तरल रॉकेट प्रणोदक

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उच्चतम विशिष्ट आवेग रासायनिक रॉकेट तरल प्रणोदक (तरल-प्रणोदक रॉकेट) का उपयोग करते हैं। उनमें एक रसायन ( मोनोप्रोपेलेंट) या दो रसायनों का मिश्रण हो सकता है, जिन्हें बाइप्रोपेलेंट कहा जाता है। द्विप्रणोदक को आगे दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है; हाइपरगोलिक प्रणोदक, जो ईंधन और ऑक्सीकरण एजेंट के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होते हैं, और गैर-हाइपरगोलिक प्रणोदक जिन्हें प्रज्वलन स्रोत की आवश्यकता होती है। [1]

तरल ईंधन से बने लगभग 170 अलग-अलग प्रणोदक का परीक्षण किया गया है, जिसमें प्रणोदक योजक, संक्षारण अवरोधक या स्टेबलाइजर्स जैसे विशिष्ट प्रणोदक में मामूली परिवर्तन सम्मिलित नहीं हैं। अकेले अमेरिका में कम से कम 25 विभिन्न प्रणोदक संयोजन उड़ाए गए हैं। [2] 2020 तक, 1970 के दशक के मध्य से पूरी तरह से नए प्रणोदक का उपयोग नहीं किया गया है। [3]

तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन के लिए प्रणोदक चुनने में कई कारक जाते हैं। प्राथमिक कारकों में संचालन, लागत, खतरों/पर्यावरण और प्रदर्शन में आसानी सम्मिलित है।[citation needed]


इतिहास

20वीं सदी की प्रारंभ में विकास

कॉन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की ने 1903 में अपने लेख रॉकेट उपकरणों के माध्यम से बाहरी अंतरिक्ष की खोज में तरल प्रणोदक के उपयोग का प्रस्ताव दिया। [4] [5]

16 मार्च, 1926 को रॉबर्ट H. गोडार्ड, अपने सबसे उल्लेखनीय आविष्कार के लॉन्चिंग फ्रेम को पकड़े हुए – पहला तरल ईंधन वाला रॉकेट

16 मार्च, 1926 को, रॉबर्ट H. गोडार्ड ने अपने पहले आंशिक रूप से सफल तरल-प्रणोदक रॉकेट प्रक्षेपण के लिए रॉकेट ईंधन के रूप में तरल ऑक्सीजन (एलOएक्स) और पेट्रोल का उपयोग किया। दोनों प्रणोदक आसानी से उपलब्ध, सस्ते और अत्यधिक ऊर्जावान हैं। ऑक्सीजन मध्यम क्रायोजेन है क्योंकि हवा तरल ऑक्सीजन टैंक के खिलाफ द्रवीभूत नहीं होगी, इसलिए अत्यधिक इन्सुलेशन के बिना एलOएक्स को रॉकेट में संक्षिप्त रूप से संग्रहीत करना संभव है।

फ्रेडरिक सैंडर, Oपल आरएके तकनीशियन अगस्त बेकर और Oपल कर्मचारी कार्ल ट्रेबर (दाएं से बाएं) तरल-ईंधन रॉकेट-प्लेन प्रोटोटाइप के सामने रसेलशेम में Oपल रेनबैन में परीक्षण संचालन के दौरान

जर्मनी में, इंजीनियर और वैज्ञानिक 1920 के दशक के अंत में रसेलशेम में Oपल आरएके के भीतर तरल प्रणोदन, निर्माण और परीक्षण से रोमांचित हो गए। Oपल आरएके रॉकेट डिजाइनर, मैक्स वेलियर के खाते के अनुसार, फ्रेडरिक विल्हेम सैंडर ने 10 अप्रैल और 12 अप्रैल, 1929 को रसेलशेम में Oपल रेनबैन में दो तरल-ईंधन रॉकेट लॉन्च किए। ये Oपल आरएके रॉकेट पहले यूरोपीय रहे हैं, और गोडार्ड के बाद दुनिया के दूसरे , इतिहास में तरल-ईंधन रॉकेट। अपनी पुस्तक "राकेटेनफहर्ट" में वालियर ने रॉकेट के आकार का वर्णन 21 सेमी व्यास और 74 सेमी की लंबाई के साथ किया, जिसका वजन 7 किलो खाली और ईंधन के साथ 16 किलो था। 132 सेकेंड के कुल जलने के समय के साथ अधिकतम जोर 45 से 50 केपी था। ये गुण गैस के दबाव पम्पिंग का संकेत देते हैं। पहली मिसाइल इतनी तेजी से उठी कि सैंडर की नजर उस पर से हट गई। दो दिन बाद, दूसरी इकाई जाने के लिए तैयार थी, सैंडर ने रॉकेट को 4,000 मीटर लंबी रस्सी बांध दी। 2000 मीटर या रस्सी के खुले होने के बाद, रेखा टूट गई और यह रॉकेट भी क्षेत्र में गायब हो गया, संभवतः Oपल सिद्ध करने वाले मैदान के पास और रसेलशेम, रेन्बैन में रेसट्रैक। इन परीक्षणों का मुख्य उद्देश्य अंग्रेजी चैनल को पार करने के लिए विमान के प्रणोदन प्रणाली का विकास करना था। स्पेसफ्लाइट इतिहासकार फ्रैंक H. विंटर, वाशिंगटन, डीसी में राष्ट्रीय वायु और अंतरिक्ष संग्रहालय के क्यूरेटर ने पुष्टि की कि Oपल समूह काम कर रहा था, भूमि-गति रिकॉर्ड के लिए उपयोग किए जाने वाले उनके ठोस-ईंधन रॉकेटों और दुनिया की पहली मानवयुक्त रॉकेट-प्लेन उड़ानों के अतिरिक्त , तरल-ईंधन रॉकेट पर (स्पेसफ्लाइट, खंड 21,2, फरवरी 1979): 30 सितंबर 1929 को न्यूयॉर्क टाइम्स के लिए विशेष रूप से प्रसारित केबल में, फ्रिट्ज वॉन Oपल को यह कहते हुए उद्धृत किया गया है: सैंडर और मैं अब इसे स्थानांतरित करना चाहते हैं। तरल रॉकेट प्रयोगशाला से व्यावहारिक उपयोग के लिए। लिक्विड रॉकेट के साथ मैं इंग्लिश चैनल को पार करने वाला पहला आदमी होने की उम्मीद करता हूं। जब तक मैं इसे पूरा नहीं कर लेता, मैं चैन से नहीं बैठूंगा। डॉयचेस संग्रहालय को आरएके 2 प्रतिकृति के दान पर भाषण में, वॉन Oपल ने प्रमुख सहयोगी के रूप में Oपल इंजीनियर जोसेफ शाबर्गर का भी उल्लेख किया। वॉन Oपल ने कहा, वह हमारे छोटे गुप्त समूह के लिए सैंडर के समान उत्साह के साथ था, जिसमें से एक कार्य मेरे पिता से सभी तैयारियों को छिपाना था, क्योंकि उनकी पैतृक आशंकाOं ने उन्हें विश्वास दिलाया था कि मैं किसी चीज़ के लिए कट गया था रॉकेट शोधकर्ता होने से बेहतर है। शाबर्गर ने निर्माण और असेंबली (रॉकेट कारों के) में सम्मिलित सभी विवरणों का पर्यवेक्षण किया, और हर बार जब मैं अपने पिछले हिस्से में कुछ सौ पाउंड विस्फोटक के साथ पहिया के पीछे बैठा, और पहला संपर्क किया, तो मैंने पूरी सुरक्षा की भावना के साथ ऐसा किया [...] 1928 की प्रारंभ में, श्री शाबर्गर और मैंने तरल रॉकेट विकसित किया, जो निश्चित रूप से पहला स्थायी रूप से संचालित रॉकेट था जिसमें विस्फोटक को दहन कक्ष में इंजेक्ट किया गया था और साथ ही पंपों का उपयोग करके ठंडा किया गया था। [...] हमने ईंधन के रूप में बेंजोल का उपयोग किया, वॉन Oपल ने जारी रखा, और ऑक्सीकारक के रूप में नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड। यह रॉकेट मुलर-ग्रिसहेम विमान में स्थापित किया गया था और 70 किलो (154 पाउंड) का जोर विकसित किया था। मई 1929 तक, इंजन ने पंद्रह मिनट से अधिक समय तक 200 किग्रा (440 पाउंड) का थ्रस्ट उत्पन्न किया और जुलाई 1929 में, Oपल आरएके सहयोगी 300 किग्रा (660- एलबी.) रसेलशेम में Oपल के कार्यों में, फिर से मैक्स वैलेयर के खाते के अनुसार। द ग्रेट डिप्रेशन ने Oपल आरएके गतिविधियों को समाप्त कर दिया। 1930 में प्रयोग करते समय मारे गए वैलेयर और तरल-ईंधन रॉकेट पर सैंडर के काम को जर्मन सेना, सेना के हथियार कार्यालय द्वारा जब्त कर लिया गया और बर्लिन के पास कुमर्सडॉर्फ में 1930 के दशक के आरंभ और मध्य में जनरल वाल्टर डॉर्नबर्गर के अनुसार गतिविधियों में एकीकृत किया गया। [6] मैक्स वेलियर द्वारा सह-स्थापित शौकिया रॉकेट समूह, वेरेन फर रम्सचिफाहर्ट, में वर्नर वॉन ब्रॉन सम्मिलित थे, जो अंततः सेना अनुसंधान केंद्र के प्रमुख बने, जिसने नाजियों के लिए वी -2 रॉकेट हथियार डिजाइन किया। सैंडर को 1935 में गेस्टापो द्वारा गिरफ्तार किया गया था, जब जर्मनी में निजी रॉकेट-इंजीनियरिंग निषिद्ध हो गई थी, राजद्रोह के लिए 5 साल की जेल की सजा सुनाई गई थी और अपनी कंपनी को बेचने के लिए मजबूर किया गया था, 1938 में उनकी मृत्यु हो गई।

द्वितीय विश्व युद्ध के युग

जर्मनी ने द्वितीय विश्व युद्ध से पहले और उसके समय रणनीतिक वी-2 रॉकेट और अन्य मिसाइलों के लिए बहुत सक्रिय रॉकेट विकास किया था। वी-2 ने ईंधन पंपों को चलाने के लिए हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ अल्कोहल/एलOएक्स तरल-प्रणोदक इंजन का उपयोग किया। [7] इंजन को ठंडा करने के लिए पानी में अल्कोहल मिलाया गया था। जर्मनी और संयुक्त राज्य अमेरिका दोनों ने पुन: प्रयोज्य तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन विकसित किए जो एलOएक्स की तुलना में बहुत अधिक घनत्व वाले स्टोर करने योग्य तरल ऑक्सीडाइज़र और उच्च घनत्व ऑक्सीडाइज़र के साथ हाइपरगोलिक प्रणोदक वाले तरल ईंधन का उपयोग करते थे। सैन्य उपयोग के लिए जर्मन रॉकेट इंजन के प्रमुख निर्माता, हेलमुथ वाल्टर सीमित भागीदारी, [8] विमानन मंत्रालय (नाज़ी जर्मनी)-क्रमांकित 109-500-नाम वाली रॉकेट इंजन प्रणालियों का निर्माण किया, और या तो वाल्टर Hडब्ल्यूके 109-500 के लिए मोनोप्रोपेलेंट के रूप में टी कपड़ा का उपयोग किया। [9] या वाल्टर Hडब्ल्यूके 109-507 के रूप में हेन्शेल Hएस 293 | एमसीएलOएस-निर्देशित एयर-सी ग्लाइड बम; [10] और वाल्टर Hडब्ल्यूके 109-509 उद्देश्यों के लिए सी पदार्थ के साथ उसी ऑक्सीडाइज़र के बाइप्रोपेलेंट संयोजन में उपयोग किया जाता है।[11] यू.एस. इंजन डिजाइन ऑक्सीडाइज़र के रूप में नाइट्रिक एसिड के द्विप्रणोदक संयोजन से भरे हुए थे; और एनिलिन ईंधन के रूप में। दोनों इंजनों का उपयोग विमानों को चलाने के लिए किया गया था, वाल्टर 509-श्रृंखला जर्मन इंजन डिजाइनों के स्थितियों में मी 163 कोमेट इंटरसेप्टर, और दोनों देशों की आरएटीO इकाइयां (जैसा कि लूफ़्टवाफे़ के लिए स्टारथिलफ़ प्रणाली के साथ) विमान के उड़ान भरने में सहायता के लिए किया गया था। जिसमें अमेरिकी तरल-ईंधन वाले रॉकेट इंजन प्रौद्योगिकी के स्थितियोंमें प्राथमिक उद्देश्य सम्मिलित था - इसका अधिकांश हिस्सा अमेरिकी नौसेना अधिकारी रॉबर्ट ट्रूक्स के दिमाग से आया था। [12]


1950 और 1960 के दशक

1950 और 1960 के दशक के समय प्रणोदक रसायनज्ञों द्वारा सेना के लिए बेहतर अनुकूल उच्च-ऊर्जा तरल और ठोस प्रणोदक खोजने के लिए गतिविधि का बड़ा विस्फोट हुआ था। बड़ी रणनीतिक मिसाइलों को कई वर्षों तक भूमि-आधारित या पनडुब्बी-आधारित साइलो में बैठने की जरूरत होती है, जो एक पल की सूचना पर लॉन्च करने में सक्षम होती हैं। प्रणोदकों को निरंतर प्रशीतन की आवश्यकता होती है, जिसके कारण उनके रॉकेट बर्फ के कभी-कभी मोटे कंबल विकसित करते हैं, व्यावहारिक नहीं थे। जैसा कि सेना खतरनाक सामग्रियों को संभालने और उपयोग करने के लिए तैयार थी, बड़ी संख्या में खतरनाक रसायनों को बड़े बैचों में पीसा गया था, जिनमें से अधिकांश को परिचालन प्रणालियों के लिए अनुपयुक्त माना गया था। नाइट्रिक एसिड के स्थितियोंमें, एसिड ही (HNO
3) अस्थिर था, और अधिकांश धातुOं को जंग लग गया, जिससे इसे स्टोर करना कठिन हो गया। डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड की मामूली मात्रा के अतिरिक्त, N
2O
4, मिश्रण को लाल कर दिया और इसे संरचना बदलने से रोक दिया, किन्तु इस समस्या को छोड़ दिया कि नाइट्रिक एसिड उन कंटेनरों को संक्षारित करता है जिनमें इसे रखा जाता है, जिससे गैसें निकलती हैं जो प्रक्रिया में दबाव बना सकती हैं। सफलता थोड़ी हायड्रोजन फ्लोराइड (HF) के अतिरिक्त थी, जो टैंक की दीवारों के इंटीरियर पर स्व-सीलिंग धातु फ्लोराइड बनाती है जो रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड को रोकती है। इसने आईआरFएनए को स्टोर करने योग्य बना दिया। प्रणोदक संयोजन आईआरFएनए या शुद्ध पर आधारित है N
2O
4 ईंधन के रूप में ऑक्सीडाइज़र और केरोसिन या हैपर्गोलिक (स्वयं प्रज्वलित) एनिलिन, हाइड्राज़ीन या असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन (यूDAमH) को संयुक्त राज्य अमेरिका और सोवियत संघ में सामरिक और सामरिक मिसाइलों में उपयोग के लिए अपनाया गया था। स्व-प्रज्वलित करने योग्य स्टोर करने योग्य तरल द्वि-प्रणोदक में एलOएक्स/मिट्टी के तेल की तुलना में कुछ हद तक कम विशिष्ट आवेग होता है, किन्तु उच्च घनत्व होता है, इसलिए प्रणोदक का बड़ा द्रव्यमान समान आकार के टैंकों में रखा जा सकता है। गैसोलीन को विभिन्न हाइड्रोकार्बन ईंधनों द्वारा प्रतिस्थापित किया गया, [7] उदाहरण के लिए आरपी-1 – मिटटी तेल का अत्यधिक परिष्कृत ग्रेड। यह संयोजन उन रॉकेटों के लिए अधिक व्यावहारिक है जिन्हें संग्रहित करने की आवश्यकता नहीं है।

केरोसिन

नाज़ी जर्मनी द्वारा विकसित वी-2 रॉकेट में एलOएक्स और एथिल अल्कोहल का उपयोग किया गया था। अल्कोहल के मुख्य लाभों में से एक इसकी जल सामग्री थी जो बड़े रॉकेट इंजनों में शीतलन प्रदान करती थी। पेट्रोलियम आधारित ईंधन ने अल्कोहल की तुलना में अधिक शक्ति की प्रस्तुत की, किन्तु मानक गैसोलीन और मिट्टी के तेल ने बहुत अधिक गाद और दहन उपोत्पाद छोड़े जो इंजन प्लंबिंग को रोक सकते थे। इसके अतिरिक्त उनमें एथिल अल्कोहल के शीतलन गुणों की कमी थी।

1950 के दशक की प्रारंभ में, अमेरिका में रासायनिक उद्योग को बेहतर पेट्रोलियम-आधारित रॉकेट प्रणोदक तैयार करने का काम सौंपा गया था, जो अवशेषों को पीछे नहीं छोड़ेगा और यह भी सुनिश्चित करेगा कि इंजन शांत रहें। परिणाम आरपी-1 था, जिसकी विशिष्टताOं को 1954 तक अंतिम रूप दे दिया गया था। जेट ईंधन का अत्यधिक परिष्कृत रूप, आरपी-1 पारंपरिक पेट्रोलियम ईंधन की तुलना में बहुत अधिक सफाई से जलता था और विस्फोटक वाष्प से जमीनी कर्मियों के लिए कम खतरा उत्पन्न करता था। यह एटलस, टाइटन I और थोर जैसे अधिकांश प्रारंभिक अमेरिकी रॉकेटों और बैलिस्टिक मिसाइलों के लिए प्रणोदक बन गया। सोवियत संघ ने अपनी आर-7 मिसाइल के लिए जल्दी से आरपी-1 को अपनाया, किन्तु अधिकांश सोवियत लॉन्च वाहनों ने अंततः आकर्षक हाइपरगोलिक प्रणोदकों का उपयोग किया। As of 2017, इसका उपयोग कई कक्षीय प्रक्षेपकों के मल्टीस्टेज रॉकेट में किया जाता है।

हाइड्रोजन

कई प्रारंभिक रॉकेट सिद्धांतकारों का मानना ​​था कि हाइड्रोजन गैस अद्भुत प्रणोदक होगी, क्योंकि यह उच्चतम विशिष्ट आवेग देती है। ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकृत होने पर इसे सबसे स्वच्छ भी माना जाता है क्योंकि एकमात्र उप-उत्पाद पानी है। विश्व उत्पादन के लगभग 95% पर वाणिज्यिक बल्क हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए प्राकृतिक गैस का भाप सुधार सबसे आम प्रणाली है [13] [14] 500 बिलियन मी3 1998 में। [15] उच्च तापमान (700-1100 डिग्री सेल्सियस) पर और धातु-आधारित उत्प्रेरक (निकल) की उपस्थिति में, भाप कार्बन मोनोआक्साइड और हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए मीथेन के साथ प्रतिक्रिया करती है।

किसी भी अवस्था में हाइड्रोजन बहुत भारी होती है; इसे सामान्यतः गहरे क्रायोजेनिक तरल के रूप में संग्रहीत किया जाता है, 1950 के दशक की प्रारंभ में लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी में थर्मोन्यूक्लियर हथियार अमेरिकी विकास के हिस्से के रूप में विधि में महारत प्राप्त थी। तरल हाइड्रोजन को बिना उबाले संग्रहित और परिवहन किया जाता है, क्योंकि हीलियम, जिसका क्वथनांक हाइड्रोजन की तुलना में कम होता है, शीतलक प्रशीतक के रूप में कार्य करता है। केवल जब हाइड्रोजन को लॉन्च वाहन पर लोड किया जाता है, जहां कोई प्रशीतन उपस्थित नहीं होता है, तो यह वायुमंडल में जाता है। [16]

1950 के दशक के अंत और 1960 के दशक के प्रारंभ में इसे सेंटौर (रॉकेट चरण) और शनि आई ऊपरी चरणों जैसे हाइड्रोजन-ईंधन वाले चरणों के लिए अपनाया गया था।[citation needed] तरल के रूप में भी, हाइड्रोजन का घनत्व कम होता है, जिसके लिए बड़े टैंकों और पंपों की आवश्यकता होती है, और अत्यधिक ठंड के लिए टैंक इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है। यह अतिरिक्त वजन मंच के द्रव्यमान अंश को कम करता है या वजन कम करने के लिए टैंकों के दबाव स्थिरीकरण जैसे असाधारण उपायों की आवश्यकता होती है। दबाव स्थिर टैंक ठोस संरचनाOं के अतिरिक्त आंतरिक दबाव के साथ अधिकतर भार का समर्थन करते हैं, मुख्य रूप से टैंक सामग्री की तन्य शक्ति को नियोजित करते हैं।[citation needed]

सोवियत रॉकेट कार्यक्रम, विधि क्षमताOं की कमी के कारण, उपयोग नहीं किया LH
2 1980 के दशक तक प्रणोदक के रूप में जब इसका उपयोग ऊर्जा (रॉकेट) कोर चरण के लिए किया गया था।[citation needed]


ऊपरी चरण का उपयोग

तरल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का तरल-रॉकेट इंजन प्रणोदक संयोजन वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक रॉकेटों का उच्चतम विशिष्ट आवेग प्रदान करता है। यह अतिरिक्त प्रदर्शन अधिक हद तक कम घनत्व के हानि को दूर करता है। प्रणोदक के कम घनत्व से बड़े ईंधन टैंक बन जाते हैं। यद्यपि, ऊपरी चरण के अनुप्रयोग में विशिष्ट आवेग में छोटी सी वृद्धि से पेलोड टू ऑर्बिट क्षमता में महत्वपूर्ण वृद्धि हो सकती है। [3]


मिट्टी के तेल से तुलना

केरोसिन के छलकने के कारण लॉन्च पैड की आग हाइड्रोजन की आग की तुलना में अधिक हानिकारक होती है, मुख्य रूप से दो कारणों से। सबसे पहले, हाइड्रोजन की तुलना में पूर्ण तापमान में मिट्टी का तेल लगभग 20% अधिक गर्म होता है। दूसरा कारण इसकी उछाल है। चूँकि हाइड्रोजन गहरा क्रायोजेन है, यह जल्दी उबलता है और गैस के रूप में बहुत कम घनत्व के कारण ऊपर उठता है। जब हाइड्रोजन जलती है तब भी भाप | गैसीय H
2O जो बनता है उसका आणविक भार केवल 18 परमाणु द्रव्यमान इकाई होता है, जबकि हवा के लिए 29.9 परमाणु द्रव्यमान इकाई होता है, इसलिए यह तेजी से ऊपर उठता है। दूसरी Oर मिट्टी का तेल जमीन पर गिर जाता है और बड़ी मात्रा में गिरने पर घंटों तक जलता रहता है, जिससे अपरिहार्य रूप से व्यापक गर्मी क्षति होती है जिसके लिए समय लेने वाली मरम्मत और पुनर्निर्माण की आवश्यकता होती है। यह बड़े, अप्रमाणित रॉकेट इंजनों की फायरिंग से जुड़े टेस्ट स्टैंड क्रू द्वारा सबसे अधिक बार अनुभव किया जाने वाला सबक है। हाइड्रोजन-ईंधन वाले इंजनों में विशेष डिजाइन की आवश्यकताएं होती हैं जैसे कि प्रोपेलेंट लाइनों को क्षैतिज रूप से चलाना, इसलिए जाल लाइनों में नहीं बनते हैं और सीमित स्थानों में उबलने के कारण फट जाते हैं। ये विचार तरल ऑक्सीजन और तरल प्राकृतिक गैस (एलएनजी) जैसे सभी क्रायोजेन्स पर भी प्रयुक्त होते हैं। तरल हाइड्रोजन ईंधन के उपयोग का उत्कृष्ट सुरक्षा रिकॉर्ड और शानदार प्रदर्शन है जो अन्य सभी व्यावहारिक रासायनिक रॉकेट प्रणोदकों से अधिक ऊपर है।

लिथियम और अधातु तत्त्व

एक रॉकेट इंजन में अब तक परीक्षण किया गया उच्चतम विशिष्ट आवेग रसायन लिथियम और फ्लोरीन था, जिसमें हाइड्रोजन को निकास ऊष्मप्रवैगिकी में सुधार करने के लिए जोड़ा गया था (सभी प्रणोदकों को अपने स्वयं के टैंकों में रखा जाना था, जिससे यह त्रिप्रोपेलेंट रॉकेट बन गया)। संयोजन ने निर्वात में 542 विशिष्ट आवेग दिया, जो 5320 मी./से. के निकास वेग के बराबर है। इस रसायन विज्ञान की अव्यवहारिकता इस बात पर प्रकाश डालती है कि विदेशी प्रणोदकों का वास्तव में उपयोग क्यों नहीं किया जाता है: सभी तीन घटकों को तरल बनाने के लिए, हाइड्रोजन को -252 डिग्री सेंटीग्रेट (सिर्फ 21केल्विन) से नीचे रखा जाना चाहिए और लिथियम को 180 डिग्री सेंटीग्रेट (453केल्विन) से ऊपर रखा जाना चाहिए। . लिथियम और फ्लोरीन दोनों अत्यंत संक्षारक हैं, लिथियम हवा के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है, फ्लोरीन हाइड्रोजन सहित अधिकांश ईंधन के संपर्क में आने पर प्रज्वलित होता है। निकास में फ्लोरीन और हाइड्रोजन फ्लोराइड (HF) बहुत जहरीले होते हैं, जो लॉन्च पैड के आसपास काम करना कठिन बनाते हैं, पर्यावरण को हानि पहुंचाते हैं, और लॉन्च लाइसेंस प्राप्त करना और भी कठिन बना देता है। अधिकांश रॉकेट प्रणोदकों की तुलना में लिथियम और फ्लोरीन दोनों ही महंगे हैं। यह संयोजन इसलिए कभी नहीं उड़ाया गया है। [17]

1950 के दशक के दौरान, रक्षा विभाग ने प्रारंभ में लिथियम/फ्लोरीन को बैलिस्टिक मिसाइल प्रणोदक के रूप में प्रस्तावित किया था। 1954 में रासायनिक कारखाने में हुई दुर्घटना में फ्लोरीन के बादल को वातावरण में छोड़े जाने के कारण उन्हें इसके अतिरिक्त एलOएक्स/आरपी-1 का उपयोग करने के लिए राजी कर लिया।

मीथेन

नासा के मंगल डिजाइन संदर्भ मिशन | डिजाइन संदर्भ मिशन 5.0 दस्तावेजों (2009 और 2012 के बीच) में, लैंडर मॉड्यूल के लिए तरल मीथेन रॉकेट ईंधन/तरल ऑक्सीजन चुना हुआ प्रणोदक मिश्रण है।

As of July 2022, स्पेसएक्स अपने स्पेसएक्स स्टारशिप सुपर-हैवी-लिफ्ट लॉन्च वाहन के लिए स्पेसएक्स स्टारशिप विकास में रैप्टर (रॉकेट इंजन परिवार) मेथलॉक्स बाइप्रोपेलेंट रॉकेट इंजन का उपयोग करता है। नवंबर 2012 में, सीईO एलोन मस्क ने तरल मीथेन रॉकेट ईंधन/तरल ऑक्सीजन रॉकेट इंजन विकसित करने की योजना की घोषणा की। [18] स्पेसएक्स ने पहले अपने इंजनों में केवल आरपी-1/एलOएक्स का उपयोग किया था।

यद्यपि इसमें तरल हाइड्रोजन की तुलना में कम विशिष्ट आवेग है, तरल मीथेन को मंगल ग्रह पर सबेटियर प्रतिक्रिया के माध्यम से उत्पादित किया जा सकता है और इसके उच्च क्वथनांक और घनत्व के साथ-साथ हाइड्रोजन उत्सर्जन की कमी के कारण तरल हाइड्रोजन की तुलना में स्टोर करना आसान है। यह मिट्टी के तेल की तुलना में इंजनों में कम अवशेष भी छोड़ता है, जो पुन: प्रयोज्यता के लिए फायदेमंद है। [19] [20]

जुलाई 2014 में, जुगनू स्पेस सिस्टम्स ने अपने छोटे उपग्रह लॉन्च वाहन, जुगनू स्पेस सिस्टम्स या जुगनू अल्फा के लिए एयरोस्पाइक इंजन डिजाइन के साथ मीथेन ईंधन का उपयोग करने की अपनी योजना की घोषणा की। [21]

सितंबर 2014 में, नीला मूल और यूनाइटेड लॉन्च एलायंस ने बीई-4|बीई-4 एलOएक्स/एलएनजी इंजन के संयुक्त विकास की घोषणा की। बीई-4 प्रदान करेगा 2,400 kN (550,000 lbf) जोर का। [22]


मोनोप्रोपेलेंट्स

उच्च परीक्षण पेरोक्साइड: उच्च परीक्षण पेरोक्साइड केंद्रित हाइड्रोजन पेरोक्साइड है, जिसमें लगभग 2% से 30% पानी होता है। उत्प्रेरक के ऊपर से गुजरने पर यह भाप और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है। यह ऐतिहासिक रूप से प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणालियों के लिए उपयोग किया जाता था, आसानी से संग्रहणीय होने के कारण। यह अधिकांशतः वी2-रॉकेट और आधुनिक सोयुज (रॉकेट परिवार) पर उपयोग होने वाले टर्बोपंप को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है।

हाइड्राज़ीन: नाइट्रोजन, हाइड्रोजन और अमोनिया (2N2H4 → N2+H2+2NH3) और अंतरिक्ष यान में सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। (गैर-ऑक्सीकृत अमोनिया अपघटन एंडोथर्मिक है और प्रदर्शन को कम करेगा)।

नाइट्रस ऑक्साइड: नाइट्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है।

भाप: जब बाहरी रूप से गर्म किया जाता है तो यथोचित मामूली I देता हैsp सामग्री के क्षरण और तापीय सीमा के आधार पर 190 सेकंड तक।

वर्तमान उपयोग

As of 2018सामान्य उपयोग में तरल ईंधन संयोजन:

मिट्टी का तेल (आरपी-1) / तरल ऑक्सीजन (एलOएक्स): सोयुज (रॉकेट) बूस्टर के निचले चरणों के लिए उपयोग किया जाता है, शनि वि और एटलस (रॉकेट परिवार) के पहले चरण, और इलेक्ट्रॉन (रॉकेट) के दोनों चरणों और फाल्कन 9. रॉबर्ट गोडार्ड के पहले रॉकेट के समान ही।

लिक्विड हाइड्रोजन (एलH) / एलOएक्स: अंतरिक्ष शटल, अंतरिक्ष प्रक्षेपण प्रणाली, एरियन 5, डेल्टा चतुर्थ, न्यू शेफर्ड, H-आईआईबी, जीएसएलवी और सेंटॉर (रॉकेट स्टेज) के चरणों में उपयोग किया जाता है।

असममित डाइमिथाइलहाइड्राज़ीन (यूDAमH) या मोनोमेथिलहाइड्राज़ीन (एमएमH) / डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड (एनटीO या N
2O
4): रूसी प्रोटॉन (रॉकेट) के पहले तीन चरणों में उपयोग किया जाता है, पीएसएलवी और जीएसएलवी रॉकेट के लिए भारतीय विकास इंजन, अधिकांश चीनी बूस्टर, कई सैन्य, कक्षीय और गहरे अंतरिक्ष रॉकेट, क्योंकि यह ईंधन संयोजन लंबी अवधि के लिए हाइपरगोलिक और भंडारण योग्य है। उचित तापमान और दबाव पर।

हाइड्राज़ीन (N
2H
4): गहरे अंतरिक्ष मिशनों में उपयोग किया जाता है क्योंकि यह संग्रहणीय प्रणोदक और हाइपरगोलिक है, और उत्प्रेरक के साथ मोनोप्रोपेलेंट के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

एरोज़ीन - 50 (50/50 हाइड्राज़ीन और यूDAमH): गहरे अंतरिक्ष मिशनों में उपयोग किया जाता है क्योंकि यह भंडारण योग्य प्रणोदक और हाइपरगोलिक है, और उत्प्रेरक के साथ मोनोप्रोपेलेंट के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

टेबल

To approximate Isp at other chamber pressures[clarification needed]
काफी दबाव kPa; atm (psi) गुणा करके
6,895 kPa; 68.05 atm (1,000 psi) 1.00
6,205 kPa; 61.24 atm (900 psi) 0.99
5,516 kPa; 54.44 atm (800 psi) 0.98
4,826 kPa; 47.63 atm (700 psi) 0.97
4,137 kPa; 40.83 atm (600 psi) 0.95
3,447 kPa; 34.02 atm (500 psi) 0.93
2,758 kPa; 27.22 atm (400 psi) 0.91
2,068 kPa; 20.41 atm (300 psi) 0.88

तालिका जेएनएएनएF थर्मोकेमिकल टेबल (संयुक्त सेना-नौसेना-नासा-वायु सेना (जेएएनएएनएF) इंटरएजेंसी प्रोपल्शन कमेटी) से डेटा का उपयोग करती है, जिसमें रॉकेटडाइन द्वारा स्थिरोष्म दहन, आइसेंट्रोपिक विस्तार, एक-आयामी की मान्यताOं के अनुसार सर्वोत्तम संभव विशिष्ट आवेग की गणना की जाती है। विस्तार और स्थानांतरण संतुलन। [23] कुछ इकाइयों को मीट्रिक में बदल दिया गया है, किन्तु दबावों को नहीं।

परिभाषाएं

वीe: औसत निकास वेग, मी/से। अलग-अलग इकाइयों में विशिष्ट आवेग के समान माप, N·s/किलोग्राम में विशिष्ट आवेग के संख्यात्मक रूप से बराबर।

आर: मिश्रण अनुपात: मास ऑक्सीडाइज़र / द्रव्यमान ईंधन

टीc
चैंबर तापमान, डिग्री सेल्सियस

डी: ईंधन और ऑक्सीडाइज़र का थोक घनत्व, जी / सेमी3</उप> सी *: विशेषता वेग, एम/एस। चैम्बर दबाव के बराबर गले के क्षेत्र से गुणा, द्रव्यमान प्रवाह दर से विभाजित। प्रायोगिक रॉकेट की दहन क्षमता की जांच के लिए उपयोग किया जाता है।

द्विप्रणोदक

आक्सीकारक ईंधन टिप्पणी इष्टतम विस्तार 68.05 एटीएम से[citation needed]
1 एटीएम 0 एटीएम, वैक्यूम
(नोजल क्षेत्र अनुपात, 40:1)
Ve r Tc d C* Ve r Tc d C*
LOX [[:en:Liquid_hydrogen|H
2]] 		हाइड्रोएलOएक्स. Common. 3816 4.13 2740 0.29 2416 4462 4.83 2978 0.32 2386
H
2:Be 49:51		 4498 0.87 2558 0.23 2833 5295 0.91 2589 0.24 2850
[[:en:Methane|CH
4]] (methane) 		मेथालॉक्स। 2010 के दशक में कई तरल मीथेन विकास के अनुसार। 3034 3.21 3260 0.82 1857 3615 3.45 3290 0.83 1838
C2H6 3006 2.89 3320 0.90 1840 3584 3.10 3351 0.91 1825
C2H4 3053 2.38 3486 0.88 1875 3635 2.59 3521 0.89 1855
RP-1 (kerosene) केरोलॉक्स। सामान्य। 2941 2.58 3403 1.03 1799 3510 2.77 3428 1.03 1783
N2H4 3065 0.92 3132 1.07 1892 3460 0.98 3146 1.07 1878
B5H9 3124 2.12 3834 0.92 1895 3758 2.16 3863 0.92 1894
B2H6 3351 1.96 3489 0.74 2041 4016 2.06 3563 0.75 2039
CH4:H2 92.6:7.4 3126 3.36 3245 0.71 1920 3719 3.63 3287 0.72 1897
GOX GH2 3997 3.29 2576 - 2550 4485 3.92 2862 - 2519
F2 H2 4036 7.94 3689 0.46 2556 4697 9.74 3985 0.52 2530
H2:Li 65.2:34.0 4256 0.96 1830 0.19 2680
H2:Li 60.7:39.3 5050 1.08 1974 0.21 2656
CH4 3414 4.53 3918 1.03 2068 4075 4.74 3933 1.04 2064
C2H6 3335 3.68 3914 1.09 2019 3987 3.78 3923 1.10 2014
MMH 3413 2.39 4074 1.24 2063 4071 2.47 4091 1.24 1987
N2H4 3580 2.32 4461 1.31 2219 4215 2.37 4468 1.31 2122
NH3 3531 3.32 4337 1.12 2194 4143 3.35 4341 1.12 2193
B5H9 5.14 5050 1.23 2147 4191 5.58 5083 1.25 2140
OF2 H2 4014 5.92 3311 0.39 2542 4679 7.37 3587 0.44 2499
CH4 3485 4.94 4157 1.06 2160 4131 5.58 4207 1.09 2139
C2H6 3511 3.87 4539 1.13 2176 4137 3.86 4538 1.13 2176
RP-1 3424 3.87 4436 1.28 2132 4021 3.85 4432 1.28 2130
MMH 3427 2.28 4075 1.24 2119 4067 2.58 4133 1.26 2106
N2H4 3381 1.51 3769 1.26 2087 4008 1.65 3814 1.27 2081
MMH:N2H4:H2O 50.5:29.8:19.7 3286 1.75 3726 1.24 2025 3908 1.92 3769 1.25 2018
B2H6 3653 3.95 4479 1.01 2244 4367 3.98 4486 1.02 2167
B5H9 4.16 4825 1.20 2163 4239 4.30 4844 1.21 2161
F2:O2 30:70 H2 3871 4.80 2954 0.32 2453 4520 5.70 3195 0.36 2417
RP-1 3103 3.01 3665 1.09 1908 3697 3.30 3692 1.10 1889
F2:O2 70:30 RP-1 3377 3.84 4361 1.20 2106 3955 3.84 4361 1.20 2104
F2:O2 87.8:12.2 MMH 3525 2.82 4454 1.24 2191 4148 2.83 4453 1.23 2186
आक्सीकारक ईंधन टिप्पणी Ve r Tc d C* Ve r Tc d
N2F4 CH4 3127 6.44 3705 1.15 1917 3692 6.51 3707 1.15 1915
C2H4 3035 3.67 3741 1.13 1844 3612 3.71 3743 1.14 1843
MMH 3163 3.35 3819 1.32 1928 3730 3.39 3823 1.32 1926
N2H4 3283 3.22 4214 1.38 2059 3827 3.25 4216 1.38 2058
NH3 3204 4.58 4062 1.22 2020 3723 4.58 4062 1.22 2021
B5H9 7.76 4791 1.34 1997 3898 8.31 4803 1.35 1992
ClF5 MMH 2962 2.82 3577 1.40 1837 3488 2.83 3579 1.40 1837
N2H4 3069 2.66 3894 1.47 1935 3580 2.71 3905 1.47 1934
MMH:N2H4 86:14 2971 2.78 3575 1.41 1844 3498 2.81 3579 1.41 1844
MMH:N2H4:N2H5NO3 55:26:19 2989 2.46 3717 1.46 1864 3500 2.49 3722 1.46 1863
ClF3 MMH:N2H4:N2H5NO3 55:26:19 2789 2.97 3407 1.42 1739 3274 3.01 3413 1.42 1739
N2H4 2.81 3650 1.49 1824 3356 2.89 3666 1.50 1822
N2O4 MMH 2827 2.17 3122 1.19 1745 3347 2.37 3125 1.20 1724
MMH:Be 76.6:29.4 3106 0.99 3193 1.17 1858 3720 1.10 3451 1.24 1849
MMH:Al 63:27 2891 0.85 3294 1.27 1785
MMH:Al 58:42 3460 0.87 3450 1.31 1771
N2H4 1.36 2992 1.21 1781 3369 1.42 2993 1.22 1770
N2H4:UDMH 50:50 2831 1.98 3095 1.12 1747 3349 2.15 3096 1.20 1731
N2H4:Be 80:20 3209 0.51 3038 1.20 1918
N2H4:Be 76.6:23.4 3849 0.60 3230 1.22 1913
B5H9 3.18 3678 1.11 1782 3513 3.26 3706 1.11 1781
NO:N2O4 25:75 MMH 2839 2.28 3153 1.17 1753 3360 2.50 3158 1.18 1732
N2H4:Be 76.6:23.4 2872 1.43 3023 1.19 1787 3381 1.51 3026 1.20 1775
IRFNA IIIa UDMH:DETA 60:40 हाइपरगोलिक 2638 3.26 2848 1.30 1627 3123 3.41 2839 1.31 1617
MMH 2690 2.59 2849 1.27 1665 3178 2.71 2841 1.28 1655
UDMH 2668 3.13 2874 1.26 1648 3157 3.31 2864 1.27 1634
IRFNA IV HDA UDMH:DETA 60:40 हाइपरगोलिक 2689 3.06 2903 1.32 1656 3187 3.25 2951 1.33 1641
MMH 2742 2.43 2953 1.29 1696 3242 2.58 2947 1.31 1680
UDMH 2719 2.95 2983 1.28 1676 3220 3.12 2977 1.29 1662
H2O2 MMH 2790 3.46 2720 1.24 1726 3301 3.69 2707 1.24 1714
N2H4 2810 2.05 2651 1.24 1751 3308 2.12 2645 1.25 1744
N2H4:Be 74.5:25.5 3289 0.48 2915 1.21 1943 3954 0.57 3098 1.24 1940
B5H9 2.20 2667 1.02 1828 3642 2.09 2597 1.01 1817
आक्सीकारक ईंधन टिप्पणी Ve r Tc d C* Ve r Tc d

कुछ मिश्रणों की परिभाषाएँ:

इनहिबिटेड रेड फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड
83.4% नाइट्रिक एसिड|HNO3, 14% नाइट्रोजन डाइऑक्साइड, नहीं2, 2% पानी (अणु) | H2हे, 0.6% हाइड्रोजन फ्लोराइड

आईआरFएनए आईवी HDA: 54.3% HNO3, 44% नहीं2, 1% H2O, 0.7% HF

आरपी-1:एमआईएल-पी-25576सी देखें, मूल रूप से मिट्टी का तेल (लगभग) C
10H
18)

एमएमH मोनोमेथिलहाइड्राज़ीन: CH
3NHNH
2

सीO/O के लिए सभी डेटा नहीं है2, मंगल-आधारित रॉकेट के लिए नासा के लिए लक्षित, केवल 250 एस के बारे में विशिष्ट आवेग है।

आर: मिश्रण अनुपात: मास ऑक्सीडाइज़र / द्रव्यमान ईंधन वीe: औसत निकास वेग, मी/से। अलग-अलग इकाइयों में विशिष्ट आवेग के समान माप, N·s/किलोग्राम में विशिष्ट आवेग के संख्यात्मक रूप से बराबर।

सी *: विशेषता वेग, एम/एस। चैम्बर दबाव के बराबर गले के क्षेत्र से गुणा, द्रव्यमान प्रवाह दर से विभाजित। प्रायोगिक रॉकेट की दहन क्षमता की जांच के लिए उपयोग किया जाता है।

टीc
चैंबर तापमान, डिग्री सेल्सियस

डी: ईंधन और ऑक्सीडाइज़र का थोक घनत्व, जी / सेमी3</उप>

मोनोप्रोपेलेंट्स

फेंकने योग्य टिप्पणी इष्टतम विस्तार
68.05 एटीएम से 1 एटीएम[citation needed] 		विस्तार
68.05 एटीएम में वैक्यूम (0 एटीएम)
(क्षेत्रnozzle = 40:1)[citation needed]
Ve Tc d C* Ve Tc d C*
अमोनियम डाइनाइट्रामाइड (एलएमपी -103एस) [24] [25] पीआरआईएसएमए मिशन (2010–2015)
5 S/Cs का शुभारंभ किया 2016 [26] 		1608 1.24 1608 1.24
हाइड्राज़ीन [25] सामान्य 883 1.01 883 1.01
हाइड्रोजन पेरोक्साइड सामान्य 1610 1270 1.45 1040 1860 1270 1.45 1040
हाइड्रॉक्सिलैमोनियम नाइट्रेट (एF-एम315ई) [25] 1893 1.46 1893 1.46
नाईट्रोमीथेन
फेंकने योग्य टिप्पणी Ve Tc d C* Ve Tc d C*


संदर्भ

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बाहरी कड़ियाँ

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