과당 추진제

Hypergolic propellant
MESSENGER 우주탐사선에 탑재된 고압 연료 하이드라진.승무원은 유해 물질 때문에 완전 유해 물질 보호복을 입고 있습니다.

로켓 엔진에서 사용되는 초고압 추진제 조합은 성분이 서로 접촉하면 자연 발화하는 것이다.

두 개의 추진제 구성 요소는 일반적으로 연료와 산화제로 구성됩니다.초고압 추진제의 주요 장점은 상온에서 액체 형태로 저장될 수 있고, 이를 통해 구동되는 엔진은 안정적이고 반복적으로 점화되기 쉽다는 것입니다.일반적인 과급성 추진제는 극도의 독성 및/또는 부식성으로 인해 취급하기 어렵다.

현대 용법에서 "하이퍼골" 및 "하이퍼골 추진제"라는[citation needed] 용어는 일반적으로 가장 일반적인 추진제 조합인 사산화수소 및 히드라진 및/또는 그 친척인 모노메틸히드라진(MMH)과 비대칭 디메틸히드라진(UDMH)을 의미한다.

역사

1935년 헬무트 월터는 히드라진 하이드레이트가 8083%의 고강도 과산화수소를 가진 과당류라는 것을 발견했다.그는 아마도 이 현상을 최초로 발견했고 연료 개발에 착수했을 것이다.오토 루츠 교수는 히드라진 수화물 30%, 메탄올 57%, 물 13%를 함유하고 고강도 [1]: 13 과산화수소로 자연 발화한 C-Stopf의 개발을 월터사를 도왔다.BMW는 아민, 자일리딘 [2]및 아닐린의 다양한 조합과 함께 질산을 과도하게 혼합하여 연소하는 엔진을 개발했습니다.

과급성 추진제는 1940년 갤시트와 해군 아나폴리스 연구자들에 의해 미국에서 두 번째로 독립적으로 발견되었다.그들은 아닐린과 붉은 연기를 내뿜는 질산에 [3]의해 구동되는 엔진을 개발했다.Robert Goddard, Reaction Motors 및 Curtiss-Wright는 1940년대 초에 소형 미사일과 제트 보조 이륙(JATO)을 위한 아닐린/질산 엔진에 대해 연구했습니다.이 프로젝트는 여러 대의 마틴 PBM과 PBY 폭격기를 성공적으로 이륙시키는 결과를 낳았지만, 연료와 산화제의 독성 특성과 아닐린의 높은 빙점 때문에 이 프로젝트는 인기가 없었다.두 번째 문제는 결국 [1]: 22–23 아닐린에 소량의 푸르푸릴 알코올을 첨가함으로써 해결되었습니다.

1942-45년의 월터 109-509A, 초기 과급 추진제 로켓 엔진.

1930년대 중반부터 제2차 세계대전까지 독일에서 로켓 추진제는 모노골, 하이퍼골, 비하이퍼골, 리더골 등으로 크게 분류되었다.엔딩 에골은 그리스의 에곤 또는 일과 라틴의 올륨 또는 기름의 조합으로,[Note 1] 나중에 알코올로부터 화학 접미사 -ol의 영향을 받습니다.모노폴은 모노로필란트였고, 비하이퍼골은 외부 발화가 필요한 2프로필란트였고, 리더골은 고체와 액체의 잡종이었다.과급성 추진제(또는 적어도 과급성 점화제)는 전기 또는 폭약식 점화제보다 하드 스타트 가능성이 훨씬 낮았습니다."[4]하이퍼골"이라는 용어는 독일 브라운슈바이크 공과대학의 볼프강 뇨거트 박사가 만들었다.

지금까지 실전 배치된 유일한 로켓 추진 전투기는 Messerschmitt Me 163B Komet이었다.Komet은 HWK 109-509를 가지고 있었는데, 로켓 모터로 메탄올/히드라진을 연료로 소비하고 높은 테스트 과산화물 T-Stopf를 산화제로 사용했습니다.이 초강력 로켓 모터는 매우 휘발성이 높고 어떠한 부주의로도 폭발할 수 있다는 대가를 치르면서 빠른 상승과 빠른 타격 전술의 이점을 가지고 있었다.하인켈 줄리아와 같은 다른 전투 로켓 전투기와 DFS 228과 같은 정찰기는 월터 509 시리즈 로켓 모터를 사용하려고 했지만 Me 163 외에 바첼름 바 349 네이터 수직발사 소모성 전투기만 월터 로켓 추진 시스템을 주요 추진력으로 하여 비행 시험을 거친 적이 있다.군용 항공기용 시스템.

스푸트니크 1호를 발사한 소련의 R-7, 미국의 아틀라스, 타이탄-1과 같은 최초의 탄도 미사일은 등유와 액체 산소를 사용했다.비록 우주 발사대에서는 선호되지만, 액체 산소 같은 극저온 물질을 한 번에 몇 달 또는 몇 년 동안 발사 준비를 유지해야 하는 미사일에 저장해야 하는 어려움으로 인해 미국 타이탄 II와 대부분의 소련 ICBM에서 극저온 추진체로 전환하게 되었다.그러나 타이탄 II 저장고에서의 누출과 폭발을 포함한 부식성 및 유독성 물질의 어려움으로 인해, 처음에는 서방 잠수함 발사 탄도 미사일, 그 다음에는 육상 기반 미국과 소련의 [1]: 47 ICBM으로 고체 연료 증압기로 거의 대체되었다.

달 착륙에 사용된 아폴로 달 착륙선은 하강 로켓 엔진과 상승 로켓 엔진 모두에서 과속 연료를 사용했다.

서방 우주발사기관들의 추세는 대형 초속 로켓 엔진에서 벗어나 고성능 수소/산소 엔진으로 바뀌고 있다.아리안 1-4는 1단계와 2단계(및 아리안 3단계와 4단계에서는 옵션인)를 갖춘 상태로 폐기되어 액체 수소와 액체 산소를 연료로 하는 1단을 사용하는 아리안 5로 대체되었습니다.타이탄 II, III, IV는 1단계와 2단계에서 모두 퇴역했다.초고압 추진제는 여러 번 연소 시간이 필요한 상위 단계 및 발사 탈출 시스템에서 여전히 널리 사용됩니다.

특성.

우주왕복선 엔데버 궤도기동시스템의 초고압 추진제 탱크

이점

고농도로 연료 공급되는 로켓 엔진은 점화 시스템이 필요 없기 때문에 보통 간단하고 신뢰할 수 있습니다.일부 발사체에서는 대형 과급기 엔진이 터보펌프를 사용하지만 대부분의 과급기 엔진은 가압 공급됩니다.가스(일반적으로 헬륨)는 일련의 체크 및 안전 밸브를 통해 압력에 의해 추진제 탱크에 공급됩니다.추진제는 차례로 컨트롤 밸브를 통해 연소실로 흐릅니다. 즉석 접촉 점화 작용으로 인해 반응하지 않은 추진제의 혼합물이 축적되어 점화되는 것을 방지한 다음 치명적인 하드 스타트 상태가 될 수 있습니다.

점화 시스템이 필요하지 않기 때문에, 그들은 추진제가 고갈될 때까지 단순히 추진제 밸브를 열고 닫는 것만으로 몇 번이라도 발사할 수 있고, 따라서 우주선 조종에 독특하게 적합하며, 비록 독특하지는 않지만, 델타 II와 아리안 5와 같은 우주 발사대의 상위 단계처럼 매우 적합하다.ich는 여러 번 굽기를 수행해야 합니다.그럼에도 불구하고 재가동 가능한 비과속 로켓 엔진, 특히 센타우르호의 극저온(산소/수소) RL-10과 토성 V호의 J-2가 존재한다.Falcon 9 의 RP-1/LOX Merlin 도 [5]재기동할 수 있습니다.

가장 일반적인 과당 연료인 히드라진, 모노메틸히드라진, 비대칭 디메틸히드라진, 산화제인 사산화질소는 모두 상온과 압력에서 액체입니다.그러므로 그것들은 때때로 저장 가능한 액체 추진제라고 불린다.그것들은 수년 동안 지속되는 우주선 임무에 사용하기에 적합하다.액체 수소와 액체 산소의 극저온성은 지금까지 우주발사체들의 실용적 사용을 제한해 왔다.[6]행성간 공간에서의 극저온 추진제 사용의 가장 큰 문제는 우주선 규모에 따라 크게 달라지는 비오프이기 때문에 우주선과 같은 대형 우주선의 경우 문제가 되지 않는다.

과급성 추진제의 또 다른 장점은 극저온 추진제에 비해 밀도가 높다는 것이다.LOX는 1.14g/ml의 밀도를 가지며, 질산과 질소 테트로옥시드 등의 과당 산화제는 각각 1.55g/ml, 1.45g/ml의 밀도를 가진다.LH2 연료는 매우 높은 성능을 제공하지만, 그 밀도는 로켓 단계 중 가장 큰 단계에서의 사용을 보증하는 반면, 히드라진과 UDMH의 혼합물은 최소 10배 [7]이상의 밀도를 가지고 있습니다.높은 추진제 밀도로 인해 추진제 탱크의 크기를 크게 줄일 수 있고, 이는 다시 탐사선이 더 작은 페이로드 페어링에 들어갈 수 있기 때문에 우주 탐사선에서 매우 중요합니다.

단점들

질량에 비해 기존의 과당 추진제는 LH2 / LOX 또는 LCH4 / [8]LOX와 같은 극저온 추진제 조합보다 낮은 열량을 보입니다.따라서 과당 추진제를 사용하는 발사체는 이러한 극저온 연료를 사용하는 발사체보다 더 많은 양의 연료를 운반해야 한다.

전통적인 과독성의 부식성, 독성 및 발암성은 값비싼 안전 [9][10]예방책을 필요로 한다.예를 들어, "악마의 독"이라는 별명을 가진 예외적으로 위험한 UDMH-질산 추진제 혼합물에 대한 적절한 안전 절차를 따르지 않은 것은 역사상 가장 치명적인 로켓 발사 사고인 네델린 [11]재앙을 초래했다.

과당뇨병의 조합

흔한

일반적인[according to whom?] 과당 추진제 조합은 다음과 같습니다.[citation needed]

일반적이지 않다

덜 흔한 과당 추진제에는 다음이 포함됩니다.[citation needed]

제안, 공개되지 않음

관련 기술

공기의 존재 하에서 자연 발화하는 발화성 물질은 로켓 연료 자체나 다른 연료에 점화되는 데 사용되기도 한다.예를 들어 트리에틸보란과 트리에틸알루미늄의 혼합물(이것들은 별도로, 심지어 함께 열수성)은 SR-71 Blackbird 및 Saturn V 로켓의 F-1 엔진 시동 및 SpaceX Falcon 9 로켓의 Merlin 엔진에 사용됩니다.

메모들

  1. ^ "ergol", 옥스퍼드 영어사전

레퍼런스

인용문
  1. ^ a b c d e f g Clark, John D. (1972). Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants (PDF). Rutgers University Press. ISBN 978-0-8135-0725-5. Archived (PDF) from the original on 10 July 2022.
  2. ^ Lutz, O. (1957). "BMW Developments". In Benecke, T.H.; Quick, A.W.; Schulz, W. (eds.). History of German Guided Missiles Development (Guided Missiles Seminar. 1956. Munich). Advisory Group for Aerospace Research and Development-AG-20. Appelhans. p. 420.
  3. ^ Sutton, G.P. (2006). History of Liquid Propellant Rocket Engines. Library of flight. American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 978-1-56347-649-5.
  4. ^ Botho, Stüwe (1998), Peenemünde West: Die Erprobungsstelle der Luftwaffe für geheime Fernlenkwaffen und deren Entwicklungsgeschichte [Peenemünde West: The Luftwaffe's test center for secret guided missiles and the history of their development] (in German), Peene Münde West: Weltbildverlag, p. 220, ISBN 9783828902947
  5. ^ "SpaceX". SpaceX. Retrieved 2021-12-29.
  6. ^ "Fuel Propellants - Storable, and Hypergolic vs. Ignitable by Mike Schooley". Archived from the original on 24 July 2021.
  7. ^ "PROPERTIES OF ROCKET PROPELLANTS". braeunig.us. Archived from the original on 26 May 2022.
  8. ^ Linstrom, Peter (2021). NIST Chemistry WebBook. NIST Standard Reference Database Number 69. NIST Office of Data and Informatics. doi:10.18434/T4D303.
  9. ^ 인터넷 아카이브에서의 NASA 및 USAF 과급성 추진제 관련 유출 및 화재 요약
  10. ^ 유튜브 '유독 추진제 위험'
  11. ^ The Nedelin Catastrophe, Part 1, 28 October 2014, archived from the original on 15 November 2014
  12. ^ Apollo 11 Mission Report - Performance of the Command and Service Module Reaction Control System (PDF). NASA - Lyndon B. Johnson Space Center. December 1971. pp. 4, 8. Archived from the original (PDF) on 12 July 2022.
  13. ^ T.A., Heppenheimer (2002). Development of the Shuttle, 1972–1981 - Volume 2.. Smithsonian Institution Press. ISBN 1-58834-009-0.
  14. ^ "Space Launch Report: Ariane 5 Data Sheet".
  15. ^ "SpaceX Updates". SpaceX. 2007-12-10. Archived from the original on January 4, 2011. Retrieved 2010-02-03.
  16. ^ "ISRO tests Vikas engine". The Hindu. 2014-03-23. Archived from the original on 2014-03-23. Retrieved 2019-07-29.
  17. ^ "WAC Corporal Sounding Rocket". Archived from the original on 7 January 2022.
  18. ^ Brown, Charles D. (2003). Elements of spacecraft design. AIAA. p. 211. ISBN 978-1-56347-524-5.
  19. ^ "High Test Peroxide" (pdf). Retrieved July 11, 2014.
  20. ^ "European space-rocket liquid-propellant engines". Archived from the original on 23 July 2021.
  21. ^ "P8E-9". Archived from the original on 12 May 2022.
  22. ^ "Nitric Acid/UDMH". Archived from the original on 1 July 2022.
  23. ^ 우주 비행사: RD-270 웨이백 머신에 2009-04-30 아카이브 완료.
참고 문헌

외부 링크