液體推進劑的最新發(fā)展趨勢

謝慧

摘要：綜述了液體推進劑的國內(nèi)外理論研究進展，總結(jié)了其最新理論研究成果。從理論上驗證了液體推進劑具有優(yōu)良的性能，在替代傳統(tǒng)推進劑上具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：液體推進劑;綠色;無毒

液體推進劑作為航空航天和國防建設(shè)領(lǐng)域十分重要的液體燃料，其性能的提升受到世界范圍內(nèi)科研人員的關(guān)注。推進劑的性能指標(biāo)一般包括物理性能m（密度、沸點、冰點等）、能量特性（比沖、點火延遲時間等）、毒理性能（毒性、致癌性等）和經(jīng)濟成本等，而傳統(tǒng)的液體推進劑如偏二甲肼、甲基肼等，其密度低、冰點高、比沖低，且大多為劇毒、致癌物質(zhì)，不僅制約著發(fā)動機性能的提升，同時也增加了使用維護費用。隨著航空航天領(lǐng)域的不斷發(fā)展，未來的液體推進劑是向著綠色無毒無危害、高密度高比沖方向發(fā)展的。

一、發(fā)展歷史

自1900年正式開始液體火箭，研究、1926年美國發(fā)射了世界上第一枚液體火箭以來，液體推進劑從液氧和汽油、油肼、混胺、硝酸異丙酯等發(fā)展到紅煙硝酸與偏二甲肼、四氧化二氮與偏二甲肼、肼等，性能在不斷地提升，并且向著環(huán)境友好的綠色高能推進劑邁進。

二、發(fā)展現(xiàn)狀

[2]液體推進劑按照其能否自燃的特性分為單組元、雙組元和多組元推進劑，一般單組元推進劑用于小型號液體火箭發(fā)動機，雙組元推進劑則廣泛應(yīng)用于大型號的液體火箭發(fā)動機，多組元推進劑應(yīng)用較少。[3]目前國內(nèi)外在研的新型單組元液體推進劑包括過硝酸羥胺（HAN）類推進劑、二硝酞胺銨（ADN）類推進劑、硝仿肼（HNF）類推進劑等，新型雙組元液體推進劑包括過氧化氫類推進劑、液氧/烴類無毒推進劑、氧化亞氮（N2O）雙組元液體等，并且針對不同的新型液體推進劑已有不同程度的應(yīng)用。（見表1）

HNF、HAN和AND是三種極具潛力的小型發(fā)動機用“綠色單組元推進劑”。其中，HNF作為純氧化劑比沖最大，且制備方法簡單，具有不吸濕、高密度、高熔點、低毒性和低成本等優(yōu)點，比較適合取代肼單組元推進劑用于小型衛(wèi)星。目前，HNF的實驗室量產(chǎn)已經(jīng)在荷蘭實現(xiàn)，而且最低貯存溫度巳被試驗驗證。[4]HNF合成的工藝成熟，HNF用作液體推進劑主組分已經(jīng)初步具備條件，很有可能在不久的將來獲得實際使用。而同樣毒性低的HAN被美國NASA、歐洲航天機構(gòu)等評估為最具潛的一種推進劑，但催化分解工作模式是制約HAN推進劑火箭發(fā)動機投入使用的瓶頸問題。AND被認(rèn)為是點火快、能量高、無毒、燃燒完全且排氣清潔、不污染環(huán)境的推進劑，目前已在瑞典已將ADN推進劑在“棱鏡”衛(wèi)星系統(tǒng)的1N發(fā)動機系統(tǒng)上進行了技術(shù)演示驗證，歐空局也在持續(xù)推進AND的應(yīng)用。

液氧/烴類無毒推進劑、過氧化氫類推進劑是發(fā)展歷史悠久、應(yīng)用很廣泛的液體火箭推進劑，蘇聯(lián)的土星一5運載火箭、日本的N-1運載火箭以及國內(nèi)的長征五號運載火箭均使用的是液氧煤油作為燃料，美國將過氧化氫與高比沖、低毒性的疊氮胺推進劑組成雙組元推進劑，已證明這種推進劑無毒性且火箭發(fā)動機性能較穩(wěn)定，國內(nèi)疊氮胺類推進劑的研究仍處于起步階段。氧化亞氮雙組元液體推進劑主要用在小型發(fā)動機上，其推力可實現(xiàn)深度調(diào)節(jié)，美國已經(jīng)實現(xiàn)研制并正在推廣應(yīng)用。

除以上列舉的新型液體推進劑外，高能原子推進劑以其極高的比沖和能提高有效載荷在新型液體推進劑當(dāng)中列有一席之地，但推進劑的制備、貯存和使用原子推進劑最關(guān)鍵的是低溫技術(shù)仍待進一步研究。

三、發(fā)展趨勢

未來的液體推進劑必然是向著綠色無毒方向迭代更新，國外的新型液體推進劑的研制和應(yīng)用顯然走在前列，國內(nèi)應(yīng)加大對新型液體推進劑的研究，突破研制和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，使我國航空航天技術(shù)快步跟上國外步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞裕.液體推進劑[M].中國宇航出版社，2011.

[2]趙曉剛，李艷玲，高巖立，等.液體推進劑的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[C]//中國化學(xué)會第八屆全國化學(xué)推進劑學(xué)術(shù)會議.2017.

[3]賀芳，方濤，李亞裕，等.新型綠色液體推進劑研究進展[J].火炸藥學(xué)報，2006，29（4）：54-57.

[4]Maree A G M，Moerel J L PA，Welland-Veltmans W H M，etal.Technology statusof HNF-based monopropellants for satellitepropulsion[C]//2nd Conference on GreenPropellants for Space Pro-pulsion，2004.