Raketové palivo

Raketové pohonné látky sú pracovné látky a zmesi, ktoré prúdia z raketového motora a na princípe akcie a reakcie a zákona zachovania hybnosti, predávajú rakete pohybovú energiu. Nemusí ísť o látky, ktoré chemicky reagujú. Môže ísť aj o chemicky neutrálne látky, ktoré sú urýchľované iným spôsobom. Raketové pohonné látky preto rozdeľujeme podľa toho, akým spôsobom získavajú pohybovú energiu. Doteraz boli definované tieto druhy pohonných látok:

• chemické pohonné látky: najbežnejšie pohonné látky, značne efektívne, zložité konštrukcie
• adiabatické pohonné látky: najjednoduhšia funkcia, neefektívne
• plazmové pohonné látky: vysoká efektívnosť, náročná konštrukcia a prevádzka

Chemické pohonné látky

V raketách sa používa množstvo druhov chemických pohonných látok, ktoré sú rozdelené do viacerých kategórií a podľa kombinácie týchto pohonných látok potom rozpoznávame niekoľko druhov raketových pohonov. Chemické pohonné látky sa zväčša skladajú z okysličovadla a paliva. Pri chemickej reakcii zvanej horenie, je uvoľňované značné množstvo energie, ktorá sa v dýze raketového motora mení na pohybovú energiu vytekajúcich splodín.

Základné rozdelenie pohonných látok je podľa ich skupenstva:

• tuhé pohonné látky
• tekuté pohonné látky

Tuhé pohonné látky - TPL

Tuhé pohonné látky bývajú zväčša jednozložkové (okysličovadlo je obsiahnuté už v pohonnej látke). Existujú aj takzvané hybridné, kedy je jedna zložka v tekutom stave a druhá v pevnom. Takéto pohonné látky majú isté výhody oproti klasickým tuhým palivám a to hlavne možnosť prerušenia činnosti motora, ktorá u čisto tuhých látok chýba. Podľa tvaru a veľkosti zŕn je možné „naprogramovať“ horenie podľa požiadaviek.

Tuhé pohonné hmoty sa používajú napríklad v štartovacích motoroch raketoplánu Solid Rocket Booster.

Tekuté pohonné látky

Podľa skladovateľnosti ich delíme na:

• dlhodobo skladovateľné
• kryogenické - neskladovateľné

Dlhodobo skladovateľné pohonné látky majú niekoľko nevýhod. Zväčša ide o toxické látky, ktoré horia samovoľne už pri samotnom styku paliva a okysličovadla (hypergolické palivá). Tiež majú menší špecifický impulz ako kryogénne pohonné látky. Pre prípad poruchy sa pri raketách s takýmto palivom používa ešte nultý štartovací stupeň ktorý najprv dopraví celý nosič do bezpečnej výšky a až tam dochádza k zážihu motorov prvého stupňa (raketa Titan). Na rozdiel od kryogenických motorov sú motory na hypergolické palivá jednoduchšie, pretože doprava pohonných hmôt do spaľovacej komory sa deje pretlakom inertného plynu v nádržiach. Okrem toho majú aj vyššiu spoľahlivosť. Niektoré z týchto látok sú používané ako jednozložkové pohonné látky (hydrazín). Ako kryogénne pohonné látky sa najčastejšie používa vodík a kyslík. Ide o bežne dostupné látky ktoré ale pre potreby raketovej techniky nie sú v normálnom stave použiteľné. Preto sa skvapalňujú, čo ale prináša zníženie ich teploty hlboko pod bod mrazu (pri normálnom atmosférickom tlaku). Keďže horenie prebieha za značne vysokej teploty a tlaku, nestačí pre ich dopravu do spaľovacej komory iba pretlak v nádržiach. Je nutné použiť veľmi výkonné turbočerpadlá. Keďže raketová technika je dynamická a škála pohonných látok je rozsiahla a ich kombinácie sú ešte pestrejšie. Preto vznikli aj hybridné kryogénne pohony. Takéto pohony používajú tekutý kyslík a ropné produkty.

Podľa počtu zložiek vstupujúcich do spaľovacej komory ich delíme na:

• dvojzložkové palivo(angl. bipropellant), teda palivo a oxidant, napríklad LOX/RP-1
• jednozložkové palivo (angl. monopropellant), využíva exotermický rozklad chemickej látky, napríklad peroxid vodíka

Zoznam chemických palív

• Petrolej (RP1)
• Etanol
• Hydrazín (Areozine-50)
• Metylhydrazín (MMH)
• Vodík
• Asymmetrický dimetilhydrazín (UDMH)

Zoznam chemických okysličovadiel

• kyslík
• N2O2
• kyselina dusičná

Zoznam chemických raketových motorov

• F-1 - USA - LOX/RP-1
• SSME - USA - LOX/LH2
• J-2X - USA - LOX/LH2
• RL-10A - USA - LOX/LH2
• RS-68 - USA - LOX/LH2
• RD-180 - Rusko - LOX/RP-1
• RD-17x - Rusko - LOX/RP-1
• RS-27 - USA - LOX/RP1
• AJ-10 - USA - N2O4/Areozine-50
• LR-87 - USA - N2O4/Areozine-50
• LR-91 - USA - N2O4/Areozine-50
• Vulcain - ESA - LOX/LH2
• Vinci - ESA - LOX/LH2
• RL-60 - USA - LOX/LH2
• Viking - ESA - N2O4/UDMH
• Kestrel - SpaceX - LOX/RP-1
• Merlin - SpaceX - LOX/RP-1
• RD-58 - Rusko - LOX/RP-1
• NK-33 - Rusko - LOX/RP-1
• HM7B - ESA - LOX/LH2
• H-1 - USA - LOX/RP-1
• RD-253 - Rusko - N2O4/UDMH
• RD-0210 - Rusko - N2O4/UDMH
• RD-0212 - Rusko - N2O4/UDMH
• S5.98M - Rusko - N2O4/UDMH
• RD-1X7 - Rusko - LOX/RP-1
• RD-1X8 - Rusko - LOX/RP-1

Adiabatické pohonné látky

Táto kategória pohonných látok je najprimitívnejšia. Sú to v podstate stlačené plyny alebo generované plyny (napríklad vodná para generovaná vretím vody), ktoré po otvorení prívodového ventilu expandujú do voľného priestoru. V tomto prípade prebieha adiabatický dej pri ktorom sa znižuje tlak plynu v zásobníku až na tlak okolitého priestoru a plyn zaberá čoraz väčší objem, ale mimo zásobníka plynu. Možno to niekomu pripomína klasické chemické raketové pohony, ale nie je tomu tak. Pri chemickom pohone dochádza k zisku energie prostredníctvom chemickej reakcie. Pri adiabatických pohonných látkach dochádza iba k premene vnútornej energie plynu uzavretého pod tlakom v zásobníku. Tieto pohonné látky nemajú praktický význam, iba ak pre ukážkove účely v školách ("raketový balón"), kde by hydrazínový motor narobil veľke škody.

Test iónového motoru

Plazmové pohonné látky

Aj keď by sa zdalo, že medzi iónovými a jadrovými pohonnými látkami je veľký rozdiel, nie je tomu tak. Aj keď spôsob generovania energie k uvedeniu pracovnéj látky do plazmatického stavu je iný, v oboch prípadoch by malo ísť o ľahké a najlepšie inertné plyny. Čím je plyn ľahší tým vyššiu efektivitu motor môže dosiahnuť.

Pohonné látky pre iónové raketové motory

V súčasnosti sa používa výlučne xenón a to bez ohľadu na konštrukciu motora. Okrem xenónu je možné použiť aj neón, ale jeho využitie je zatiaľ sporné, kvôli technickým problémom motorov využívajucich tento plyn. Plazma sa získava ionizáciou plynu, ktorý je následne smerovaný a urýchľovaný sústavou elektród a magnetov, podobne ako elektróny v obrazovkových trubiciach (obrazovky). Na rozdiel od obrazoviek je pracovný plazmatický plyn vyvrhovaný do priestoru a tým je získavaná pohybová energia.

Pohonné látky pre jadrové raketové motory

Vývoj týchto motorov bol (po)zastavený. Sú navrhnuté motory používajúce vodu alebo čistý vodík. Jadrové motory pracujú na princípe odvodu tepla z jadra (klasický jadrový reaktor) a jeho prenosom na pohonnú látku (tá prejde do plazmatického stavu) alebo na princípe generovania plazmatickéj pohonnej látky v špecialnom reaktore.

Kozmonautický portál