液體火箭推進劑

主條目：液體火箭發動機

具有最高比沖的化學火箭使用液體推進劑，稱為液體火箭。可分為單組元推進劑（如液化氣體），雙組元推進劑（英語：bipropellants）（進一步分為自燃推進劑（英語：hypergolic propellant）與非自燃需要點火的推進劑^[1]）。此外，還有三組元推進劑。

大約有170種不同的推進劑被研發過，不含對推進劑的小的改型如添加劑、抗腐蝕物質、穩定劑等。美國對至少25種推進劑做過燃燒試驗。^[2] 近30年來沒有新的類型推進劑被使用。^[3]影響選擇推進劑的最主要因素是易用性、成本、危險/環境與性能指標。

歷史

20世紀初的發展

1926年3月16日，羅伯特·H·戈達德(Robert H. Goddard) 手持第一枚液體燃料火箭的發射架.

康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基 (Konstantin Tsiolkovsky) 於 1903 年在他的文章《利用火箭裝置探索外層空間》中提出了使用液體推進劑。^[4][5]

1926年3月16日，羅伯特·H·戈達德 (Robert H. Goddard) 使用液氧 (LOX) 和汽油作為火箭推進劑，首次部分成功地進行了液體推進劑火箭發射。這兩種推進劑都很容易取得、廉價且能量高。氧氣是一種溫和的冷凍劑，因為空氣不會在液態氧罐中液化，因此可以將液態氧短暫儲存在火箭中，而無需過度隔熱。 ^{[需要解釋]}

Friedrich Sander、Opel RAK 技術員 August Becker 和 Opel 員工 Karl Treber（從右到左）在呂塞爾斯海姆的 Opel Rennbahn 展示液體燃料火箭飛機原型

1920年代末，德國的工程師和科學家對液體推進着迷，在位於呂瑟爾斯海姆的 Opel RAK 製造和測試火箭。根據馬克斯·瓦利爾的記述，歐寶RAK 火箭設計師弗里德里希·威廉·桑德(Friedrich Wilhelm Sander) 於1929年4月10日和4月12日在呂瑟爾斯海姆的Opel Rennbahn發射了兩枚液體燃料火箭。 ^{[需要解釋]}

二戰時期

德國在二戰之前和二戰期間進行了非常積極的火箭開發，包括戰略V-2火箭和其他飛彈。^[6]:9 V-2 使用酒精/液氧液體推進劑發動機，用過氧化氫驅動燃油泵。德國和美國都開發了可重複使用的液體推進劑火箭發動機，該發動機使用密度比液態氧大得多的可儲存液體氧化劑以及與高密度氧化劑接觸時自燃的液體燃料。

1950年代和1960年代

在1950年代和1960年代，推進劑化學家開展了大量活動，尋找更適合軍事的高能量液體和固體推進劑。大型戰略飛彈需要在陸基或潛艦發射井中存放多年，以便能夠在接到通知後立即發射。需要持續冷氣的推進劑會導致火箭結出越來越厚的冰層，這是不切實際的。由於軍方願意處理和使用危險材料，大量的危險化學品被大量生產，其中大部分最終被認為不適合操作的系統。對於硝酸，酸本身(HNO
3)不穩定，會腐蝕大多數金屬，難以儲存。

參考文獻

1. Larson, W.J.; Wertz, J. R. Space Mission Analysis and Design. Boston: Kluver Academic Publishers. 1992.
2. Sutton, G. P. History of liquid propellant rocket engines in the united states. Journal of Propulsion and Power. 2003, 19 (6): 978–1007.
3. Sutton, E.P; Biblarz, O. Rocket Propulsion Elements. New York: Wiley. 2010.
4. Tsiolkovsky, Konstantin E. (1903), "The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices (Исследование мировых пространств реактивными приборами)", The Science Review (in Russian) (5), archived from the original on 19 October 2008, retrieved 22 September 2008
5. Zumerchik, John (編). Macmillan encyclopedia of energy. New York: Macmillan Reference USA. 2001. ISBN 0028650212. OCLC 44774933. 含有內容需登入查看的頁面 (link)
6. Clark, John Drury. Ignition!: An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. 23 May 2018: 302. ISBN 978-0-8135-9918-2.

外部連結

• Cpropep-Web an online computer program to calculate propellant performance in rocket engines
• Design Tool for Liquid Rocket Engine Thermodynamic Analysis is a computer program to predict the performance of the liquid-propellant rocket engines.
• Clark, John D. Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants (PDF). Rutgers University Press. 1972: 214 [2017-09-23]. ISBN 0-8135-0725-1. （原始內容 (PDF)存檔於2020-05-15）. for a history of liquid rocket propellants in the US by a pioneering rocket propellant developer.