Химические ракетные двигатели. Ракетные топлива. Перспективы.

[crazy_terraformer]

Как известно на Луне много алюмосиликатов и силикатов и немного воды. Если использовать лунный водород в качестве ракетного топлива, то легкоизвлекаемые запасы воды кончатся достаточно быстро, если будет много полётов, но есть возможность оттянуть эту печальную перспективку, если готовить топливо на основе кремния и алюминия - их ультратонких порошков и горючих соединений. Полагаю можно использовать эти два элемента виде суспензии гидрида алюминия в силанах или их жидких сульфидах, например - дисилилсульфид (SiH₃)₂S или бис(дисиланил)сульфид (Si₂H₅)₂S. Естественно силаны и их сульфиды можно использовать как ракетное топливо и без гидрида алюминия.

Силаны воспламеняются на воздухе, Si2Н6 взрывается при контакте с воздухом. Наиболее термически устойчивым является моносилан SiH4 (энергия связи Si−H 364 кДж/моль).

Силаны чрезвычайно легко окисляются. Моносилан в присутствии кислорода окисляется со вспышкой даже при температуре жидкого воздуха. В зависимости от условий реакции, продуктом окисления является либо SiO2, либо промежуточные вещества:

Гидрид алюминия восстанавливает углекислый газ до метана при нагревании(температуру не нашёл, но при 105^οС AlH3 разлагается, sapienti sat).AlH3 содержит до 10% водорода по массе, что соответствует 148 г / л, что в два раза превышает плотность жидкого H2.

[библиограф]

 

если готовить топливо на основе кремния и алюминия - их ультратонких порошков и горючих соединений.

Идея превосходная! Только она была реализована ещё полвека назад!
Люминал-А - тиксотропная суспензия алюминиевого порошка в гидразине. Академик Глушко очень интересовались и
всячески продвигали! А ещё был Люминал-Б - там вместо алюминиевого был бериллиевый порошок
http://rbase.new-factoria.ru/pub/lyuminal-istoriya-osvoeniya-novogo-topliva.shtml
Экспериментальный двигатель С7.86.130В2 тягой 10 тонн на тиксотропном топливе «Люминал» (смесь 59% по массе гидразина, 40% алюминиевого порошка и 1% загустителя САКАП) окислитель - тетраоксид азота -  был испытан на стенде, дальше дело не пошло, академик помер, СССР распался

Естественно силаны и их сульфиды можно использовать как ракетное топливо и без гидрида алюминия.

А ещё раньше, в 50-е годы в качестве ракетного топлива активно изучался пентаборан
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BD
в США его хотели применить для сверхзвукового бомбардировщика Валькирия,(120 тонн на одну заправку, даже построили завод для производства пентаборана)
у нас же академик Глушко предполагал его в паре с дифторидом кислорода для варианта двигателя РД-270.

Реакторы на холостой ход! Холодная тяга.
Голубой атомный огонь угас. Из дюз хлынули косые бороводородные лучи, и мгновенно пустыню, скалистые стены кратеров и тучи над ними залил адский зеленый свет. Базальтовая площадка, на которую должна была опуститься широкая корма «Непобедимого», больше не грозила расплавиться.
– Реакторы – ноль! На холодной тяге на посадку.
Все сердца забились живей, глаза устремились к приборам, рукоятки стали влажными в судорожно стиснутых пальцах. Эти традиционные слова означали, что возврата уже нет, что ноги станут на настоящую почву – пусть даже на песок пустынной планеты, но там будет восход и заход солнца, и горизонт, и тучи, и ветер.
– Посадка в точке надира.
Корабль наполнился протяжным стоном турбин, нагнетающих горючее. Зеленый конусообразный столб огня соединил его с дымящейся скалой. Со всех сторон взвились тучи песка, ослепили перископ средней палубы, только в рулевой рубке на экранах радаров все так же возникали и гасли, повинуясь водящему лучу, очертания ландшафта, тонущего в хаосе тайфуна.
– Стоп в момент контакта!
Пламя мятежно клокотало под кормой, миллиметр за миллиметром сдавливаемое оседающей тушей ракеты, зеленый ад стрелял длинными брызгами в глубь колеблющихся песчаных туч. Между кормой и опаленным базальтом скалы зияла уже лишь узкая расщелина, полоска зеленого полыхания.
– Ноль – ноль. Все двигатели стоп!
Станислав Лем "Непобедимый"
http://www.youtube.com/watch?v=-rJRFXI4R70#
А вот как горит силан:
http://www.youtube.com/watch?v=KMpNOpt_-QQ#

[pkl]

Пентафторид хлора + пентаборан, м?

[библиограф]

 Читать здесь!
http://www.airbase.ru/modelling/rockets/res/books/sarner/sarner.html
Среди всей компании химических топлив наивысший удельный импульс - 542м/c показала трехкомпонентная система
водород/литий/фтор
http://engine.aviaport.ru/issues/18/page24.html
Соединения фтора (ClF5 и ClF3)  имеют перед фтором большие преимущества в смысле высокой плотности, но они также ядовиты и опасны, как и свободный фтор.
http://www.youtube.com/watch?v=M4l56AfUTnQ#
Приятное исключение - трифторид азота- он почти инертен при комнатной температуре и практически неядовит, если
чистый! И его более опасный аналог - тетрафторгидразин
Все эти вещества были предложены и детально изучены полвека назад, но чего-то все пока летают на керосине, гептиле и
водороде!

[Андрей 2]

Как-то я обдумывал способ повышения эффективности ЖРД, и прикинул вот такой вариант: Если установить несколько ЖРДшных камер сгорания вместе, направив выхлоп их продуктов горения в другую, большего размера, и сфокусировать эти потоки, мы получаем сложение их тяги, и удельного импулса, кроме того в эту объединяющую (суммирующую) камеру подадим под давлением ещё одну топливную пару, например кислород-водород, то получаем ещё больший прирост мощности, поскольку эта мера призвана повысить давление в камере сгорания, и тем самым повысить удельный импульс.

1)Канал подачи керосина (синтетического топлива).
2)Канал подачи жидкого кислорода.
3)Канал подачи жидкого водорода.
4)Камеры сгорания 1-го уровня "задающие".
5)"Суммирующая" камера 2-го уровня.
6) Сопло.

"Насосная подача топлива позволяет создать в камере двигателя высокое давление, от десятков атмосфер до 250 ат (ЖРД 11Д520 РН «Зенит»). Высокое давление обеспечивает большую степень расширения рабочего тела, что является предпосылкой для достижения высокого значения удельного импульса. Кроме того, при большом давлении в камере сгорания достигается лучшее значение тяговооружённости двигателя — отношения величины тяги к весу двигателя. Чем больше значение этого показателя, тем меньше размеры и масса двигателя (при той же величине тяги), и тем выше степень его совершенства. Преимущества насосной системы особенно сказываются в ЖРД с большой тягой — например в двигательных установках ракет-носителей." https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C#%D0%A1%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D0%B8%D1%81%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F,_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B8%D0%BC%D1%83%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%BA%D0%B8

[pkl]

А зачем это всё?

[Андрей 2]

А зачем это всё?

Для повышения давления в камере сгорания, и тем самым характеристик двигателя, и по идее такая мера позволит достичь более полного сгорания компонентов топлива.

[ziggyStardust]

А зачем это всё?

Увести взор будущих космопроходчиков в сторону вакуумных людей от перспективных ионных и плазменных схем. В топке паровоза тоже много чего может сгореть. От старых тряпок до военнопленных. Не только лишь сульфиды...

[mbrane]

Для повышения давления в камере сгорания, и тем самым характеристик двигателя, и по идее такая мера позволит достичь более полного сгорания компонентов топлива.

давление в камере сгорания связана с температурой. а температура связана со со свойствами материалов... да и проблемы полноты сгорания тоже нет

[Dem]

Что касается Луны и околоземных астероидов - то про водородсодержащие топлива придётся забыть. А также похоже про фтор и углеродсодержащие.
Только хардкор, типа жидкий алюминий+жидкий кислород.
Низкий УИ, зато дохрена и дёшево.

[crazy_terraformer]

А вот как горит силан:
http://www.youtube.com/watch?v=KMpNOpt_-QQ#

Слабенько как-то, не впечатляет. А всё почему? Потому что кто-то сильно разбавляет кислоту . Всё же природный ум, не омраченный принятием наркотиков и алкоголя, инстинкт самосохранения и знание - это сила! А ведь мог бы, мог бы получить премию Дарвина!

Что касается Луны и околоземных астероидов - то про водородсодержащие топлива придётся забыть. А также похоже про фтор и углеродсодержащие.
Только хардкор, типа жидкий алюминий+жидкий кислород.
Низкий УИ, зато дохрена и дёшево.

Водород лёгкий его можно и с Земли возить, а на Луне воду экономить, производя из её водорода силаны и гидрид алюминия(т.к. кремний и алюминий самые распространённые там элементы).
В околоземных астероидах вода вполне может быть под реголитом абсорбированная, кристаллогидратная, газогидратная. Опять же водород можно из углеродистых хондритов получать.

[sharp]

Только хардкор, типа жидкий алюминий+жидкий кислород.
Низкий УИ, зато дохрена и дёшево.

УИ можно получить вполне нормальный, на уровне керосина. Из плюсов: нужно меньше кислорода на ту же массу топливной пары, соответственно уменьшается размер баков.
Минусы - дорогие и, возможно, тяжелые материалы баков и систем подачи топлива, и невозможность использовать ступень длительное время. Жидкий люминь - это минимум 700С надо поддерживать, при такой температуре тепло довольно быстро будет теряться излучением.

[noxx77]

Жидкий люминь - это минимум 700С надо поддерживать, при такой температуре тепло довольно быстро будет теряться излучением.

К ляду баки - мотаем трос на "шпульку", греем уже в камере дугой. Либо можно сделать ракету-автофаг, которая жрёт болванку. А можно кислород залить в "съедаемый" бак. Часть УИ потеряется на то, что кислорода надо брать с избытком - как РТ: корунд весьма хреново расширяется...

[mbrane]

Жидкий люминь - это минимум 700С надо поддерживать, при такой температуре тепло довольно быстро будет теряться излучением.

К ляду баки - мотаем трос на "шпульку", греем уже в камере дугой. Либо можно сделать ракету-автофаг, которая жрёт болванку. А можно кислород залить в "съедаемый" бак. Часть УИ потеряется на то, что кислорода надо брать с избытком - как РТ: корунд весьма хреново расширяется...

правильно выше сказано... Ионник мегаваттного класса и ядреный реактор наше все... Химические двигатели - не имеют никакого потенциала ибо для того что бы лостичь хотя бы четверти скорости света нужен топливный бвк больше Метагалактики

[sharp]

правильно выше сказано... Ионник мегаваттного класса и ядреный реактор наше все... Химические двигатели - не имеют никакого потенциала ибо для того что бы лостичь хотя бы четверти скорости света нужен топливный бвк больше Метагалактики

Химические движки имеют свою нишу - взлет-посадка, некоторые виды орбитальных маневров. На ионниках этого просто не получится исполнить ввиду низкой тяги.

[Андрей 2]

правильно выше сказано... Ионник мегаваттного класса и ядреный реактор наше все... Химические двигатели - не имеют никакого потенциала ибо для того что бы лостичь хотя бы четверти скорости света нужен топливный бвк больше Метагалактики

Вы наверное имели ввиду это:  "Но для полетов к звездам и другим галактикам ЖРД, конечно, совсем непригодны. Масса всей метагалактики — 10 в 56-ой степени граммов. Для того чтобы разогнаться на ЖРД хотя бы до четверти скорости света, потребуется совершенно невероятный объем топлива — 10 в 3200-ой степени граммов, так что даже думать об этом глупо. У ЖРД есть своя ниша — маршевые двигатели. На жидкостных двигателях можно разогнать носитель до второй космической скорости, долететь до Марса, и все." https://pikabu.ru/story/dve_s_polovinoy_tonnyi_topliva_v_sekundu_4445200

[Ultima Thulean]

А жидкие щелочные металлы?

[Изобретатель]

Что касается Луны и околоземных астероидов - то про водородсодержащие топлива придётся забыть.

Смею напомнить:"Водород самое распостраненное вещество во Вселенной!!

[mbrane]

Что касается Луны и околоземных астероидов - то про водородсодержащие топлива придётся забыть.

Смею напомнить:"Водород самое распостраненное вещество во Вселенной!!

А кислород не самое...

[Ultima Thulean]

Из окислителей самое