# Ракетные топлива

Валерий Алексеевич Быков

Ракетные топлива... Краткий обзор.

Ракетные топлива.

Стоит начать издалека, сегодня в ракетных топливах у нас творится печаль великая, в частности все перспективные ракеты делаются на керосине и кислороде, или на метане как ракеты Маска. Вообще разница между ракетным топливом керосин СН2 и метан СН4 просто колоссальна, целых два атома водорода... Что до окислителя, традиционный О2, он тоже говорит сам за себя.

Может другие топлива и не нужны? Да и нет их? Давайте подумаем. Нужны ли нам другие топлива. Сегодня все ракеты многоступенчатые и доставляют на нижнюю орбиту 2-3% стартовой массы, иногда 4%. Это приводит к тому что полёты в космос очень дороги и всего 1 килограмм груза доставленного на нижнюю орбиту стоит 5-25тыс долл. Почему всё так? И почему мы не можем полететь на марс?

Главный параметр ракетного двигателя, это скорость истечения продуктов сгорания из сопла, или удельный импульс. Лично я меряю удельный импульс как скорость в метрах в секунду. Так вот удельный импульс первой ступени РД на керосине составляет 3300м/сек и не более, а по факту бывает и менее 2900 или 3000м/сек. Подставив такой УД в формулу Циолковского можно получить ту массу, что выводит ракета на нижнюю орбиту. По факту прирост УД даже на 500м/сек позволил бы выводить на нижнюю орбиту не 2% стартовой массы а 5%.

И да существуют кислород водородные двигатели обладающие Уд до 4400м/сек первой ступени и до 4900м/сек в вакууме. (иногда некоторые говорят что 5100). Но кислород водородные двигатели очень дорогие и поэтому для первой ступени чаще выгоднее сделать ступень на керосине побольше, чем заморачиваться с кислород водородом.

Может быть, все наши учёные гении, или просто умные, или хотя бы просто компетентны и других топлив просто не существует? И поэтому все летают на керосине с УД 3200 хотя это дорого и неэффективно?

Так вот, другие топлива существуют, и существуют топлива намного более совершенные чем керосин, при этом не все эти топлива жутко ядовиты, как думают наши учёные, и некоторые не ядовиты вовсе.

Рассмотрим топливо синтин С10Н16 это топливо получают из керосина, методом кипячений под давлением свыше 100атм. то есть топливо помещают под давление, нагревают до нескольких сотен градусов Цельсио и оно перегоняется в синтин. Это не так дорого, но полученное топливо обладает чуть более высоким УД чем керосин, примерно на 200м/сек. Это достигается тем фактом, что структура молекулы топлива меняется и его энергетика растёт, правда прирост невелик. Аналогично ведёт себя топливо НДМГ в нём атомы азота запасают дополнительную энергию, которая весьма велика. То есть сам по себе азот в горении не участвует но то топливо (СН3)2N2H2+N2O4 имеет более высокие удельный параметры чем топливо СН2+О2 где вроде бы в горении участвую все компоненты. Удельный импульс диметил гидразина 3800 в пустоте, а у керосина 3600 в пустоте (при давлении 50МПа, теоретич максимум) Опять же, тут мы имеем дело со способностью запасать энергию за счёт молекулярной структуры вещества. То есть энергия хранится не просто в горении окислителя и горючего, но в структуре молекулы. Создавать такие вещества не так сложно и не так дорого, но есть стабильные топлива намного более ёмкие чем керосин, просто на них всех пофиг, ну есть они и есть, мы всё равно из керосина ракеты будем делать.

Далее отдельной строчкой стоит рассмотреть свободные радикалы водорода Н1+Н1=Н2+435МДж и стоит понять, что эта формула позволяет достичь УД 16км в сек. Или как минимум можно создавать топлива где 0,5% водорода представлено свободными радикалами, и тоже самое касается окислителя то есть топливо химического состава 98%О2+2%О1 в таком топливе теплотворная способность будет во много раз выше, чем просто в О2. Существуют также соединения неона и кислорода, которые неплохо связывают кислород и достаточно стабильны даже при давлениях до 25атмосфер. Также существует форма кислорода озон О3, которая также позволяет запасти в топливе больше энергии. Всё это в принципе позволяет радикально нарастить удельный импульс ракетного двигателя настолько, что ракета станет многоразовой, и сможет летать в космос как самолёт, то есть заправил слетал сел. Хотя всё это сложно и дорого, но поверьте делать одноразовую ракету на 3000тонн на керосине ещё сложнее и дороже.

СН2+О2==3600м/сек (керосин кислород на котором летают сегодня)

Н2+О2=5000м/сек (кислород водород в пустоте, венец и потолок космич программы людей)

Ниже то на чём не летают:

Н1+Н1=16000м/сек УД

Н2+О3=6500м/сек

соединения 5 валентного азота = 7000м/сек.

6ти валентный углерод из 3Д молекул =7000м/сек.

топлива в составе которых примеси свободных радикалов = 7500м/сек.


Развивая тему дальше, можно понять, что 7000м/сек удельного импульса вовсе не предел. Если взять соединения гелия и водорода, которые существуют в виде молекул ННе то можно понять что они способны подарить ракетному двигателю удельный импульс 30км в секунду. Хотя такая молекула стабильна лишь при температурах менее 7Кельвин и давлении свыше 2ГПа, или при 10Кельвин и давлении 10ГПа. Тем не менее, такой двигатель позволит долететь до Луны и обратно, без одноразовых ускорителей.

Существует такая тема как ионно-электронная рекомбинация, ионы с большим зарядом ведут себя также как антивещество, только энергии меньше выделяется, и получать их проще и дешевле. Используя небольшое количество ионов с большим зарядом, которые можно хранить в вакуумной магнитной ловушке Иоффе, можно нагревать ракетное топливо в камере сгорания, подавая в камеру сгорания чистый водород, и достигать Уд 20км в сек и выше.

Стоит также вспомнить про металлический водород, тримолекулярный водород и др..

Таким образом, существует принципиальная возможность улучшения ракетных топлив, просто её никто не использует.