运载火箭和航天器用什么作燃料.doc

运载火箭和航天器用什么作燃料同空气喷气发动机相比较，火箭发动机的最大特点是：它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围的大气层中汲取氧气。所以它不但能在大气层内，也可在大气层之外的宇宙真空中工作。这是任何空气喷气发动机都做不到的。1950年代，美国研制成功氧化氢和聚乙烯作为火箭发动机的混合推进剂。1964年法国首先发射成功采用混合推进剂为动力的气象火箭。我国“长征一号D”运载火箭第一级、第二级用液体燃料火箭发动机，第三级用固体燃料火箭发动机，也是采用混合推进剂。液体燃烧剂常用“肼”(H2NNH2)。肼是一类含氮的化合物，是一种有毒、有腐蚀性的油状液体。欧洲的“阿里安”运载火箭，我国的“长征”系列运载火箭的第一、第二级燃料多数采用偏二甲肼和四氧化二氮的“二元推进剂”。但偏二甲肼毒性较大，损害人体的肝脏。尤其是四氧化二氮/偏二甲肼的燃烧产物，对人体损害更大，并严重污染环境，在灌注操作中非常危险。另外偏二甲肼有腐蚀性，一旦错过了火箭发射的“气象时间窗”一段时间后，就必须更换火箭箭体。偏二甲肼也是目前世界上最普遍使用的火箭燃料。低温液体推进剂的技术是衡量一个国家航天技术先进的标志之一。我国的“长征”3号运载火箭第三级就采用液态氢、液态氧为推进剂的火箭发动机，成为世界上第三个掌握控制液态氢技术的国家。氢是所有元素中最活泼的，要控制好液氢燃烧的难度极高。所以液态氢一般不作为第一、二级火箭的燃料来使用，避免低空发射时爆炸的事故。多用作高空航行中高能末级火箭推进剂。固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。我国正在研制新一代无污染、大推力火箭发动机：120吨推力液氧煤油常温发动机和50吨推力液氢液氧低温发动机。120吨液氧煤油发动机具有推力大，比冲高的特点，在2018年7月3日完成600秒试车试验。50吨液氢液氧发动机具有无污染、高性能的优点，在2018年1月15日完成200秒试车。采用新型燃料的火箭发动机具有明显的优点。首先，煤油作为常温推进剂，使用极为方便、安全性好，而甲烷、丙烷、液氢是低温推进剂，不好贮存，运输、加注和操作都不方便，泄漏后易起火爆炸；其次，煤油价格便宜，每千克煤油的价格只有偏二甲肼的1/30，可以较大幅度地降低发动机的研制成本和运载火箭的发射费用。发射一颗20吨重的低轨道卫星，如用四氧化二氮/偏二甲肼组成的二级半方案，推进剂费需3000万元，而用全液氧/煤油方案只需100万元；第三，液氧/煤油组合密度比冲高，是理想的助推级发动机燃料；第四，我国煤油资源丰富、贮量极大，可满足长远的需要；最后，使用液氧/煤油发动机可完全消除四氧化二氮/偏二甲胼有毒且污染环境的严重不足。发射嫦娥三号的长征三号是三级捆绑式液体运载火箭，助推器和子一级、子二级使用四氧化二氮/偏二甲肼推进剂，子三级使用低温液氧液氢推进剂。低温液氧液氢推进剂性能更好，但是价格昂贵，储存、运输、加注、发动机制造都要求更高，各项技术都在不断攻关中。四氧化二氮/偏二甲肼则是一种很成熟的推进剂了，配套的设备、管理、技术都很完善，用起来安全放心。