Что такое ракетный двигатель?

Ракетный двигатель - это тип реактивного двигателя, который означает, что это реактивный двигатель, который создает тягу, выпуская высокоскоростной поток газа в направлении, противоположном желаемому направлению движения, продвигаясь вперед благодаря сохранению импульса. Отличительной особенностью ракеты является то, что ее движущая струя создается полностью из собственной массы ракетного двигателя, и ни одна из них не извлекается из внешней среды. Это отличается от других видов реактивных двигателей, таких как турбореактивные двигатели, турбовентиляторы и прямоточные реактивные двигатели, которые смешивают свое топливо со сжатым воздухом из атмосферы, чтобы сжечь свое топливо и произвести струю. Технология ракетного двигателя имеет важное значение для космического полета, потому что ракеты могут работать вне атмосферы. Ракеты также используются для таких целей, как фейерверки, оружие и высокоскоростные самолеты.

Существуют несколько форм ракетного двигателя. Наиболее часто используемый тип называется химическая ракета. Химическая ракета продвигается вперед химическими реакциями в своем топливе, которые производят тепло, создавая поток высокоскоростного выхлопа, который выпускается из задней части ракеты. Каждая химическая ракета несет в себе горючее топливо в качестве источника топлива. Это сочетается с еще более легковоспламеняющимся веществом, которое называется инициатором или воспламенителем. Инициатор зажигается, как правило, от электрической искры или пиротехнического заряда, а тепло, в свою очередь, зажигает пропеллент, который сгорает, создавая движительную вытяжную струю.

Химическими веществами-вытеснителями могут быть твердые вещества, жидкости или твердые вещества в сочетании с жидкостями или газами. В твердотопливной ракете твердое топливо, называемое зерном, хранится вместе с окисляющими химическими веществами, которые служат инициатором, в то время как жидкотопливные ракеты хранят жидкое топливо и инициатор в отдельных баках до тех пор, пока не настанет время выпустить их в камера сгорания для смешивания. В гибридных топливных ракетах используется твердое топливо, которое затем смешивается с жидким или газообразным инициатором, хранящимся в отдельном резервуаре, пока он не будет готов к использованию.

Наиболее распространенное твердое топливо, используемое сегодня, называется композитным пропеллентом перхлората аммония (APCP), которое относится к ряду различных химических смесей, которые включают в себя как пропеллент, так и инициатор. APCP обычно включает окислитель перхлорат аммония (NH ₄ ClO ₄ ), эластичные полимеры, называемые эластомерами, и порошкообразный алюминий или другие металлы. Жидкие ракетные топлива часто состоят из жидкого кислорода, смешанного с очищенным керосином или жидким водородом, или из тетроксида диоксида азота (N ₂ O ₄ ), смешанного с гидразином (N ₂ H ₄ ) или одним из его производных.

Твердотопливные ракеты были первой формой ракетного двигателя, но в значительной степени были вытеснены более эффективными жидкотопливными и гибридными конструкциями. Однако они по-прежнему широко используются для таких целей, как фейерверки и модельные ракеты, и иногда используются в космическом полете для запуска малой полезной нагрузки на орбиту или в качестве дополнения к жидкотопливной ракете с целью увеличения грузоподъемности. Например, космический челнок использует одну большую ракету на жидком топливе в окружении двух меньших ракет на твердом топливе, чтобы достичь орбиты.

Тепловая ракета использует топливо, которое нагревается от внешнего источника тепла, а не путем химических реакций в самом топливе. Ракеты с горячей водой, также называемые паровыми ракетами, используют воду в качестве топлива, нагревая ее для образования струй пара. Они часто используются в очень скоростных наземных транспортных средствах, таких как гонщики сопротивления. Электротермические ракеты используют электрические поля для производства нагретой плазмы, которая затем нагревает топливо для создания струи. Электротермические ракеты полезны для создания коротких импульсов тяги и обычно используются для таких целей, как контроль высоты на спутниках.

Несколько других типов тепловых ракет были предложены и могут в конечном итоге найти применение. Солнечная тепловая ракета использовала бы солнечную энергию в качестве источника тепла, либо подвергая ракетное топливо непосредственно солнечному излучению, либо используя солнечную энергию для питания теплообменника, который нагревал ракетное топливо. Солнечная энергия будет собираться и концентрироваться через зеркала или линзы, чтобы обеспечить достаточно концентрированного тепла. Тепловой ракетный двигатель также может питаться от энергии, передаваемой ему от внешнего источника через лазерные или микроволновые лучи. Тепловая ракета с ядерной установкой могла бы нагревать свое топливо энергией от ядерного реактора или от распада радиоактивных изотопов.