Ракеталык отундун курамында күйүүчү май менен кычкылдандыргыч бар жана реактивдүү отундан айырмаланып, тышкы компоненттин кереги жок: аба же суу. Ракета күйүүчү майлары агрегат абалына жараша суюк, катуу жана гибрид болуп бөлүнөт. Суюк отундар криогендик (компоненттеринин кайноо температурасы Цельсия боюнча нөл градустан төмөн) жана жогорку кайноочу (калгандары) болуп бөлүнөт. Катуу отундар химиялык кошулмадан, катуу эритмеден же компоненттердин пластификацияланган аралашмасынан турат. Гибриддик күйүүчү майлар ар кандай агрегаттык абалдагы компоненттерден турат жана учурда изилдөө стадиясында.
Тарыхта биринчи ракета отуну кара порошок, селитранын (кычкылдандыргычтын), көмүрдүн (отундун) жана күкүрттүн (байланыштыргычтын) аралашмасы болгон, алар биздин замандын 2 -кылымында биринчи жолу Кытай ракеталарында колдонулган. Катуу от алуучу ракета кыймылдаткычы бар ок -дарылар (катуу кыймылдаткыч ракета кыймылдаткычы) аскердик иштерде күйгүзүүчү жана сигнал берүүчү каражат катары колдонулган.
19-кылымдын аягында түтүнсүз порошок ойлоп табылгандан кийин анын негизинде нитроглицериндеги (кычкылдандыруучу агент) нитроцеллюлозанын (отундун) катуу эритмесинен турган бир компоненттүү балистит отуну иштелип чыккан. Балиститтик отун кара порошокко салыштырмалуу бир нече эсе көп энергияга ээ, жогорку механикалык күчкө ээ, жакшы калыптанган, сактоо учурунда химиялык туруктуулугун көпкө сактайт жана арзан баага ээ. Бул сапаттар катуу кыймылдаткычтар - ракеталар жана гранаталар менен жабдылган эң массалык ок -дарыларда баллистикалык отундун кеңири колдонулушун алдын ала аныктап койгон.
Жыйырманчы кылымдын биринчи жарымында газдын динамикасы, күйүү физикасы жана жогорку энергиялуу бирикмелердин химиясы сыяктуу илимий дисциплиналардын өнүгүшү суюк компоненттерди колдонуу аркылуу ракеталык отундун курамын кеңейтүүгө мүмкүндүк берди. Суюк от алдыруучу ракета кыймылдаткычы (LPRE) "V -2" болгон биринчи согуштук ракетада криогендүү кычкылдандыруучу - суюк кычкылтек жана жогорку кайноочу отун - этил спирти колдонулган.
Экинчи дүйнөлүк согуштан кийин, ракеталык куралдар ядролук заряддарды каалаган аралыкта - бир нече километрден (ракеталык системалар) континенттер аралык аралыкка (баллистикалык ракеталар) жеткирүү жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу башка курал түрлөрүнө караганда артыкчылыкка ээ болгон. Мындан тышкары, ракеталык куралдар ракеталык кыймылдаткычтары бар ок -дарыларды учурууда артка чегинүүнүн жоктугунан авиацияда, абадан коргонууда, кургактык күчтөрүндө жана флотто артиллериялык куралдарды олуттуу түрдө алмаштырып салышкан.
Баллистикалык жана суюк ракета күйүүчү майы менен бир убакта, температурасынын кеңири диапазону, компоненттердин төгүлүү коркунучун жок кылуу, жоктугунан катуу отун менен иштөөчү ракета кыймылдаткычтарынын арзандыгы, аскердик колдонуу үчүн эң ылайыктуу катары иштелип чыккан көп компоненттүү аралаш катуу отундар. бирдик салмагына көбүрөөк түрткү берүүчү түтүктөр, клапандар жана насостор.
Ракета отундарынын негизги мүнөздөмөсү
Анын компоненттеринин топтолуу абалынан тышкары, ракета отундары төмөнкү көрсөткүчтөр менен мүнөздөлөт:
- конкреттүү түрткү;
- жылуулуктун туруктуулугу;
- химиялык туруктуулук;
- биологиялык уулуулук;
- тыгыздык;
- түтүн.
Ракета отунунун спецификалык импульсу кыймылдаткычтын күйүү камерасындагы басымга жана температурага, ошондой эле күйүү продуктуларынын молекулярдык курамына көз каранды. Мындан тышкары, конкреттүү импульс кыймылдаткычтын морунун кеңейүү коэффициентине көз каранды, бирок бул ракета технологиясынын тышкы чөйрөсүнө (аба атмосферасы же космос мейкиндиги) көбүрөөк байланыштуу.
Басымдын жогорулашы жогорку бышыктыкка ээ болгон структуралык материалдарды колдонуу аркылуу камсыздалат (ракета кыймылдаткычтары үчүн болот эритмелери жана катуу кыймылдаткычтар үчүн органопластиктер). Бул жагынан алып караганда, суюк кыймылдаткыч ракета кыймылдаткычтары катуу күйүүчү кыймылдаткычтын корпусуна салыштырмалуу кыймылдаткыч агрегатынын компактүүлүгүнөн улам катуу күйгүчтөрдөн алдыда.
Күйүү продуктусунун жогорку температурасы катуу отунга металл алюминийин же химиялык кошулманы - алюминий гидридин кошуу аркылуу жетишилет. Суюк отундар атайын кошумчалар менен коюу болгондо гана мындай кошулмаларды колдоно алышат. Суюк от алуучу ракета кыймылдаткычтарын жылуулук коргоо күйүүчү май менен муздатуу, катуу кыймылдаткычтарды термикалык коргоо-күйүүчү блокту кыймылдаткычтын дубалдарына бекем бекитүү жана көмүртек-көмүртек композитинен жасалган күйгүзгүчтөрдү колдонуу менен камсыздалат. насадка.
Отундун күйүү / ажыроо продуктуларынын молекулярдык курамы агымдын ылдамдыгына жана алардын сопло чыгуусунда агрегация абалына таасир этет. Молекулалардын салмагы канчалык төмөн болсо, агымдын ылдамдыгы ошончолук жогору болот: эң жакшы көрүлгөн күйүү продуктулары суу молекулалары, андан кийин азот, көмүр кычкыл газы, хлор оксиддери жана башка галогендер; эң аз артыкчылык - алюминий оксиди, ал кыймылдаткычтын шлангасында катуу затка конденсацияланат, ошону менен газдардын көлөмүн азайтат. Мындан тышкары, алюминий кычкылы фракциясы эң натыйжалуу параболикалык Laval учтарынын абразивдүү эскиришинен улам конустук учтарды колдонууга мажбур кылат.
Аскердик ракета отундары үчүн ракеталык технологиянын иштөө температурасынын кеңири диапазонуна байланыштуу алардын жылуулук туруктуулугу өзгөчө мааниге ээ. Ошондуктан, криогендүү суюк отундар (кычкылтек + керосин жана кычкылтек + водород) континенттер аралык баллистикалык ракеталарды (R-7 жана Титан) өнүктүрүүнүн баштапкы этабында гана, ошондой эле кайра колдонулуучу космостук аппараттардын учуруучу машиналары үчүн колдонулган (Космостук Shuttle жана Energia) спутниктерди жана космостук куралдарды төмөн орбитага чыгаруу үчүн арналган.
Азыркы учурда, аскер азот тетроксидине (AT, кычкылдатуучу) жана асимметриялык диметилгидразинге (UDMH, күйүүчү май) негизделген жогорку кайноочу суюк отунду гана колдонот. Бул отундун жылуулук туруктуулугу AT (+ 21 ° C) кайноо температурасы менен аныкталат, бул ICBM жана SLBM ракеталык силосторунда термостатталган шарттарда ракеталардын бул отунду колдонулушун чектейт. Компоненттердин агрессивдүүлүгүнөн улам, ракеталык танктарды өндүрүү жана иштетүү технологиясы дүйнөдө бир гана өлкөгө таандык болгон - СССР / РФ (ICBMs "Voevoda" жана "Sarmat", SLBMs "Sineva" жана ") Лайнер "). Өзгөчө абал катары, AT + NDMG Kh-22 Tempest учак канаттуу ракеталары үчүн отун катары колдонулат, бирок жерден иштөөдө болгон көйгөйлөрдөн улам, Х-22 жана алардын кийинки мууну Х-32 реактивдүү кыймылдаткыч менен алмаштырылышы пландалууда. Циркон канаттуу ракеталары күйүүчү май катары керосинди колдонушат.
Катуу отундун термикалык туруктуулугу негизинен эриткич менен полимер байланыштыргычтын тиешелүү касиеттери менен аныкталат. Балиститтик отундардын курамында эриткич нитроглицерин болуп саналат, ал нитроцеллюлоза менен катуу эритмеде минус плюс 50 ° Сге чейинки температуранын диапазонуна ээ. Аралаш отундарда полимер байланыштыргыч катары бирдей иштөө температурасы ар кандай синтетикалык каучуктар колдонулат. Бирок катуу отундун негизги компоненттеринин термикалык туруктуулугу (аммоний динитрамиди + 97 ° C, алюминий гидриди + 105 ° C, нитроцеллюлоза + 160 ° C, аммоний перхлораты жана HMX + 200 ° C) белгилүү байлоочу заттардын окшош касиетинен кыйла ашат., демек, алардын жаңы композицияларын издөө тиешелүү.
Эң химиялык жактан туруктуу күйүүчү түтүк AT + UDMG болуп саналат, анткени алюминий цистерналарында азоттун басымы астында дээрлик чексиз убакыт бою ампулизацияланган сактоонун уникалдуу ички технологиясы иштелип чыккан. Бардык катуу отундар полимерлердин жана алардын технологиялык эриткичтеринин стихиялуу түрдө ажырашынан улам убакыттын өтүшү менен химиялык түрдө бузулат, андан кийин олигомерлер башка туруктуу отун компоненттери менен химиялык реакцияга кирет. Ошондуктан, катуу от алдыруучу шашки дайыма алмаштырууга муктаж.
Ракеталык отундун биологиялык уулуу компоненти UDMH болуп саналат, ал борбордук нерв системасына, көздүн былжыр челине жана адамдын тамак сиңирүү системасына таасирин тийгизет жана ракты козгойт. Буга байланыштуу, UDMH менен иштөө өзүнчө дем алуу аппаратын колдонуу менен химиялык коргоочу костюмдарды изоляциялоодо жүргүзүлөт.
Отундун тыгыздыгынын мааниси LPRE күйүүчү май бактарынын массасына жана катуу кыймылдаткыч ракетанын корпусуна түздөн -түз таасир этет: тыгыздыгы канчалык жогору болсо, ракетанын паразиттик массасы ошончолук аз болот. Суутек + кычкылтек күйүүчү түтүгүнүн эң төмөнкү тыгыздыгы 0,34 г / куб. см, бир жуп керосин + кычкылтек тыгыздыгы 1,09 г / куб. см, AT + NDMG - 1, 19 г / куб. см, нитроцеллюлоза + нитроглицерин - 1,62 г / куб. см, алюминий / алюминий гидрид + перхлорат / аммоний динитрамид - 1,7 г / см, HMX + аммоний перхлораты - 1,9 г / cc. Бул учурда, октук жактан күйүүчү катуу кыймылдаткыч ракета кыймылдаткычы, күйүүчү майдын зарядынын тыгыздыгы күйүүчү каналдын жылдыз сымал бөлүгүнүн эсебинен күйүүчү майдын тыгыздыгынан болжол менен эки эсе аз экенин эстен чыгарбоо керек. күйүүчү камерада күйүүчү майдын күйүү даражасына карабастан туруктуу басымды кармап туруу. Бул баллистикалык отундарга да тиешелүү, алар ракеталардын жана ракеталардын күйүү убактысын жана ылдамдатуу аралыктарын кыскартуу үчүн курдун же таяктын жыйындысы катары түзүлөт. Алардан айырмаланып, HMXге негизделген катуу күйүүчү ракета кыймылдаткычтарындагы күйүүчү майдын тыгыздыгы ал үчүн көрсөтүлгөн максималдуу тыгыздыкка дал келет.
Ракеталык отундун негизги мүнөздөмөлөрүнүн акыркысы - бул күйүүчү продукциянын түтүнү, ракеталардын жана ракеталардын учуусун визуалдык түрдө ачуу. Бул өзгөчөлүк алюминийден турган катуу отундарга мүнөздүү, анын оксиддери ракета кыймылдаткычынын шлангасында кеңейүү учурунда катуу абалга чейин конденсацияланат. Ошондуктан, бул отундар баллистикалык ракеталардын катуу кыймылдаткычтарында колдонулат, алардын траекториясынын активдүү бөлүгү душмандын көз алдында турат. Авиациялык ракеталар HMX жана аммоний перхлораты күйүүчү майы, ракеталар, гранаталар жана танкка каршы ракеталар - баллистикалык отун менен толтурулат.
Ракета отундарынын энергиясы
Ракеталык отундун ар кандай түрлөрүнүн энергетикалык мүмкүнчүлүктөрүн салыштыруу үчүн, алар үчүн күйүү камерасындагы басым түрүндө жана ракета кыймылдаткычынын учунун кеңейүү коэффициентинде - мисалы, 150 атмосферада жана 300 эсе күйүү шарттарын белгилөө зарыл. кеңейтүү. Андан кийин, күйүүчү май түгөйлөрү / үчөө үчүн спецификалык импульс болот:
кычкылтек + водород - 4,4 км / с;
кычкылтек + керосин - 3,4 км / с;
AT + NDMG - 3,3 км / с;
аммоний динитрамид + суутек гидрид + HMX - 3,2 км / с;
аммоний перхлораты + алюминий + HMX - 3,1 км / с;
аммоний перхлораты + HMX - 2,9 км / с;
нитроцеллюлоза + нитроглицерин - 2,5 км / с.
Аммоний динитрамидине негизделген катуу отун 1980-жылдардын аягында үйдө иштелип чыккан, ал RT-23 UTTKh жана R-39 ракеталарынын экинчи жана үчүнчү баскычтары үчүн отун катары колдонулган жана азырынча мыкты үлгүлөрү менен энергетикалык мүнөздөмөлөрүнөн ашып түшө элек. Минутеман-3 жана Трайдент-2 ракеталарында колдонулган аммоний перхлоратына негизделген чет өлкөлүк отун. Аммоний динитрамиди-бул жарык нурунан да жардыруучу жардыргыч зат; андыктан аны өндүрүү аз кубаттуу кызыл лампалар менен жарыктандырылган бөлмөлөрдө жүргүзүлөт. Технологиялык кыйынчылыктар СССРден башка дүйнөнүн каалаган жеринде ракеталык отунду өндүрүүнүн процессин өздөштүрүүгө мүмкүндүк берген жок. Дагы бир нерсе, советтик технология Украин ССРинин Днепропетровск облусунда жайгашкан Павлоград химиялык заводунда гана үзгүлтүксүз ишке ашырылган жана 1990 -жылдары завод тиричилик химиясын чыгарууга которулгандан кийин жоголгон. Бирок, РС-26 "Рубеж" тибиндеги келечектүү куралдардын тактикалык жана техникалык мүнөздөмөлөрүнө караганда, технология 2010-жылдары Россияда калыбына келтирилген.
Атындагы Пермь заводунун федералдык мамлекеттик унитардык ишканасына таандык No 2241693 орус патентинен алынган катуу ракета отунунун курамы абдан эффективдүү курамдын мисалы болуп саналат. СМ. Киров :
кычкылдандыруучу агент - аммоний динитрамид, 58%;
отун - алюминий гидрид, 27%;
пластификатор - нитроизобутилтринитраглицерин, 11, 25%;
байлоочу - полибутадиен нитрилдүү каучук, 2, 25%;
катуулатуучу - күкүрт, 1,49%;
күйүү стабилизатору - ультра майда алюминий, 0,01%;
кошумчалар - көмүртек кара, лецитин ж.
Ракета отундарын өнүктүрүүнүн перспективалары
Суюк ракеталык отундарды өнүктүрүүнүн негизги багыттары (ишке ашыруунун артыкчылык тартиби боюнча):
- кычкылдандыргычтын тыгыздыгын жогорулатуу максатында өтө муздатылган кычкылтекти колдонуу;
- алюминий цистерналарынын суюк метандын температурасында катууланышын эске алуу менен күйүүчү компоненти 15% жогору энергияга жана керосинге караганда 6 эсе жакшы жылуулук кубаттуулугуна ээ болгон отун буусу кычкылтеги + метанга өтүү;
- кычкылдандыргычтын кайноо температурасын жана энергиясын жогорулатуу үчүн кычкылтектин курамына 24% деңгээлинде озон кошуу (озондун чоң үлүшү жарылуучу);
- компоненттери пентаборан, пентафторид, металлдар же алардын гидриддеринин суспензиясын камтыган тиксотроптук (коюлатылган) отунду колдонуу.
Supercooled кычкылтек Falcon 9 учуруучу ракетасында мурунтан эле колдонулууда; Россияда жана Кошмо Штаттарда кычкылтек + метан менен иштеген ракета кыймылдаткычтары иштелип чыгууда.
Катуу ракета отундарын өнүктүрүүнүн негизги багыты - бул молекулаларында кычкылтекти камтыган активдүү байланыштыргычтарга өтүү, бул жалпысынан катуу отундардын кычкылдануу балансын жакшыртат. Мындай байланыштыргычтын заманбап үлгүсү "Кристалл" мамлекеттик изилдөө институту (Дзержинск) тарабынан иштелип чыккан динитрил диоксидинин жана бутилендиол полиэфируретандын циклдүү топторун камтыган "Ника-М" полимердик курамы болуп саналат.
Дагы бир келечектүү багыт - HMX (минус 22%) менен салыштырмалуу кычкылтек балансы жогору болгон колдонулган нитрамин жардыргычтарынын спектрин кеңейтүү. Биринчиден, бул гексанитрогексексазазавурцитан (Cl-20, кычкылтек балансы минус 10%) жана октанитрокубан (нөл кычкылтек балансы), алардын келечеги өндүрүштүн наркын төмөндөтүүгө байланыштуу-азыркы учурда Cl-20 кымбатыраак тартипте HMXке караганда, октонитрокубан -Cl -жыйырмага караганда чоңураак тартип.
Белгилүү компоненттердин түрлөрүн өркүндөтүүдөн тышкары, изилдөөлөр полимердик бирикмелерди түзүү багытында да жүргүзүлүүдө, алардын молекулалары жалаң байланыштар менен байланышкан азот атомдорунан турат. Жылытуунун таасири астында полимердик кошулманын ажырашынын натыйжасында азот үч байланыш менен байланышкан эки атомдун жөнөкөй молекулаларын түзөт. Бул учурда бөлүнгөн энергия нитрамин жардыргыч заттарынын энергиясынан эки эсе көп. Биринчи жолу алмаз сымал кристаллдык торчолуу азот кошулмаларын орус жана немис окумуштуулары 2009-жылы 1 миллион атмосферанын басымы жана 1725 ° С температуранын таасири астында биргелешкен пилоттук заводдо жасалган эксперименттер учурунда алышкан. Учурда азот полимерлеринин кадимки басым жана температурадагы метастабилдүү абалына жетишүү боюнча иштер жүрүп жатат.
Жогорку азот кычкылдары кычкылтекти камтыган химиялык кошулмаларды үмүттөндүрөт. Белгилүү азот кычкылы V (жалпак молекуласы эки азот атомунан жана беш кычкылтек атомунан турат) эрүү температурасынын төмөндүгүнөн (32 ° C) катуу отундун компоненти катары практикалык мааниге ээ эмес. Бул багытта иликтөө азот кычкылы VI (тетра-азот гексоксиди) синтезинин методун издөө жолу менен жүргүзүлөт, анын алкагынын молекуласы тетраэдр формасына ээ, анын чокуларында төрт азот атому байланган. тетраэдрдин четинде жайгашкан алты кычкылтек атому. Азот кычкылынын VI молекуласында атомдор аралык байланыштардын толук жабылышы уротропиндикине окшош жылуулуктун туруктуулугун жогорулатууну алдын ала айтууга мүмкүндүк берет. Азот кычкылынын VI кычкылтек балансы (плюс 63%) катуу ракета отунундагы металлдар, металл гидриддери, нитраминдер жана углеводород полимерлери сыяктуу жогорку энергиялуу компоненттердин салыштырма салмагын кыйла жогорулатууга мүмкүндүк берет.
