخزين.

تركيبات الوقود المعتمدة على IRFNA أو N النقي
2ا
4تم بعد ذلك اعتماد المؤكسد والكيروسين أو الأنيلين عالي الاشتعال (ذاتي الاشتعال) أو الهيدرازين أو ثنائي ميثيل الهيدرازين غير المتماثل (UDMH) كوقود في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي لاستخدامه في الصواريخ الاستراتيجية والتكتيكية. تتمتع الوقود السائل ثنائي الاشتعال القابل للتخزين ذاتي الاشتعال بنبض نوعي أقل إلى حد ما من LOX / الكيروسين ولكنها ذات كثافة أعلى بحيث يمكن وضع كتلة أكبر من الوقود في نفس حجم الخزانات. تم استبدال البنزين بوقود هيدروكربوني مختلف ، [ 5 ] على سبيل المثال RP-1  - درجة عالية التكرير من الكيروسين . هذا المزيج عملي للغاية للصواريخ التي لا تحتاج إلى تخزين.

الكيروسين

استخدمت صواريخ V-2 التي طورتها ألمانيا النازية أكاسيد النيتروجين والكحول الإيثيلي. وكانت إحدى المزايا الرئيسية للكحول هي محتواه المائي، الذي وفر التبريد لمحركات الصواريخ الأكبر حجمًا. وكانت الوقود القائم على البترول يوفر طاقة أكبر من الكحول، لكن البنزين والكيروسين القياسيين يتركان الكثير من السخام ومنتجات الاحتراق الثانوية التي يمكن أن تسد أنابيب المحرك. بالإضافة إلى ذلك، كانت تفتقر إلى خصائص التبريد التي يتمتع بها الكحول الإيثيلي.

خلال أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، تم تكليف الصناعة الكيميائية في الولايات المتحدة بمهمة صياغة وقود صاروخي محسن قائم على البترول لا يترك بقايا ويضمن أيضًا بقاء المحركات باردة. وكانت النتيجة هي RP-1 ، الذي تم الانتهاء من مواصفاته بحلول عام 1954. كان RP-1 شكلًا مكررًا للغاية من وقود الطائرات، وكان يحترق بشكل أنظف بكثير من وقود البترول التقليدي كما أنه يشكل خطرًا أقل على أفراد الأرض من الأبخرة المتفجرة. أصبح RP-1 هو الدافع لمعظم الصواريخ والصواريخ الباليستية الأمريكية المبكرة مثل Atlas و Titan I و Thor. تبنى السوفييت بسرعة RP-1 لصاروخهم R-7، لكن غالبية مركبات الإطلاق السوفيتية استخدمت في النهاية دوافع فائقة الاشتعال قابلة للتخزين. اعتبارًا من عام 2017 ، يتم استخدامه في المراحل الأولى من العديد من قاذفات المدار.

هيدروجين

اعتقد العديد من منظري الصواريخ الأوائل أن الهيدروجين سيكون دافعًا رائعًا، لأنه يعطي أعلى دفعة محددة . كما يُعتبر الأنظف عند أكسدته بالأكسجين لأن المنتج الثانوي الوحيد هو الماء. يعد إصلاح البخار للغاز الطبيعي الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج الهيدروجين بكميات تجارية بنسبة 95٪ تقريبًا من الإنتاج العالمي [11] [12] من 500 مليار متر مكعب في عام 1998. [13] عند درجات حرارة عالية (700-1100 درجة مئوية) وفي وجود محفز قائم على المعدن ( النيكل )، يتفاعل البخار مع الميثان لإنتاج أول أكسيد الكربون والهيدروجين.

الهيدروجين ضخم جدًا مقارنة بالوقود الآخر؛ وعادةً ما يتم تخزينه كسائل مبرد، وهي تقنية تم إتقانها في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي كجزء من برنامج تطوير القنبلة الهيدروجينية في لوس ألاموس . يمكن تخزين الهيدروجين السائل ونقله دون غليان، وذلك باستخدام الهيليوم كمبرد، حيث أن الهيليوم له نقطة غليان أقل من الهيدروجين. يُفقد الهيدروجين عن طريق التنفيس إلى الغلاف الجوي فقط بعد تحميله على مركبة الإطلاق، حيث لا يوجد تبريد. [14]

في أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات من القرن العشرين، تم اعتماده للمراحل التي تعمل بالهيدروجين مثل المرحلتين العلويتين من صاروخي سنتور وزحل . [ بحاجة لمصدر ] يتمتع الهيدروجين بكثافة منخفضة حتى في صورة سائلة، مما يتطلب خزانات ومضخات كبيرة؛ ويتطلب الحفاظ على البرودة الشديدة اللازمة عزل الخزان. يقلل هذا الوزن الزائد من نسبة كتلة المرحلة أو يتطلب تدابير غير عادية مثل تثبيت ضغط الخزانات لتقليل الوزن. (تدعم الخزانات المستقرة الضغط معظم الأحمال بالضغط الداخلي بدلاً من الهياكل الصلبة، وتوظف في المقام الأول قوة الشد لمادة الخزان. [ بحاجة لمصدر ] )

لم يستخدم برنامج الصواريخ السوفييتي الهيدروجين السائل كوقود حتى المرحلة الأساسية لصاروخ إنيرجيا في الثمانينيات، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الافتقار إلى القدرة التقنية. [ بحاجة لمصدر ]

استخدام المرحلة العليا

يوفر محرك الصاروخ السائل ثنائي الوقود الأكسجين السائل والهيدروجين أعلى نبضة نوعية للصواريخ التقليدية. يعوض هذا الأداء الإضافي إلى حد كبير عن عيب الكثافة المنخفضة، والتي تتطلب خزانات وقود أكبر. ومع ذلك، فإن الزيادة الطفيفة في النبضة النوعية في تطبيق المرحلة العليا يمكن أن تؤدي إلى زيادة كبيرة في كتلة الحمولة إلى المدار. [15]

مقارنة بالكيروسين

إن حرائق منصات الإطلاق الناجمة عن الكيروسين المنسكب أكثر ضرراً من حرائق الهيدروجين، وذلك لسببين رئيسيين:

  • يحترق الكيروسين بدرجة حرارة أعلى بنحو 20% من الهيدروجين في درجة الحرارة المطلقة.
  • طفو الهيدروجين. نظرًا لأن الهيدروجين عبارة عن غاز مبرد عميق، فإنه يغلي بسرعة ويرتفع، بسبب كثافته المنخفضة جدًا كغاز. حتى عندما يحترق الهيدروجين، فإن غاز الهيدروجين يتبخر .
    2    إن الأكسجين     المتكون له وزن جزيئي يبلغ 18  وحدة كتلة جزيئية فقط مقارنة بـ 29.9  وحدة كتلة جزيئية للهواء، لذا فهو يرتفع بسرعة أيضًا. من ناحية أخرى، يسقط وقود الكيروسين المسكوب على الأرض وإذا اشتعل يمكن أن يحترق لساعات إذا انسكب بكميات كبيرة.

تتسبب حرائق الكيروسين حتمًا في أضرار حرارية واسعة النطاق تتطلب إصلاحات وإعادة بناء تستغرق وقتًا طويلاً. ويحدث هذا غالبًا بين أطقم منصات الاختبار التي تشارك في إطلاق محركات الصواريخ الكبيرة غير المجربة.

تتطلب المحركات التي تعمل بالهيدروجين تصميمًا خاصًا، مثل تشغيل خطوط الوقود بشكل أفقي، حتى لا تتشكل "فخاخ" في الخطوط، مما قد يتسبب في تمزق الأنابيب بسبب الغليان في الأماكن الضيقة. (ينطبق نفس الحذر على المواد المبردة الأخرى مثل الأكسجين السائل والغاز الطبيعي السائل ). يتمتع وقود الهيدروجين السائل بسجل أمان وأداء ممتاز يتفوق على جميع أنواع الوقود الصاروخي الكيميائي العملي الأخرى.

الليثيوم والفلور

كانت أعلى كيمياء نبضة محددة تم اختبارها على الإطلاق في محرك صاروخي هي الليثيوم والفلور ، مع إضافة الهيدروجين لتحسين الديناميكا الحرارية للعادم (كان يجب الاحتفاظ بجميع الدوافع في خزاناتها الخاصة، مما يجعل هذا دافعًا ثلاثيًا ). قدم المزيج نبضة محددة لمدة 542 ثانية في الفراغ، أي ما يعادل سرعة عادم تبلغ 5320 مترًا في الثانية. يسلط عدم جدوى هذه الكيمياء الضوء على سبب عدم استخدام الدوافع الغريبة في الواقع: لجعل المكونات الثلاثة سوائل، يجب إبقاء الهيدروجين أقل من -252 درجة مئوية (21 كلفن فقط)، ويجب إبقاء الليثيوم أعلى من 180 درجة مئوية (453 كلفن). الليثيوم والفلور كلاهما تآكلي للغاية. يشتعل الليثيوم عند ملامسته للهواء، ويشعل الفلور معظم أنواع الوقود عند ملامسته، بما في ذلك الهيدروجين. الفلور وفلوريد الهيدروجين (HF) في العادم سامان للغاية، مما يجعل العمل حول منصة الإطلاق صعبًا، ويضر بالبيئة، ويجعل الحصول على ترخيص الإطلاق أكثر صعوبة. كل من الليثيوم والفلور مكلفان مقارنة بمعظم أنواع الوقود الصاروخي. لذلك لم يتم إطلاق هذا المزيج أبدًا. [16]

خلال الخمسينيات من القرن العشرين، اقترحت وزارة الدفاع استخدام الليثيوم/الفلور كوقود للصواريخ الباليستية. وقد أدى حادث وقع عام 1954 في مصنع كيميائي إلى إطلاق سحابة من الفلور في الغلاف الجوي إلى إقناعهم باستخدام LOX/RP-1 بدلاً من ذلك. [ بحاجة لمصدر ]

الميثان

الميثان السائل له نبضة نوعية أقل من الهيدروجين السائل، ولكن من الأسهل تخزينه بسبب نقطة غليانه وكثافته الأعلى، فضلاً عن افتقاره إلى هشاشة الهيدروجين . كما أنه يترك بقايا أقل في المحركات مقارنة بالكيروسين، وهو أمر مفيد لإعادة الاستخدام. [17] [18] بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يكون إنتاجه على المريخ ممكنًا عبر تفاعل ساباتير . في وثائق مهمة مرجع تصميم المريخ 5.0 التابعة لوكالة ناسا (بين عامي 2009 و2012)، كان الميثان السائل / LOX (ميثالوكس) هو خليط الوقود المختار لوحدة الهبوط.

نظرًا للمزايا التي يوفرها وقود الميثان، سعى بعض مزودي الإطلاق الفضائي الخاصين إلى تطوير أنظمة إطلاق تعتمد على الميثان خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وعشرينيات القرن الحادي والعشرين. أُطلق على المنافسة بين البلدان اسم سباق الميثالوكس إلى المدار، حيث أصبح صاروخ Zhuque-2 التابع لشركة LandSpace أول صاروخ يصل إلى المدار. [19] [20] [21]

اعتبارًا من يناير 2024 ، وصل صاروخان يعملان بالميثان إلى مدارهما. وهناك العديد من الصواريخ الأخرى قيد التطوير، وفشلت محاولتان للإطلاق المداري:

طورت سبيس إكس محرك رابتور لمركبة الإطلاق ستارشيب ذات الرفع الثقيل للغاية. [25] وقد تم استخدامه في رحلات الاختبار منذ عام 2019. كانت سبيس إكس قد استخدمت سابقًا RP-1 /LOX فقط في محركاتها.

طورت شركة Blue Origin محرك BE-4 LOX/LNG لمركبة New Glenn ومركبة Vulcan Centaur التابعة لشركة United Launch Alliance. سيوفر محرك BE-4 قوة دفع تبلغ 2400 كيلو نيوتن (550 ألف رطل). تم تسليم محركين للطيران إلى شركة ULA بحلول منتصف عام 2023.

في يوليو 2014، أعلنت شركة Firefly Space Systems عن خططها لاستخدام وقود الميثان لمركبة إطلاق الأقمار الصناعية الصغيرة Firefly Alpha ذات تصميم محرك aerospike . [26]

تعمل وكالة الفضاء الأوروبية على تطوير محرك صاروخي من مادة الميثالوكس بروميثيوس بقوة 980 كيلو نيوتن والذي تم اختباره في عام 2023. [27]

الوقود الأحادي

بيروكسيد عالي الاختبار
بيروكسيد الاختبار العالي هو بيروكسيد الهيدروجين المركز ، مع حوالي 2% إلى 30% من الماء. يتحلل إلى بخار وأكسجين عند مروره فوق محفز. كان يستخدم تاريخيًا في أنظمة التحكم في التفاعلات، نظرًا لسهولة تخزينه. غالبًا ما يستخدم لتشغيل مضخات التوربينات ، حيث يتم استخدامه في صاروخ V2 ، و Soyuz الحديثة .
الهيدرازين
يتحلل بقوة إلى النيتروجين والهيدروجين والأمونيا (2N 2 H 4 → N 2 +H 2 +2NH 3 ) وهو الأكثر استخدامًا في المركبات الفضائية. (تحلل الأمونيا غير المؤكسدة ماص للحرارة ومن شأنه أن يقلل من الأداء).
أكسيد النيتروز
يتحلل إلى النيتروجين والأكسجين.
بخار
عندما يتم تسخينه خارجيًا، فإنه يعطي I sp متواضعًا إلى حد ما يصل إلى 190 ثانية، اعتمادًا على تآكل المادة والحدود الحرارية.

الاستخدام الحالي

اعتبارًا من يونيو 2024 ، مجموعات الوقود السائل المستخدمة بشكل شائع:

الكيروسين (RP-1) / الأكسجين السائل (LOX)
تُستخدم في المراحل السفلية من صواريخ سويوز-2 ، والمرحلة الأولى من أطلس 5 ، والمرحلتين من إلكترون ، وفالكون 9 ، وفالكون هيفي ، وفيرفلاي ألفا . تشبه إلى حد كبير صاروخ روبرت جودارد الأول.
الهيدروجين السائل (LH) / LOX
تم استخدامه في مراحل نظام الإطلاق الفضائي ، نيو شيبرد ، H-IIB ، GSLV ، و Centaur .
الميثان السائل (LNG) / LOX
تم استخدامه في كل من المرحلتين من Zhuque-2 ، و Starship ( التي تقوم برحلات تجريبية مدارية تقريبًا )، والمرحلة الأولى من Vulcan Centaur .
ثنائي ميثيل هيدرازين غير متماثل (UDMH) أو أحادي ميثيل هيدرازين (MMH) / رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين (NTO أو N
2ا
4)
يستخدم في ثلاث مراحل أولى من صاروخ بروتون الروسي، ومحرك فيكاس الهندي لصواريخ PSLV و GSLV ، ومعظم صواريخ التعزيز الصينية، وعدد من الصواريخ العسكرية والمدارية وصواريخ الفضاء العميق، حيث أن مزيج الوقود هذا شديد الاشتعال ويمكن تخزينه لفترات طويلة في درجات حرارة وضغوط معقولة.
هيدرازين ( ن
2ح
4)
يستخدم في مهمات الفضاء العميق لأنه قابل للتخزين وذو قدرة عالية على الاشتعال، ويمكن استخدامه كوقود أحادي مع محفز.
أيروزين-50 (هيدرازين 50/50 وUDMH)
يستخدم في مهمات الفضاء العميق لأنه قابل للتخزين وذو قدرة عالية على الاشتعال، ويمكن استخدامه كوقود أحادي مع محفز.

طاولة

لتقريب I sp عند ضغوط حجرة أخرى [ يحتاج إلى توضيح ]
الضغط المطلق كيلو باسكال ؛ ضغط جوي ( رطل/ بوصة مربعة ) اضرب بـ
6,895 كيلو باسكال؛ 68.05 ضغط جوي (1,000 رطل/بوصة مربعة) 1.00
6,205 كيلو باسكال؛ 61.24 ضغط جوي (900 رطل/بوصة مربعة) 0.99
5,516 كيلو باسكال؛ 54.44 ضغط جوي (800 رطل/بوصة مربعة) 0.98
4,826 كيلو باسكال؛ 47.63 ضغط جوي (700 رطل/بوصة مربعة) 0.97
4,137 كيلو باسكال؛ 40.83 ضغط جوي (600 رطل/بوصة مربعة) 0.95
3,447 كيلو باسكال؛ 34.02 ضغط جوي (500 رطل/بوصة مربعة) 0.93
2,758 كيلو باسكال؛ 27.22 ضغط جوي (400 رطل/بوصة مربعة) 0.91
2,068 كيلو باسكال؛ 20.41 ضغط جوي (300 رطل/بوصة مربعة) 0.88

يستخدم الجدول بيانات من جداول الكيمياء الحرارية التابعة لـ JANNAF (لجنة الدفع المشتركة بين الجيش والبحرية وناسا والقوات الجوية (JANNAF)) في جميع الأنحاء، مع أفضل دفعة محددة ممكنة تم حسابها بواسطة Rocketdyne تحت افتراضات الاحتراق الأدياباتي والتوسع الأيزنتروبي والتوسع أحادي البعد والتوازن المتحول. [28] تم تحويل بعض الوحدات إلى النظام المتري، ولكن الضغوط لم يتم تحويلها.

التعاريف

في ه
متوسط ​​سرعة العادم، متر/ثانية. نفس قياس الدفعة النوعية بوحدات مختلفة، يساوي عدديًا الدفعة النوعية بوحدة نيوتن/ثانية/كجم.
ر
نسبة الخليط: كتلة المؤكسد / كتلة الوقود
ت ج
درجة حرارة الغرفة، درجة مئوية
د
الكثافة الظاهرية للوقود والمؤكسد، جم/سم 3
ج*
السرعة المميزة، متر/ثانية. تساوي ضغط الغرفة مضروبًا في مساحة الحلق، مقسومًا على معدل تدفق الكتلة . تستخدم للتحقق من كفاءة احتراق الصواريخ التجريبية .

الوقود الثنائي

مؤكسد وقود تعليق التوسع الأمثل من 68.05 ضغط جوي إلى [ بحاجة لمصدر ]
1 ضغط جوي 0 ضغط جوي، فراغ
(نسبة مساحة الفوهة 40:1)
في ه ر ت ج د ج* في ه ر ت ج د ج*
سمك السلمون المدخن ح
2 		هيدرولوكس. شائع. 3816 4.13 2740 0.29 2416 4462 4.83 2978 0.32 2386
ح
2: كن 49:51		 4498 0.87 2558 0.23 2833 5295 0.91 2589 0.24 2850
CH
4(الميثان) 		Methalox . العديد من المحركات قيد التطوير في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. 3034 3.21 3260 0.82 1857 3615 3.45 3290 0.83 1838
ج 2 ح 6 3006 2.89 3320 0.90 1840 3584 3.10 3351 0.91 1825
ج 2 ح 4 3053 2.38 3486 0.88 1875 3635 2.59 3521 0.89 1855
RP-1 (الكيروسين) كيرولكس . شائع. 2941 2.58 3403 1.03 1799 3510 2.77 3428 1.03 1783
ن 2 ح 4 3065 0.92 3132 1.07 1892 3460 0.98 3146 1.07 1878
ب 5 ح 9 3124 2.12 3834 0.92 1895 3758 2.16 3863 0.92 1894
ب 2 ح 6 3351 1.96 3489 0.74 2041 4016 2.06 3563 0.75 2039
الفصل 4 :ح 2 92.6:7.4 3126 3.36 3245 0.71 1920 3719 3.63 3287 0.72 1897
جوكس جي اتش 2 شكل غازي 3997 3.29 2576 — 2550 4485 3.92 2862 — 2519
ف 2 ح 2 4036 7.94 3689 0.46 2556 4697 9.74 3985 0.52 2530
ح 2 : لي 65.2:34.0 4256 0.96 1830 0.19 2680
ح 2 :ليثيوم 60.7:39.3 5050 1.08 1974 0.21 2656
الفصل 4 3414 4.53 3918 1.03 2068 4075 4.74 3933 1.04 2064
ج 2 ح 6 3335 3.68 3914 1.09 2019 3987 3.78 3923 1.10 2014
م م ح 3413 2.39 4074 1.24 2063 4071 2.47 4091 1.24 1987
ن 2 ح 4 3580 2.32 4461 1.31 2219 4215 2.37 4468 1.31 2122
الطريق الوطني رقم 3 3531 3.32 4337 1.12 2194 4143 3.35 4341 1.12 2193
ب 5 ح 9 3502 5.14 5050 1.23 2147 4191 5.58 5083 1.25 2140
من 2 ح 2 4014 5.92 3311 0.39 2542 4679 7.37 3587 0.44 2499
الفصل 4 3485 4.94 4157 1.06 2160 4131 5.58 4207 1.09 2139
ج 2 ح 6 3511 3.87 4539 1.13 2176 4137 3.86 4538 1.13 2176
ار بي-1 3424 3.87 4436 1.28 2132 4021 3.85 4432 1.28 2130
م م ح 3427 2.28 4075 1.24 2119 4067 2.58 4133 1.26 2106
ن 2 ح 4 3381 1.51 3769 1.26 2087 4008 1.65 3814 1.27 2081
MMH:N 2 H 4 : H 2 O 50.5:29.8:19.7 3286 1.75 3726 1.24 2025 3908 1.92 3769 1.25 2018
ب 2 ح 6 3653 3.95 4479 1.01 2244 4367 3.98 4486 1.02 2167
ب 5 ح 9 3539 4.16 4825 1.20 2163 4239 4.30 4844 1.21 2161
ف 2 : و 2 30:70 ح 2 3871 4.80 2954 0.32 2453 4520 5.70 3195 0.36 2417
ار بي-1 3103 3.01 3665 1.09 1908 3697 3.30 3692 1.10 1889
ف 2 :و 2 70:30 ار بي-1 3377 3.84 4361 1.20 2106 3955 3.84 4361 1.20 2104
ف 2 : أو 2 87.8:12.2 م م ح 3525 2.82 4454 1.24 2191 4148 2.83 4453 1.23 2186
مؤكسد وقود تعليق في ه ر ت ج د ج* في ه ر ت ج د ج*
ن 2 ف 4 الفصل 4 3127 6.44 3705 1.15 1917 3692 6.51 3707 1.15 1915
ج 2 ح 4 3035 3.67 3741 1.13 1844 3612 3.71 3743 1.14 1843
م م ح 3163 3.35 3819 1.32 1928 3730 3.39 3823 1.32 1926
ن 2 ح 4 3283 3.22 4214 1.38 2059 3827 3.25 4216 1.38 2058
الطريق الوطني رقم 3 3204 4.58 4062 1.22 2020 3723 4.58 4062 1.22 2021
ب 5 ح 9 3259 7.76 4791 1.34 1997 3898 8.31 4803 1.35 1992
كلف 5 م م ح 2962 2.82 3577 1.40 1837 3488 2.83 3579 1.40 1837
ن 2 ح 4 3069 2.66 3894 1.47 1935 3580 2.71 3905 1.47 1934
MMH:N 2 H 4 86:14 2971 2.78 3575 1.41 1844 3498 2.81 3579 1.41 1844
MMH:N 2 H 4 :N 2 H 5 لا 3 55:26:19 2989 2.46 3717 1.46 1864 3500 2.49 3722 1.46 1863
كلف 3 MMH : N 2 H 4 : N 2 H 5 NO 3 55:26:19 مفرط النشاط 2789 2.97 3407 1.42 1739 3274 3.01 3413 1.42 1739
ن 2 ح 4 مفرط النشاط 2885 2.81 3650 1.49 1824 3356 2.89 3666 1.50 1822
ن 2 أ 4 م م ح مفرط النشاط، شائع 2827 2.17 3122 1.19 1745 3347 2.37 3125 1.20 1724
MMH : كن 76.6:29.4 3106 0.99 3193 1.17 1858 3720 1.10 3451 1.24 1849
MMH: آل 63:27 2891 0.85 3294 1.27 1785
MMH:Al 58:42 3460 0.87 3450 1.31 1771
ن 2 ح 4 مفرط النشاط، شائع 2862 1.36 2992 1.21 1781 3369 1.42 2993 1.22 1770
ن 2 ح 4 : UDMH 50:50 مفرط النشاط، شائع 2831 1.98 3095 1.12 1747 3349 2.15 3096 1.20 1731
ن 2 ح 4 :كن 80:20 3209 0.51 3038 1.20 1918
ن 2 ح 4 : كن 76.6:23.4 3849 0.60 3230 1.22 1913
ب 5 ح 9 2927 3.18 3678 1.11 1782 3513 3.26 3706 1.11 1781
لا : ن 2 أو 4 25:75 م م ح 2839 2.28 3153 1.17 1753 3360 2.50 3158 1.18 1732
ن 2 ح 4 : كن 76.6:23.4 2872 1.43 3023 1.19 1787 3381 1.51 3026 1.20 1775
IRFNA IIIa UDMH : DETA 60:40 مفرط النشاط 2638 3.26 2848 1.30 1627 3123 3.41 2839 1.31 1617
م م ح مفرط النشاط 2690 2.59 2849 1.27 1665 3178 2.71 2841 1.28 1655
يو دي ام اتش مفرط النشاط 2668 3.13 2874 1.26 1648 3157 3.31 2864 1.27 1634
IRFNA الرابع HDA UDMH : DETA 60:40 مفرط النشاط 2689 3.06 2903 1.32 1656 3187 3.25 2951 1.33 1641
م م ح مفرط النشاط 2742 2.43 2953 1.29 1696 3242 2.58 2947 1.31 1680
يو دي ام اتش مفرط النشاط 2719 2.95 2983 1.28 1676 3220 3.12 2977 1.29 1662
هيدروجين الهيدروجين​​ م م ح 2790 3.46 2720 1.24 1726 3301 3.69 2707 1.24 1714
ن 2 ح 4 2810 2.05 2651 1.24 1751 3308 2.12 2645 1.25 1744
ن 2 ح 4 : كن 74.5:25.5 3289 0.48 2915 1.21 1943 3954 0.57 3098 1.24 1940
ب 5 ح 9 3016 2.20 2667 1.02 1828 3642 2.09 2597 1.01 1817
مؤكسد وقود تعليق في ه ر ت ج د ج* في ه ر ت ج د ج*

تعريفات بعض المخاليط:

IRFNA IIIa
83.4% HNO3 ، 14% NO2 ، 2 % H2O ، 0.6 % HF
IRFNA الرابع HDA
54.3% HNO3 ، 44% NO2 ، 1% H2O ، 0.7% HF
ار بي-1
انظر MIL-P-25576C، وهو عبارة عن الكيروسين بشكل أساسي (حوالي C
10ح
18)
مونوميثيل هيدرازين MMH
CH
3نن ...
2

لا تتوفر جميع البيانات الخاصة بغاز CO/O 2 المخصصة لوكالة ناسا للصواريخ المتجهة إلى المريخ، إلا نبضة محددة تبلغ نحو 250 ثانية.

ر
نسبة الخليط: كتلة المؤكسد / كتلة الوقود
في ه
متوسط ​​سرعة العادم، متر/ثانية. نفس قياس الدفعة النوعية بوحدات مختلفة، يساوي عدديًا الدفعة النوعية بوحدة نيوتن/ثانية/كجم.
ج*
السرعة المميزة، متر/ثانية. تساوي ضغط الغرفة مضروبًا في مساحة الحلق، مقسومًا على معدل تدفق الكتلة . تستخدم للتحقق من كفاءة احتراق الصواريخ التجريبية.
ت ج
درجة حرارة الغرفة، درجة مئوية
د
الكثافة الظاهرية للوقود والمؤكسد، جم/سم 3

الوقود الأحادي

الدافع تعليق التوسع الأمثل من
68.05 ضغط جوي إلى 1 ضغط جوي [ بحاجة لمصدر ] 		التمدد من
68.05 ضغط جوي إلى فراغ (0 ضغط جوي)
(مساحة الفوهة = 40:1) [ بحاجة لمصدر ]
في ه ت ج د ج* في ه ت ج د ج*
دينيتراميد الأمونيوم (LMP-103S) [29] [30] مهمة PRISMA (2010–2015)
تم إطلاق 5 مركبات فضائية في عام 2016 [31] 		1608 1.24 1608 1.24
الهيدرازين [30] شائع 883 1.01 883 1.01
بيروكسيد الهيدروجين شائع 1610 1270 1.45 1040 1860 1270 1.45 1040
نترات هيدروكسي الأمونيوم (AF-M315E) [30] 1893 1.46 1893 1.46
نيتروميثان
الدافع تعليق في ه ت ج د ج* في ه ت ج د ج*

مراجع

  1. ^ لارسون، دبليو جيه؛ ويرتز، جيه آر (1992). تحليل وتصميم البعثات الفضائية . بوسطن: دار كلوفر للنشر الأكاديمي.
  2. ^ Sutton, GP (2003). "تاريخ محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل في الولايات المتحدة". مجلة الدفع والقوة . 19 (6): 978-1007. doi :10.2514/2.6942.
  3. ^ Tsiolkovsky، Konstantin E. (1903)، “استكشاف الفضاء الكوني عن طريق أجهزة التفاعل (Иследование мировых пространств реактивными приборами)”، The Science Review (بالروسية) (5)، أرشفة من النسخة الأصلية في 19 أكتوبر 2008، تم استرجاعه في 22 سبتمبر 2008
  4. ^ زوميرشيك، جون، محرر (2001). موسوعة ماكميلان للطاقة . نيويورك: ماكميلان ريفرنس الولايات المتحدة الأمريكية. رقم ISBN 0028650212. OCLC  44774933.
  5. ^ أ ب كلارك، جون دروي (23 مايو 2018). الاشتعال!: تاريخ غير رسمي للوقود الصاروخي السائل. مطبعة جامعة روتجرز. ص. 302. ISBN 978-0-8135-9918-2.
  6. ^ الموقع البريطاني لشركة HWK
  7. ^ صفحة موقع والتر على نظام Starthilfe
  8. ^ صفحة موقع Wlater عن قنبلة Henschel الجوية البحرية
  9. ^ قائمة محركات الصواريخ من سلسلة 109-509 من إنتاج شركة والتر
  10. ^ براون، فيرنر فون (تركة) ؛ أوردواي الثالث؛ فريدريك الأول (1985) [1975]. السفر إلى الفضاء: تاريخ . وديفيد دولينج الابن. نيويورك: هاربر آند رو. ص 83، 101. رقم ISBN 0-06-181898-4.
  11. ^ أوجدن، جيه إم (1999). "آفاق بناء البنية الأساسية للطاقة الهيدروجينية". المراجعة السنوية للطاقة والبيئة . 24 : 227-279. doi :10.1146/annurev.energy.24.1.227.
  12. ^ إنتاج الهيدروجين: إصلاح الغاز الطبيعي (تقرير). وزارة الطاقة الأمريكية . تم استرجاعه في 6 أبريل 2017 .
  13. ^ روستروب نيلسن ، ينس ر. روستروب نيلسن ، توماس (23 مارس 2007). إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع (PDF) (أبلغ عن). هالدور توبسوي . ص. 3. مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 8 فبراير 2016 . تم الاسترجاع 16 يوليو 2023 . إجمالي سوق الهيدروجين في عام 1998 كان 390×109  نيوتن متر مكعب/سنة + 110×109  نيوتن متر مكعب/السنة إنتاج مشترك.
  14. ^ رودس، ريتشارد (1995). الشمس المظلمة: صنع القنبلة الهيدروجينية . نيويورك، نيويورك: سايمون وشوستر . ص 483-504. ISBN 978-0-684-82414-7.
  15. ^ Sutton, EP; Biblarz, O. (2010). Rocket Propulsion Elements (الطبعة الثامنة). نيويورك: Wiley. ISBN 9780470080245- عبر أرشيف الإنترنت.
  16. ^ زورافسكي، روبرت (يونيو 1986). "التقييم الحالي لمفهوم الوقود الثلاثي" (PDF) .
  17. ^ "رئيس قسم الدفع في سبيس إكس يرفع مستوى الحضور في سانتا باربرا". صحيفة باسيفيك بيزنس تايمز. 19 فبراير 2014. تم الاسترجاع في 22 فبراير 2014 .
  18. ^ بيلوسيو، أليخاندرو ج. (2014-03-07). "سبيس إكس تتقدم في إطلاق صاروخ إلى المريخ عبر محرك رابتور". NASAspaceflight.com . تم الاسترجاع في 2014-03-07 .
  19. ^ بيل، أدريان (12 يوليو 2023). "LandSpace تدعي الفوز في سباق الميثان إلى المدار عبر إطلاق ZhuQue-2 الثاني". NASASpaceFlight . تم الاسترجاع في 16 يوليو 2023 .
  20. ^ "الصين تتفوق على منافسيها لتطلق بنجاح أول صاروخ يعمل بالميثان السائل". رويترز . 12 يوليو 2023.
  21. ^ I. Morales Volosín, Juan (12 يوليو 2023). "الرحلة الثانية | ZhuQue-2". رائد فضاء يومي .
  22. ^ بيل، أدريان (12 يوليو 2023). "LandSpace يدعي الفوز في سباق الميثان إلى المدار عبر إطلاق ZhuQue-2 الثاني". NASASpaceFlight.com . تم الاسترجاع في 12 يوليو 2023 .
  23. ^ جوش دينر (2024-01-08). "صاروخ فولكان التابع لشركة يونايتد لونش ألاينس يطلق مركبة هبوط أمريكية خاصة على القمر، الأولى منذ أبولو، وبقايا بشرية في أول رحلة". سبيس.كوم . تم الاسترجاع في 2024-01-08 .
  24. ^ "الرحلة التجريبية الثالثة لمركبة ستارشيب". سبيس إكس . تم الاسترجاع في 2024-05-07 .
  25. ^ تود، ديفيد (2012-11-20). "مسك يسعى إلى إطلاق صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام تعمل بحرق الميثان كخطوة لاستعمار المريخ". FlightGlobal/Blogs Hyperbola . مؤرشف من الأصل في 2012-11-28 . تم الاسترجاع في 2012-11-22 .أعلن ماسك "سنستخدم الميثان" أثناء وصفه لخططه المستقبلية الخاصة بمركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام بما في ذلك تلك المصممة لنقل رواد الفضاء إلى المريخ في غضون 15 عامًا.
  26. ^ "Firefly α". Firefly Space Systems . مؤرشف من الأصل في 6 أكتوبر 2014 . تم الاسترجاع 5 أكتوبر 2014 .
  27. ^ ثيميس، بروميثيوس يكملان أول اختبارات النار الساخنة في فرنسا
  28. ^ هوزيل، دي كيه؛ هوانج، دي إتش (1971)، ناسا SP-125، "الهندسة الحديثة لتصميم محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل"، (الطبعة الثانية)، ناسا
  29. ^ أنفلو، ك.؛ مور، س.؛ كينج، ب. توسيع عائلة المحركات الدافعة أحادية الدفع القائمة على ADN. المؤتمر السنوي الثالث والعشرون للجمعية الأمريكية للطيران والفضاء/جامعة ولاية يوتا حول الأقمار الصناعية الصغيرة. SSC09-II-4.
  30. ^ abc Shchetkovskiy, Anatoliy; McKechnie, Tim; Mustaikis, Steven (13 أغسطس 2012). غرف احتراق الوقود الأحادي المتقدمة والمحفز الأحادي لدفع الأقمار الصناعية الصغيرة (PDF) . المؤتمر السنوي الخامس عشر للدفاع الفضائي والصاروخي. هانتسفيل، ألاباما . تم الاسترجاع في 14 ديسمبر 2017 .
  31. ^ دينجيرتز، فيلهلم (10 أكتوبر 2017). HPGP® - الدفع الأخضر عالي الأداء (PDF) . ECAPS: اجتماع صناعة الفضاء البولندية - السويدية . تم الاسترجاع في 14 ديسمبر 2017 .
  • Cpropep-Web هو برنامج كمبيوتر عبر الإنترنت لحساب أداء الوقود في محركات الصواريخ
  • أداة تصميم لتحليل الديناميكية الحرارية لمحرك الصواريخ السائل هو برنامج كمبيوتر للتنبؤ بأداء محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Liquid_rocket_propellant&oldid=1245942192#Bipropellants"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate